一種用于含丙烯腈煉化廢水處理的連續(xù)流三段生物產(chǎn)電脫鹽裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種用于含丙烯腈煉化廢水處理的裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境問題與能源問題制約著人類社會(huì)的發(fā)展。由于我國工業(yè)的不斷發(fā)展，導(dǎo)致了工業(yè)用水量的急劇攀升，這無疑加重了水資源短缺這一危機(jī)。在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的大量化工廢水含有烴類物質(zhì)以及其它難降解物質(zhì)，如果不能妥善處置，勢必會(huì)造成環(huán)境的污染，威脅生態(tài)環(huán)境安全，危害人類及其它生物的健康，因此，化工廢水的處理成為始終困擾工業(yè)發(fā)展與人類生活的難題。與此同時(shí)，人類賴以生存的化石能源日漸枯竭，在化石能源的開采利用過程中也加重了環(huán)境問題，因此，尋找可持續(xù)的清潔能源成為了解決能源危機(jī)的一條出路。化工廢水在處理的過程中同樣需要耗散一定的能源，其中所蘊(yùn)含的有機(jī)物物質(zhì)被降解轉(zhuǎn)化也成為了一種資源的浪費(fèi)。因此，化工廢水處理與產(chǎn)生能源相結(jié)合為化工廢水的處理提供了新的思路與發(fā)展方向。生物電化學(xué)系統(tǒng)是利用微生物降解有機(jī)物，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置。微生物脫鹽燃料電池(MDC)在陽極室和陰極室之間添加陰離子交換膜與陽離子交換膜，在兩極之間形成了脫鹽室。在功能上，MDC實(shí)現(xiàn)了污染物降解，產(chǎn)電，脫鹽的三種功效。但是目前的微生物脫鹽燃料電池的脫鹽率和石化廢水中的丙烯腈的去除率較低，無法工業(yè)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是要解決目前的微生物脫鹽燃料電池的脫鹽率和石化廢水中的污染物和丙烯腈的去除率較低，無法工業(yè)化的技術(shù)問題，而提供一種用于含丙烯腈煉化廢水處理的連續(xù)流三段生物產(chǎn)電脫鹽裝置及其使用方法。
[0004]本發(fā)明的一種用于含丙烯腈煉化廢水處理的連續(xù)流三段生物產(chǎn)電脫鹽裝置由陽極室1、陽極碳刷2、陰離子交換膜3、脫鹽室4、陽離子交換膜5、陰極碳刷6、陰極室7、水栗8-1、水栗8-2、水栗8-3、曝氣裝置9、兼性室10和電阻11組成;脫鹽室4設(shè)置在陽極室I和陰極室7之間，陽極室I和脫鹽室4之間設(shè)置陰離子交換膜3，脫鹽室4和陰極室7之間設(shè)置陽離子交換膜5，陽極室I內(nèi)設(shè)置有陽極碳刷2，陰極室7內(nèi)設(shè)置有陰極碳刷6，陰極室7的底部設(shè)置曝氣裝置9，陽極碳刷2與陰極碳刷6之間連接電阻11，陽極室I的底部設(shè)置有進(jìn)水口，陽極室I頂部設(shè)置的出水口與兼性室10底部設(shè)置的進(jìn)水口連通并在水管上設(shè)置水栗8-1，兼性室10頂部設(shè)置的出水口與陰極室7底部設(shè)置的進(jìn)水口連通并在水管上設(shè)置水栗8-3，陰極室7頂部設(shè)置的出水口分別與脫鹽室4底部設(shè)置的進(jìn)水口和兼性室10底部設(shè)置的進(jìn)水口連通并在水管上設(shè)置水栗8-2，脫鹽室4頂部設(shè)置有出水口，兼性室10的頂部設(shè)置有出氣口。
[0005]本發(fā)明的一種用于含丙烯腈煉化廢水處理的連續(xù)流三段生物產(chǎn)電脫鹽裝置的使用方法如下:
[0006]—、培養(yǎng)階段:關(guān)閉水栗8-1、8-2和8-3，在陽極碳刷2和陰極碳刷6上均接種具有煉化廢水降解能力的活性污泥，在兼性室1中接種具有煉化廢水降解能力的活性污泥，然后分別向陽極室1、陰極室7和兼性室10中注滿含丙烯腈煉化的廢水，陽極室I密封24h，陰極室7通過曝氣裝置9持續(xù)曝氣24h，兼性室10靜置24h，然后倒掉陽極室1、陰極室7和兼性室10中所有的污泥和廢水;步驟一中所述的具有煉化廢水降解能力的活性污泥的接種量分別為陽極室1、陰極室7和兼性室10各自容積的20?30% ;
[0007]二、馴化階段:向陽極室I中加入PBS緩沖液和葡萄糖，再向陽極室I中加入含丙烯腈煉化的廢水至注滿為止，得到混合液I，混液液I中的I3BS緩沖液的濃度為20ppm，混液液I中的葡萄糖的濃度為50mg/L?500mg/L;向陰極室7中加入PBS緩沖液和葡萄糖，再向陰極室7中加入含丙烯腈煉化廢水至注滿為止，得到混合液2，混液液2中的PBS緩沖液的濃度為20ppm，混液液2中的葡萄糖的濃度為50mg/L?500mg/L;向兼性室10中加入含丙烯腈煉化廢水至注滿為止;檢測電阻11兩端的電壓，當(dāng)電阻11兩端的電壓下降至50mV時(shí)，將陽極室1、陰極室7和兼性室10中的所有液體倒掉；
[0008]三、連續(xù)運(yùn)行:重復(fù)步驟二的操作10天?15天，陽極碳刷2上生成厭氧產(chǎn)電生物膜，陰極碳刷6上生成好氧產(chǎn)電生物膜，兼性室10內(nèi)生成兼性厭氧活性污泥；
[0009]打開水栗8-1、8_2和8-3，啟動(dòng)曝氣裝置9，將含丙烯腈煉化廢水作為待處理水進(jìn)入陽極室I，陽極室I的水力停留時(shí)間Ih?4h，兼性室10的水力停留時(shí)間Ih?4h，陰極室7的水力停留時(shí)間Ih?4h，脫鹽室4的水力停留時(shí)間Ih?4h，連續(xù)運(yùn)行24h，即完成用于含丙烯腈煉化廢水處理的連續(xù)流三段生物產(chǎn)電脫鹽；陰極室7的出水的3/4進(jìn)入脫鹽室4，陰極室7的出水的1/4進(jìn)入兼性室10。
[0010]本發(fā)明用于含丙烯腈煉化廢水處理的連續(xù)流三段生物產(chǎn)電脫鹽裝置，采用連續(xù)運(yùn)行的方式，各室進(jìn)出水均采取下進(jìn)上出的方式，含丙烯腈煉化廢水經(jīng)過陽極室-兼性室-陰極室-脫鹽室依次處理，陽極室降解有機(jī)物，陰極室處理廢水，脫鹽室進(jìn)行高效脫鹽，實(shí)現(xiàn)了對有毒有害物質(zhì)處理的同時(shí)，獲得穩(wěn)定的電能輸出，連續(xù)流三段生物產(chǎn)電的運(yùn)行過程中不需要額外的能力輸入或是高的滲透壓，具有良好的應(yīng)用前景。
[0011]在本發(fā)明中，MDC用于降解含丙烯腈的石化廢水。
[0012]本發(fā)明的特點(diǎn)在于將厭氧生物處理、兼性處理及好氧生物處理與MDC工藝相結(jié)合，并將其應(yīng)用于含丙烯腈煉化廢水的處理上，實(shí)現(xiàn)對有毒有害物質(zhì)處理的同時(shí)，能夠獲得穩(wěn)定的電能輸出，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對含鹽污水脫鹽的目的。
[0013]本發(fā)明在陽極室I中處于厭氧環(huán)境下，含丙烯腈煉化廢水中的有機(jī)物在陽極碳刷2表面的產(chǎn)電微生物作用下被降解，并且產(chǎn)生電子放出質(zhì)子，由于質(zhì)子無法穿過陰離子交換膜3，脫鹽室4中的陰離子就會(huì)轉(zhuǎn)移到陽極室I中以保持電荷平衡;而產(chǎn)生的電子通過電阻11到達(dá)陰極室7，脫鹽室4中的陽離子通過陽離子交換膜轉(zhuǎn)移到陰極室7，最終在電阻11上呈現(xiàn)出穩(wěn)定的電能輸出，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)流三段生物產(chǎn)電；在這個(gè)過程中，脫鹽室4中的進(jìn)水在沒有外加壓力和電場的條件下進(jìn)行高效脫鹽，與此同時(shí)陽極室I降解含丙烯腈煉化廢水中的有機(jī)物，兼性室10繼續(xù)降解剩余的有機(jī)物，脫氮并產(chǎn)生氮?dú)馀懦?，陰極室7產(chǎn)生(》2排出。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0015]含丙烯腈煉化的廢水通過本發(fā)明的厭氧陽極的生物反應(yīng)池、兼性厭氧池、好氧生物陰極的處理后，出水⑶D在500?600mg/L，氨氮的含量為O?5mg/L，丙烯腈的含量降低到5mg/L?20mg/L，對含丙烯腈煉化廢水的鹽度去除率為93%?99%。
【附圖說明】
[0016]圖1為實(shí)施方式一中一種用于含丙烯腈煉化廢水處理的連續(xù)流三段生物產(chǎn)電脫鹽裝置的示意圖，I為陽極室，2為陽極碳刷，3為陰離子交換膜，4為脫鹽室，5為陽離子交換膜，6為陰極碳刷，7為陰極室，8-1為水栗，8-2為水栗，8-3為水栗，9為曝氣裝置，10為兼性室，11為電阻；
[0017]圖2為試驗(yàn)二的COD降解圖，曲線I為通入陽極室I的作為待處理水的含丙烯腈煉化廢水，曲線2為陽極室I的出水，曲線3為兼性室1的出水，曲線4為陰極室7的出水；
[0018]圖3為試驗(yàn)二的極化曲線，曲線I為電壓曲線，曲線2為功率密度曲線；
[0019]圖4是本發(fā)明的反應(yīng)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1，本實(shí)施方式為一種用于含丙烯腈煉化廢水處理的連續(xù)流三段生物產(chǎn)電脫鹽裝置:
[0021]本實(shí)施方式的一種用于含丙烯腈煉化廢水處理的連續(xù)流三段生物產(chǎn)電脫鹽裝置由陽極室1、陽極碳刷2、陰離子交換膜3、脫鹽室4、陽離子交換膜5、陰極碳刷6、陰極室7、水栗8-1、水栗8-2、水栗8-3、曝氣裝置9、兼性室10和電阻11組成;脫鹽室4設(shè)置在陽極室I和陰極室7之間，陽極室I和脫鹽室4之間設(shè)置陰離子交