申请日2014.11.28
公开(公告)日2016.04.06
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明涉及一种电解-渗透萃取-生物耦合技术处理高盐难降解有机废水的装置及方法，首先将有机废水通过复合电解法进行电解，使能够降解的大分子有机污染物电解生成能够挥发的低分子有机污染物，得到包括有机成分与无机成分的待萃取废水;然后利用对有机成分具有高透过率和对无机成分具有截留作用的膜萃取系统，将有机成分与无机成分分离;最后有机成分进入生物处理系统进行生物降解，完成高盐难降解有机废水的处理。本发明通过复合电解和渗透萃取工艺的耦合，使复合电解中间产物与膜萃取系统工作机制相协同，确保生成物质快速高效的通过膜萃取系统，实现有机成分与无机成分的有效分离，再经过生物处理，降解效果好，并降低含盐量。
权利要求书
1.一种电解-渗透萃取-生物耦合技术处理高盐难降解有机废水的方法，其特征在于：
1)将有机废水通过复合电解法进行电解，得到包括有机成分与无机成分的待萃取废水;所述有机废水含有无机盐、无机酸和大分子有机污染物，所述无机盐的质量分数在1%以上;所述复合电解法中采用DSA电极对和DSA-碳电极对构成的多元组合式电解反应器进行电解;
2)将步骤1)得到的待萃取废水引入膜萃取系统中并将有机成分与无机成分分离;
3)使步骤2)分离出的有机成分进入生物处理系统进行生物降解，直至生物处理系统的出水达到排放标准，从而完成高盐难降解有机废水的处理;
所述步骤2)中的膜萃取系统包括由管状硅橡胶膜构成的管程和管程外套设的壳程;待萃取废水先进入管程内部空腔，其中的有机成分穿过硅橡胶膜膜壁进入壳程，再经过壳程出口进入生物处理系统进行生物降解，无机成分从管程内部空腔经过管程出口排出进行回收利用。
2.根据权利要求1所述的一种电解-渗透萃取-生物耦合技术处理高盐难降解有机废水的方法，其特征在于：所述步骤1)中有机废水中的大分子有机污染物包括芳香族有机化合物。
3.根据权利要求1所述的一种电解-渗透萃取-生物耦合技术处理高盐难降解有机废水的方法，其特征在于：所述步骤1)中复合电解法所采用的电解条件为：电流密度：80～180A/m2，电压：10～15V，电解时间：10～20min。
4.根据权利要求1所述的一种电解-渗透萃取-生物耦合技术处理高盐难降解有机废水的方法，其特征在于：所述步骤3)中的生物处理系统的出水经壳程入口再进入壳程作为膜萃取系统的反萃液使用，或者达标后排放。
5.根据权利要求1或4所述的一种电解-渗透萃取-生物耦合技术处理高盐难降解有机废水的方法，其特征在于：所述生物处理系统包括经过有机废水预驯化的生物相，所述生物相的污泥浓度为5000～8000mg/L，溶解氧浓度控制在1.5～2.0mg/L。
6.一种电解-渗透萃取-生物耦合技术处理高盐难降解有机废水的装置，其特征在于：包括电解槽、膜萃取系统和生物处理系统，所述电解槽中包括多元组合式电解反应器，多元组合式电解反应器由DSA电极对和DSA-碳电极对构成;膜萃取系统包括管程和管程外套设的壳程，所述管程为若干根管式的硅橡胶膜，电解槽的出水端与硅橡胶膜入口端相连，硅橡胶膜的出口端连接回收利用体系;壳程的出口端连接生物处理系统的入口端，生物处理系统的出口端与壳程的入口端相连形成回路，生物处理系统的出口端还连接排放系统。
7.根据权利要求6所述的一种电解-渗透萃取-生物耦合技术处理高盐难降解有机废水的装置，其特征在于：所述DSA电极是在钛基上涂饰稀有元素或其氧化物或钛的氧化物制备而成的，所述稀有元素包括锡、锑或钌。
8.根据权利要求6所述的一种电解-渗透萃取-生物耦合技术处理高盐难降解有机废水的装置，其特征在于：所述膜萃取系统中采用若干根以聚砜中空纤维为载体的聚二甲基硅氧烷管式膜或聚甲基乙烯基硅氧烷管式膜，通过环氧树脂密封在有机玻璃管中形成管程和壳程。
9.根据权利要求6或8所述的一种电解-渗透萃取-生物耦合技术处理高盐难降解有机废水的装置，其特征在于：所述硅橡胶膜包括350～500根，膜管内径为1mm，厚度0.1mm，长度为1m。
说明书
一种电解-渗透萃取-生物耦合技术处理高盐难降解有机废水的装置及方法
技术领域
本发明属于环境保护领域，尤其涉及一种电解-渗透萃取-生物耦合技术处理高盐难降解有机废水的装置及方法。
背景技术
有机废水含有中大量难降解有机污染物，这类物质在水中具有良好的化学稳定性，含有多种具有生物毒性或“三致性”有机物，一般难以直接生物降解，目前多采用化学氧化预处理调节生化后再行生物降解，其化学氧化的降解产物多为芳香类化合物，其生物降解也受到一定程度的制约。同时，工程实践证明，当废水中总盐质量达到1%以上时会对微生物生长和降解活动产生抑制甚至毒害作用，使得有机物的降解难以进行下去，使生物法难以用于含盐废水的处理，所以废水中总盐的质量分数在1%以上时即为高盐含量。其次，高盐度废水对管网和设备产生较大的负作用，排入环境后可直接导致江河水质矿化度显著提高，加速土壤盐碱化，给生态系统带来严重的负面影响。因此，含盐量已逐渐成为工业废水排放标准的重要指标之一。综合以上两个方面，探索高盐度难降解有机废水处理新技术已成为环保领域关注的热点之一。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供一种有效降解有机化合物、降低含盐量的电解-渗透萃取-生物耦合技术处理高盐难降解有机废水的装置及方法。
本发明降解方法的技术方案是：
1)将有机废水通过复合电解法进行电解，得到包括有机成分与无机成分的 待萃取废水;所述有机废水含有无机盐、无机酸和大分子有机污染物，所述无机盐的质量分数在1%以上;所述复合电解法中采用DSA电极对和DSA-碳电极对构成的多元组合式电解反应器进行电解;
2)将步骤1)得到的待萃取废水引入膜萃取系统中并将有机成分与无机成分分离;
3)使步骤2)分离出的有机成分进入生物处理系统进行生物降解，直至生物处理系统的出水达到排放标准，从而完成高盐难降解有机废水的处理。
所述步骤1)中有机废水中的大分子有机污染物包括芳香族有机化合物。
所述步骤1)中复合电解法所采用的电解条件为：电流密度：80～180A/m2，电压：10～15v，电解时间：10～20min。
所述步骤2)中的膜萃取系统包括由管状硅橡胶膜构成的管程和管程外套设的壳程;待萃取废水先进入管程内部空腔，其中的有机成分穿过硅橡胶膜膜壁进入壳程，再经过壳程出口进入生物处理系统进行生物降解，无机成分从管程内部空腔经过管程出口排出进行回收利用。
所述步骤3)中的生物处理系统的出水经壳程入口再进入壳程作为膜萃取系统的反萃液使用，或者达标后排放。
所述生物处理系统包括经过有机废水预驯化的生物相，所述生物相的污泥浓度为5000～8000mg/L，溶解氧浓度控制在1.5～2.0mg/L。
本发明装置的技术方案是：
包括电解槽、膜萃取系统和生物处理系统，所述电解槽中包括多元组合式电解反应器，多元组合式电解反应器由DSA电极对和DSA-碳电极对构成;膜萃取系统包括管程和管程外套设的壳程，所述管程为若干根管式的硅橡胶膜，电解槽的出水端与硅橡胶膜入口端相连，硅橡胶膜的出口端连接回收利用体系; 壳程的出口端连接生物处理系统的入口端，生物处理系统的出口端与壳程的入口端相连形成回路，生物处理系统的出口端还连接排放系统。
所述DSA电极是在钛基上涂饰稀有元素或其氧化物或钛的氧化物制备而成的，所述稀有元素包括锡、锑或钌。
所述膜萃取系统中采用若干根以聚砜中空纤维为载体的聚二甲基硅氧烷管式膜或聚甲基乙烯基硅氧烷管式膜，通过环氧树脂密封在有机玻璃管中形成管程和壳程。
所述硅橡胶膜包括350～500根，膜管内径为1mm，厚度0.1mm，长度为1m。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明采用复合电解-萃取膜生物反应器耦合的技术，通过采用金属阳极DSA与石墨电极相结合产生OH·自由基为核心氧化机制，中和有机废水中的无机酸，削减水中的无机盐含量;通过DSA电极对、DSA-碳电极对构成多元组合式电解反应器，针对含有2000mg/L的高浓度难降解有机污染物的有机废水，能够将其中90%以上大分子有机污染物降解为易挥发的低分子有机污染物，同时如果本发明中处理的有机废水中含有Cl-等，则电极对中的阳极将作为析氯电极，将Cl-直接氧化成氯气减少Cl-含量，有效削减水中的无机盐含量，利于含盐废水达标排放;然后膜萃取系统将该低分子有机物和无法彻底分解的有机物与无机盐离子和酸根离子分离，萃取率在90%以上，含盐废水中的有机物含量降低至100mg/L以下，利于盐水和酸水的工业循环回用;而有机成分即难降解有机物及电解生成的低分子有机污染物最终进入生物处理系统进行彻底的降解，完成高盐度难降解有机污染物的高效去除，本发明中有机污染物去除率能达到85～92%，能够实现高盐度难降解有机废水的达标排放。由于本发明可以采用不同类 型的复合电解工艺，使得该技术适用于各类高浓度有机废水，最终达到促进清洁生产，提高生产效率，同时降低处理成本的目的。本发明针对高盐度难降解有机废水特点，提出复合电解-萃取膜生物耦合工艺处理高盐度难降解有机化工废水，使复合电解中间产物与膜萃取系统工作机制相协同，确保生成物质可以快速高效的通过膜萃取系统，实现无机盐、无机酸与复合电解降解产物的有效分离，再经过生物处理，降解效果好;本发明技术含量高、创新性强，应用前景广阔，对于推动传统化工合成行业清洁生产，促进相关产业的发展具有重大的现实意义。
进一步，本发明通过调节复合电解法中的电解条件，可以控制不同来源的高盐度、高酸性有机废水中有机污染物的电解过程及产物类型。
本发明装置通过设置含有多元组合式电解反应器的电解槽，将有机废水进行降解，然后利用硅橡胶膜作为膜萃取系统的萃取相，对有机成分具有高透过率并对无机成分具有截留作用，将包括降解中间产物的有机成分与无机成分有效分离，使含盐废水进入回收利用体系达到循环回用，如用于染料合成的盐析过程;并使有机成分进入膜外生物处理系统进一步生物降解，生物处理系统与膜萃取系统的壳程入口再相连形成回路，使经过生物处理系统处理之后的废水能够再次进入膜萃取系统，作为反萃液循环利用，或者达标后排放;从而实现高盐度难降解有机污染物的高效去除，结构简单，操作方便，降解率高，而且本发明中可以采用不同类型的电解反应器，使得本发明适用于各类高浓度有机废水降解。
进一步，本发明中膜萃取系统采用以聚砜中空纤维为载体的聚二甲基硅氧烷管式膜或聚甲基乙烯基硅氧烷管式膜作为萃取膜，有效保证萃取效果。
进一步，本发明中根据电解后出水中小分子有机污染物浓度可以选择膜管 数量，进而确定总萃取膜的表面积，在电解后的出水在经过该膜系统时，有效提高萃取效果和萃取效率。