申请日2015.11.26
公开(公告)日2016.02.03
IPC分类号C02F3/28
摘要
一种内置生物催化电解系统的堆叠式废水厌氧处理装置及采用其处理废水的方法，该装置包括下述组件：厌氧区、生物催化电解区和水相区，各组件可灵活拆解，并根据需要调节不同区域的比例。该装置的厌氧区和生物催化电解区的阳极模块区可以分别单独控制进水和出水，从而可以使用本发明装置同时处理两种水质的废水，并且根据污染物特征及浓度，灵活调节组装装置中不同区域的比例，并通过上下及环绕式排布、以及离子交换膜的使用，充分保护每个区域的微生物活性，使每个区域充分发挥作用;并通过外加电压、水力停留时间及进水污染物浓度的调控，使该装置保持最佳性能。
权利要求书
1.一种内置生物催化电解系统的堆叠式废水厌氧处理装置，所述堆叠式废水厌氧处理装置顺次包括下述区段：厌氧区、生物催化电解区和水相区，其特征在于，所述堆叠式废水厌氧处理装置采用堆叠式和模块化设计，各个区段能够根据需要进行拼装组合，能够根据目标废水特征，调节厌氧区与生物催化电解区的区段数量。
2.根据权利要求1所述的内置生物催化电解系统的堆叠式废水厌氧处理装置，其特征在于，所述堆叠式废水厌氧处理装置采用升流式设计，进水管位于所述堆叠式废水厌氧处理装置的底部，在所述堆叠式废水厌氧处理装置的顶部设置溢流堰和溢流区，流入所述水相区的经过处理的废水通过溢流堰流入溢流区，再导入出水管。
3.根据权利要求1所述的内置生物催化电解系统的堆叠式废水厌氧处理装置，其特征在于，所述厌氧区由厌氧污泥床组成，所述厌氧区单独控制泥水内循环，既能够保证污泥的有效流动，防止短流，又能够防止电极模块表面附着过厚的厌氧污泥。
4.根据权利要求1所述的内置生物催化电解系统的堆叠式废水厌氧处理装置，其特征在于，在所述生物催化电解区中设置阳极模块和阴极模块，所述阳极模块置于所述阴极模块中间，且利用离子交换膜彼此隔开。
5.根据权利要求4所述的内置生物催化电解系统的堆叠式废水厌氧处理装置，其特征在于，所述阴极模块与所述厌氧区上下连通，所述阳极模块和所述阴极模块-厌氧区均独立进水控制，能够同时处理两种不同水质的废水。
6.根据权利要求4所述的内置生物催化电解系统的堆叠式废水厌氧处理装置，其特征在于，所述阳极模块和所述阴极模块均包括碳纤维刷，其中所述阴极模块通过钛丝串联所述碳纤维刷。
7.根据权利要求4所述的内置生物催化电解系统的堆叠式废水厌氧处理装置，其特征在于，利用所述堆叠式废水厌氧处理装置处理目标废水时，根据目标污染物特征，所述阳极模块和阴极模块外加电压为0.5～0.9V。
8.一种采用如权利要求1至7任意一项所述的内置生物催化电解系统的堆叠式废水厌氧处理装置处理废水的方法。
9.如权利要求8所述的处理废水的方法，其特征在于，所述生物催化电解区中包括阳极模块和阴极模块，其中所述阴极模块与所述厌氧区上下连通，所述阳极模块和所述阴极模块-厌氧区的进水均单独控制，所述厌氧区出水、阴极模块出水及阳极模块出水均汇集于所述水相区，再流经溢流堰，从出水管排出。
说明书
内置生物催化电解系统的堆叠式废水厌氧处理装置及采用其处理废水的方法
技术领域
本发明涉及一种难降解废水处理装置及用其处理难降解废水的调控方法，具体涉及一种内置生物催化电解系统的堆叠式废水厌氧处理装置 (stackableanaerobicdigestionbioreactorwithbuilt-inbiocatalyzed electrolysissystem：SADB-BES)及采用其处理废水的方法。
背景技术
工业废水在我国废水排放中占有相当大的比重，根据环保部数据显示， 2013年我国的工业废水排放量为200多亿吨，如此大量的废水排放，对环境造成沉重负担;同时，也应认识到工业废水是一种潜在的水资源，将工业废水作为持续的水资源加以利用，是缓解水资源短缺的重要途径，也是减轻受纳水体环境污染、改善生态环境的有效方法。2013年国务院发布《循环经济发展战略及近期行动计划》，要求“十二五”期间，工业用水回用率至少提高4.3%，与此同时，各种工业废水排放标准也相继得到修订、更新和发布，标准的提高既体现了废水排放控制的新要求，也预示着工业废水深度治理面临着更大挑战。
一直以来占工业废水排放量50%以上的难降解有机废水，如：造纸、化工、纺织、制药等，是水处理领域的难题，这类废水二级出水中残留大量难降解有毒有机物，如卤代芳香烃、人造染料、抗生素等，其含量占出水总化学需氧量的80%以上，采用传统厌氧工艺很难实现对工业废水二级出水中难降解有毒污染物的去除，排放到自然水体中，不仅引发严重的环境健康及生态安全问题，也成为工业废水再生回用的重要限制因素。
因此，开发有效的水处理工艺用于工业废水二级出水水质调理，有针对性的对难降解污染物高效去除，实现工业废水的深度净化和再生回用，是环境工作者迫在眉睫的重任。
生物催化电解系统作为一种新兴的水处理技术，吸引了越来越多人们的目光。Potter在1991年阐述了微生物可以通过物质转化产生电流的观点，但将微生物与燃料电池结合并将其用于废水处理在21世纪才逐渐展开，在这一体系中，微生物作为催化剂，将化学能转化为电能，该技术具有以下特点：(1)低碳源电子供体需求;生物电化学系统中，阳极微生物可高效利用水中的小分子有机物作为碳源，尤其是挥发酸(VFAs)，同时，定向驯化而成的阴极微生物以电极作为直接的电子供体，可利用无机碳实现自养化，基于这一特性，生物阴极可在不依赖有机碳的条件下转化目标物，因此，生物电化学系统对碳源电子供体的需求量远小于传统厌氧工艺;(2) 难降解污染物定向去除效率高;水中的难降解有机物，包括：硝基芳香烃类、偶氮类、高氯烃、芳香烃类，通常含有双建、强拉电子基团、偶氮键等，这些物质的抗性基团大多具有化学可还原性，且还原后的产物生物毒性大大降低。研究表明，这些物质在生物阴极，通过较小的能量输入和电位控制，可以发生硝酸盐还原、硝基还原、抗生素脱氯、卤代芳香烃脱卤，发色基团脱色等，进而被有效去除。
近年来，将生物催化电解系统与厌氧工艺耦合，受到广泛关注，该工艺将生物电化学体系内置于厌氧工艺，提升了厌氧装置的空间利用率，电极作为一种生物载体，增大了生物量，在外加可控的较小电压条件下，对厌氧生物反应残留的难降解污染物实现高效的定向转化，其中，电极载体由比表面积较大且构型可灵活多变的导电材料制作而成，上面附着电活性生物膜，具有电化学反应特征和微生物催化特性以及传统生物填料的功能。
因此，将生物催化电解系统与厌氧生物工艺结合，处理难降解工业废水，不仅可以克服工业废水中碳源少、C/N比低的弊端，而且可以有效提升厌氧生物工艺的效能，强化水中难降解污染物的转化、去除。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种内置生物催化电解系统的堆叠式废水厌氧处理装置及采用其处理废水的方法，以用于难降解废水处理。
为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种内置生物催化电解系统的堆叠式废水厌氧处理装置，所述堆叠式废水厌氧处理装置顺次包括下述区段：厌氧区、生物催化电解区和水相区，其特征在于，所述堆叠式废水厌氧处理装置采用堆叠式和模块化设计，各个区段能够根据需要进行拼装组合，能够根据目标废水特征，调节厌氧区与生物催化电解区的区段数量。
其中，所述堆叠式废水厌氧处理装置采用升流式设计，进水管位于所述堆叠式废水厌氧处理装置的底部，在所述堆叠式废水厌氧处理装置的顶部设置溢流堰和溢流区，流入所述水相区的经过处理的废水通过溢流堰流入溢流区，再导入出水管。
作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种采用如上所述的内置生物催化电解系统的堆叠式废水厌氧处理装置处理废水的方法。
基于上述技术方案可知，本发明的堆叠式废水厌氧处理装置具有以下特点及有益效果：(1)本装置模块式的设计，可将四个区的体积比例灵活调节，并可根据水质变化和处理需要，增加或减少电极模块的数量;采用堆叠的形式，可使装置通过调节径高比，在空间上放大;(2)采用厌氧区在下，生物催化电解区在上的排布方式，利用生物催化电解系统对低浓度污染物去除的优势，对厌氧污泥区残留的污染物进一步强化去除;(3)将生物催化电解系统置于厌氧装置的水相区，有效提升了厌氧装置的利用空间，增大了生物量;(4)将阴阳极之间采用离子交换膜隔开，并将阳极模块置于阴极模块中间，可以大大减小阳极模块的体积，降低成本，并防止阳极电极微生物受到阴极进水中有毒物质的毒性抑制，可以充分发挥阳极和阴极的功能;通过上下及环绕式排布、以及离子交换膜的使用，充分保护每个区域的微生物活性，使每个区域充分发挥作用;(5)阳极模块区与厌氧-阴极模块联通区可分别处理两种不同水质的废水;通过外加电压、水力停留时间及进水污染物浓度的调控，能使该装置保持最佳性能。