一種印染廢水處理裝置以及使用該裝置處理廢水的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于廢水處理領(lǐng)域，公開了一種印染廢水處理裝置以及使用該裝置處理廢水的方法。該印染廢水處理裝置包括陰極室、陽極室、離子交換膜和電源。通過組建雙室微生物電解池，陰極室接種活性污泥，并通入染料廢水，使微生物得到馴化和繁殖，通過外電源提供不同的外加電壓，控制陰極電勢，促進陰極形成的專一的具有良好電化學活性的微生物膜。調(diào)節(jié)廢水的pH、水力停留時間、進水的COD濃度等參數(shù)后，印染廢水在該反應器的陰極室脫色并降解，并最終排出陰極室，偶氮染料的脫色率達到90％以上。
【專利說明】
-種印染廢水處理裝置從及使用該裝置處理廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及水處理領(lǐng)域領(lǐng)域，特別設(shè)及一種印染廢水處理裝置W及使用該裝置處 理廢水的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 印染廢水由于水量大、成分復雜、含有大量難降解的有機物等特點，屬難處理的工 業(yè)廢水之一，印染廢水的主要處理方法包括物化法、生物法。一方面物化法效果較好但是處 理費用十分昂貴，同時大量使用的化學藥劑還會引起二次污污染，另一方面，然而傳統(tǒng)的生 物法在處理印染廢水時因周期長，脫色率低，使得效果不盡人意。
[0003] 生物電化學系統(tǒng)是一種全新的生物處理技術(shù)，是廢水處理領(lǐng)域的一個重要發(fā)展方 向。微生物電化學系統(tǒng)是使用吸附在1個或者2個電極上的微生物來催化生物陽極的氧化反 應和(或)生物陰極的還原反應。微生物電化學系統(tǒng)主要包括微生物燃料電池和微生物電解 池，其中微生物電解池利用外加電源的存在可W更精確地控制反應器的電化學參數(shù)和微生 物的生存環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種，W解決現(xiàn)有技術(shù)中導致的上述多項缺 陷。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供W下的技術(shù)方案：一種印染廢水處理裝置，包括水 槽、陽極室和陰極室，所述陽極室和陰極室設(shè)置在水槽內(nèi)，陽極室和陰極室相通，兩者之間 通過陽離子交換膜隔開，陽極室和陰極室的頂部和底部分別設(shè)有陽極室出水口、陰極室出 水口、陽極室進水口和陰極室進水口，陽極室出水口、陰極室出水口、陽極室進水口和陰極 室進水口處設(shè)有硅膠管，陽極室和陰極室內(nèi)分別設(shè)有碳刷陽極和碳刷陰極，碳刷陽極和碳 刷陰極通過鐵絲與可編程直流電源相連接，陰極室和陽極室頂部為密封蓋，密封蓋中間位 置設(shè)有電極孔，鐵絲穿過電極孔。
[0006] 優(yōu)選的，所述水槽的下方對應陽極室和陰極室設(shè)有磁力攬拌器，所述陽極室和陰 極室內(nèi)對應磁力攬拌器位置設(shè)有攬拌子。
[0007] 優(yōu)選的，所述陰極室內(nèi)設(shè)有參比電極，參比電極通過鐵絲與可編程直流電源相連 接。
[0008] 優(yōu)選的，所述參比電極為氯/氯化銀電極，所述的陽極電極和陰極電極的材料為碳 刷。
[0009] 優(yōu)選的，所述水槽內(nèi)設(shè)有溫控系統(tǒng)，包括溫度計和控溫加熱棒。
[0010] 優(yōu)選的，所述陽極室進水口和陰極室進水口處的硅膠管連接有蠕動累。
[0011] -種使用印染廢水處理裝置處理印染廢水的方法，其特征在于包括W下操作步 驟：
[0012] 步驟1:分別向陰極室和陽極室接種活性污泥，并向陰極室通入染料廢水，向陽極 室通入W葡萄糖為基質(zhì)的憐酸鹽緩沖溶液培養(yǎng)液，抑為7--7.4;
[0013] 步驟2:通過每24h更換培養(yǎng)液和染料廢水，直到更換培養(yǎng)液和染料廢水后，觀測到 染料廢水脫色，電流穩(wěn)定，陰極電極和陽極電極穩(wěn)定掛膜；
[0014] 步驟3:通過調(diào)節(jié)染料廢水的水力停留時間、pH、進水的COD濃度W及外加電壓、反 應器溫度實驗參數(shù)后，系統(tǒng)達到穩(wěn)定的狀態(tài)。
[0015] 優(yōu)選的，所述的可編程直流電源能夠提供0V-1.2V之間的電壓。
[0016] 優(yōu)選的，陰極室和陽極室通過水槽內(nèi)的控溫加熱棒控制溫度，反應器的溫度控制 在 25±rC。
[0017] 采用W上技術(shù)方案的有益效果是:本發(fā)明利用雙室的微生物電解池系統(tǒng)處理印染 廢水時，陽極電化學活性微生物通過氧化葡萄糖，同時產(chǎn)生電子，電子經(jīng)外電路傳遞至陰極 室，陰極的電化學活性微生物利用電子和碳源，在外加電壓的作用下克服熱力學能壘，使難 降解的降解為簡單的有機物或無機物，從而實現(xiàn)印染廢水的脫色和處理。
[0018] 本發(fā)明采用微生物電解池技術(shù)處理印染廢水，可W實現(xiàn)印染廢水的脫色和毒性削 減;一方面可W避免傳統(tǒng)生物處理技術(shù)中能源和物質(zhì)的浪費、二次污染等問題，另一方面可 W避免新興技術(shù)帶來的成本昂貴、不易操作等問題;本發(fā)明的裝置和方法不僅可W用來處 理印染廢水，還可W處理其他難W生化處理的廢水。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2是生物組和非生物組的實驗對比圖；
[0021 ]圖3是接種活性污泥組多天實驗圖；
[0022] 圖4是未接種活性污泥組多天實驗圖。
[0023] 其中，1--碳刷陰極、2-參比電極、3-陰極室出水口、4一陰極室進水口、5-陰極 攬拌子、6-陽離子交換膜、7-碳刷陽極、8-陽極室出水口、9一陽極室進水口、10-陽極攬 拌子、11--可編程直流電源、12--溫度計、13--水槽、14--控溫加熱棒、15--磁力攬拌器、 16-蠕動累、17-陰極室、18-陽極室、19-硅膠管。
【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
[0025] 圖1出示本發(fā)明的【具體實施方式】:一種印染廢水處理裝置，包括水槽、陽極室和陰 極室，所述陽極室和陰極室設(shè)置在水槽內(nèi)，陽極室和陰極室相通，兩者之間通過陽離子交換 膜隔開，陽極室和陰極室的頂部和底部分別設(shè)有陽極室出水口、陰極室出水口、陽極室進水 口和陰極室進水口，陽極室出水口、陰極室出水口、陽極室進水口和陰極室進水口處設(shè)有娃 膠管，陽極室和陰極室內(nèi)分別設(shè)有碳刷陽極和碳刷陰極，碳刷陽極和碳刷陰極通過鐵絲與 可編程直流電源相連接，陰極室和陽極室頂部為密封蓋，密封蓋中間位置設(shè)有電極孔，鐵絲 穿過電極孔。
[0026] 水槽的下方對應陽極室和陰極室設(shè)有磁力攬拌器，所述陽極室和陰極室內(nèi)對應磁 力攬拌器位置設(shè)有攬拌子。
[0027] 陰極室內(nèi)設(shè)有參比電極，參比電極通過鐵絲與可編程直流電源相連接;參比電極 為氯/氯化銀電極，所述的陽極電極和陰極電極的材料為碳刷。
[0028] 陰極室和陽極室的體積均為1:1，陰極電極和陽極電極的材料均為碳刷，碳刷經(jīng)預 處理后，用鐵絲與可編程直流電源相連;碳刷預處理方法為，設(shè)定馬弗爐升溫速度為50°C/ min,并在700°C的溫度下處理60min，W含有5%氨氣的氮氣作為保護氣體。
[0029] 水槽內(nèi)設(shè)有溫控系統(tǒng)，包括溫度計和控溫加熱棒；陽極室進水口和陰極室進水口 處的硅膠管連接有蠕動累。
[0030] 蠕動累控制陰極室印染廢水和陽極室培養(yǎng)液的水力停留時間；溫度控制系統(tǒng)，在 水槽中注入自來水，設(shè)定加熱棒溫度為30°C，通過溫度計可W監(jiān)測水溫變化;磁力攬拌器， 設(shè)定轉(zhuǎn)速20化/min，維持陰極液和陽極液的內(nèi)循環(huán)。
[0031] 一種使用印染廢水處理裝置處理印染廢水的方法，其特征在于包括W下操作步 驟：
[0032] 步驟1:分別向陰極室和陽極室接種活性污泥，并向陰極室通入染料廢水，向陽極 室通入W葡萄糖為基質(zhì)的憐酸鹽緩沖溶液培養(yǎng)液，抑為7-7.4;
[0033] 步驟2:通過每24h更換培養(yǎng)液和染料廢水，直到更換培養(yǎng)液和染料廢水后，觀測到 染料廢水脫色，電流穩(wěn)定，陰極電極和陽極電極穩(wěn)定掛膜；
[0034] 步驟3:通過調(diào)節(jié)染料廢水的水力停留時間為2地、抑為7-7.4之間、進水的COD濃度 500-800mg^W及外加電壓0.3V、反應器溫度25±2°C后，系統(tǒng)達到穩(wěn)定的狀態(tài)，染料廢水能 在陰極室實現(xiàn)較好的脫色和處理效果。
[0035] 可編程直流電源能夠提供0V-1.2V之間的電壓；陰極室和陽極室通過水槽內(nèi)的控 溫加熱棒控制溫度，反應器的溫度控制在25 ± rC。
[0036] 染料廢水為合成廢水既陰極液。1L陰極的染料廢水含量為:0.500g葡萄糖，0.13g KCl，0.31g NH4Cl，6.24g Na肥P04 · 2H20，14.32g 化2HP04 · 12肥0;lml微量金屬溶液，lml 維他命溶液，偶氮染料為0.3g剛果紅；IL陽極液培養(yǎng)液含量為:0.500g葡萄糖，0.13g KCl， 0.31g NH4Cl，6.24g NaH2P04 · 2肥0，14.32g Na2HP04 · 12H20;lml微量金屬溶液，lml維他 命溶液。
[0037] 分別向陰極室和陽極室接種30ml活性污泥，活性污泥取自污水處理廠的二沉池回 流污泥，具有較高的微生物濃度和豐富的微生物種群并向陰極室加滿配置的印染廢水，向 陽極室加滿W葡萄糖為基質(zhì)的憐酸鹽緩沖溶液培養(yǎng)液，采用批處理方式，每24h更換培養(yǎng) 液和印染廢水，直到更換培養(yǎng)液和印染廢水后，偶氮染料廢水持續(xù)脫色，電流值穩(wěn)定，則陰 極電極和陽極電極穩(wěn)定掛膜，微生物電解池得W穩(wěn)定啟動。
[0038] 具體實施方案一：通過調(diào)節(jié)染料廢水的水力停留時間為24h、pH為7之間、進水的 COD濃度800mg^ W及外加電壓0.3V、反應器溫度25°C后，系統(tǒng)達到穩(wěn)定的狀態(tài)，染料廢水能 在陰極室實現(xiàn)較好的脫色和處理效果。
[0039] 可編程直流電源能夠提供1.2V之間的電壓；陰極室和陽極室通過水槽內(nèi)的控溫加 熱棒控制溫度，反應器的溫度控制在25°C。該方案剛果紅的去除效率達到98.8%。
[0040] 具體實施方案二:通過調(diào)節(jié)染料廢水的水力停留時間為24h、抑為7.2之間、進水的 COD濃度580mg^ W及外加電壓0.3V、反應器溫度27°C后，系統(tǒng)達到穩(wěn)定的狀態(tài)，染料廢水能 在陰極室實現(xiàn)較好的脫色和處理效果。
[0041] 可編程直流電源能夠提供0.8V之間的電壓；陰極室和陽極室通過水槽內(nèi)的控溫加 熱棒控制溫度，反應器的溫度控制在26°C。該方案剛果紅的去除效率達到98.2%。
[0042] 具體實施方案Ξ:通過調(diào)節(jié)染料廢水的水力停留時間為24h、抑為7.4之間、進水的 COD濃度680mg^ W及外加電壓0.3V、反應器溫度23°C后，系統(tǒng)達到穩(wěn)定的狀態(tài)，染料廢水能 在陰極室實現(xiàn)較好的脫色和處理效果。
[0043] 可編程直流電源能夠提供1.2V之間的電壓；陰極室和陽極室通過水槽內(nèi)的控溫加 熱棒控制溫度，反應器的溫度控制在24°C。該方案剛果紅的去除效率達到97.8%。
[0044] 具體實施方案四：更換進水方式為連續(xù)流，通過蠕動累控制陰極印染廢水和陽極 培養(yǎng)液的水利停留時間為24h，控制進水地為7.4，溫度為25 ± 2°C，剛果紅的去除效率達到 90%±1%。
[0045] 具體實施方案五:本實施方案與具體實施方案一不同的是設(shè)定可編程直流電源在 微生物電解池兩極外加電壓為0V，其他步驟及參數(shù)與方案一相同。剛果紅的去除率僅為 30%±2%
[0046] 具體實施方案六:本實施方案與具體實施方案一不同的是陰極未接種活性污泥。 其他步驟及參數(shù)與方案一至Ξ相同。剛果紅在其中的去除率僅為26% ±1%。
[0047] 圖2至圖4是生物組和非生物組的實驗對比數(shù)據(jù)圖，生物組:接種了活性污泥;非生 物組:未接種活性污泥;縱坐標為剛果紅濃度。
[004引下圖為生物組和非生物組的實驗數(shù)據(jù)對比表格。
[0049]
[0050] 本發(fā)明利用雙室的微生物電解池系統(tǒng)處理印染廢水時，陽極電化學活性微生物通 過氧化葡萄糖，同時產(chǎn)生電子，電子經(jīng)外電路傳遞至陰極室，陰極的電化學活性微生物利用 電子和碳源，在外加電壓的作用下克服熱力學能壘，使難降解的降解為簡單的有機物或無 機物，從而實現(xiàn)印染廢水的脫色和處理。
[0051] W上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可W做出若干變形和改進，運些都屬于本發(fā)明 的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種印染廢水處理裝置，其特征在于，包括水槽、陽極室和陰極室，所述陽極室和陰 極室設(shè)置在水槽內(nèi)，陽極室和陰極室相通，兩者之間通過陽離子交換膜隔開，陽極室和陰極 室的頂部和底部分別設(shè)有陽極室出水口、陰極室出水口、陽極室進水口和陰極室進水口，陽 極室出水口、陰極室出水口、陽極室進水口和陰極室進水口處設(shè)有硅膠管，陽極室和陰極室 內(nèi)分別設(shè)有碳刷陽極和碳刷陰極，碳刷陽極和碳刷陰極通過鈦絲與可編程直流電源相連 接，陰極室和陽極室頂部為密封蓋，密封蓋中間位置設(shè)有電極孔，鈦絲穿過電極孔。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的印染廢水處理裝置，其特征在于，所述水槽的下方對應陽極室 和陰極室設(shè)有磁力攪拌器，所述陽極室和陰極室內(nèi)對應磁力攪拌器位置設(shè)有攪拌子。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的印染廢水處理裝置，其特征在于，所述陰極室內(nèi)設(shè)有參比電 極，參比電極通過鈦絲與可編程直流電源相連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的印染廢水處理裝置，其特征在于，所述參比電極為氯/氯化銀 電極，所述的陽極電極和陰極電極的材料為碳刷。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的印染廢水處理裝置，其特征在于，所述水槽內(nèi)設(shè)有溫控系統(tǒng)， 包括溫度計和控溫加熱棒。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的印染廢水處理裝置，其特征在于，所述陽極室進水口和陰極室 進水口處的硅膠管連接有蠕動栗。7. -種使用權(quán)利要求1-6任意一項所述印染廢水處理裝置處理印染廢水的方法，其特 征在于包括以下操作步驟： 步驟1:分別向陰極室和陽極室接種活性污泥，并向陰極室通入染料廢水，向陽極室通 入以葡萄糖為基質(zhì)的磷酸鹽緩沖溶液培養(yǎng)液，pH為7-7.4; 步驟2:通過每24h更換陽極培養(yǎng)液和陰極的染料廢水，直到更換培養(yǎng)液和染料廢水后， 觀測到陰極染料廢水脫色，電流穩(wěn)定，既陰極電極和陽極電極穩(wěn)定掛膜； 步驟3:通過調(diào)節(jié)染料廢水的水力停留時間、pH、進水的COD濃度以及外加電壓、反應器 溫度實驗參數(shù)后，系統(tǒng)達到穩(wěn)定的狀態(tài)。8. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的使用印染廢水處理裝置處理印染廢水的方法，其特征在于，所 述的可編程直流電源能夠提供OV-1.2V之間的電壓。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的使用印染廢水處理裝置處理印染廢水的方法，其特征在于：陰 極室和陽極室通過水槽內(nèi)的控溫加熱棒控制溫度，反應器的溫度控制在25± 1°C。
【文檔編號】C02F3/00GK105948221SQ201610454276
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】伍永鋼, 魯正偉, 楊周生
【申請人】安徽師范大學