專利名稱：一種用于難生物降解廢水治理的膜電耦合處理技術(shù)及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種膜電耦合技術(shù)處理難生物降解有機廢水的方法和處理裝置，屬 于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景隨著工業(yè)技術(shù)的拓展和工業(yè)化規(guī)模的擴張，工業(yè)廢水中污染物種類日益豐富， 特別是醫(yī)藥廢水和印染廢水，廢水成分復(fù)雜，存在高濃度酸、堿、殘留抗生素等，生 物毒性大；pH波動大、溫度高、色度深、氣味重，給廢水的生物處理帶來極大的困 難。尤其會對微生物產(chǎn)生強烈的抑制作用使好氧菌中毒，造成好氧處理閑難；而厭 氧處理高濃度的有機物又難以滿足出水達標，還需進一步處理。電化學(xué)氧化技術(shù)，使得污染物在電極上發(fā)生直接電化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì); 或通過間接電化學(xué)轉(zhuǎn)化，利用電極表面產(chǎn)生的強氧化活性物種HO，、 H02*、 02 *等 使污染物發(fā)生氧化還原轉(zhuǎn)變。從而能首先破壞或降解抗生素活性，使其中難于生物 降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易于生物降解的小分子物質(zhì)，即消除抗生素對微生物的抑制作用, 提高廢水的可生化性，則后續(xù)生物處理難度將大大減小。此法無需添加氧化劑，避免 引起二次污染；能效高、反應(yīng)條件溫和；設(shè)備及操作簡單，可控制性強等，因而獲得 "環(huán)境友好"技術(shù)的美譽。但是到目前為止，電化學(xué)氧化廢水處理過程的主要問題是(l)耗電嚴重，造成 廢水處理成本較高，同時較高的電場電壓也縮短了電極的使用壽命；(2)電化學(xué)氧化 廢水時，當廢水COD值降至《5000mg/L后，電極表面由于反應(yīng)物及反應(yīng)中間體的吸 附，導(dǎo)致電極易失活，顯著降低了電極的分解效率，嚴重地妨礙了電化學(xué)處理廢水 法的發(fā)展與應(yīng)用。鐵-炭微電解法(有的稱為內(nèi)電解法)，俗稱"鐵床",國際上稱為"CMRO"。我國從 上世紀80年代開始研究微電解法處理染料廢水技術(shù)，在很大程度上提高了廢水的可 生化性，為染料廢水的進一步處理創(chuàng)造了條件。但缺點是,高色度染料廢水的COD 去除效果較差。炭膜是一種多孔無機分離膜，是由含碳物質(zhì)經(jīng)高溫?zé)峤庵频?。與傳統(tǒng)的有機膜 相比較，炭膜具有比重輕、耐酸堿、耐有機溶劑，傳熱和導(dǎo)電性好，耐熱沖擊、耐 磨損，自潤滑性、機械加工性和生體相容性好、異向性大、高分離能力以及清潔狀 態(tài)好等優(yōu)點。在氣體分離和回收，腐蝕性溶液的分離和污水處理等方面具有廣泛的 應(yīng)用前景。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種膜電耦合技術(shù)，通過將直流電場、鐵-炭微電解和管式炭分離膜的有機耦合，能高效電化學(xué)氧化分解去除制 藥、印染等工業(yè)難降解廢水中的主要有害污染源，實現(xiàn)難生物降解廢水的完全降解 或生成無害或可降解的低級有機物的廢水處理方法。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實現(xiàn)的，所述的用于難生物降解廢水的水膜電 耦合處理技術(shù)，其特征在于管式炭膜組成的膜堆既作為固液分離的分離膜保證出水 水質(zhì)，同時又作為直流電場的陽極，對電極為普通碳鋼鋼板，兩極之間裝填由鐵屑 與炭屑按一定比例組成的混合物質(zhì)，曝氣系統(tǒng)在反應(yīng)器的底部向反應(yīng)體系供氧，并 起到使得反應(yīng)體系擾動，防止鐵屑、炭屑在反應(yīng)過程中的板結(jié)。上述的用于難生物降解廢水的水膜電耦合處理技術(shù)，其特征在于包括1、 用于難生物降解廢水治理的膜電耦合處理技術(shù)及裝置，本發(fā)明的特征在于所 述方法是利用電化學(xué)氧化方法，將電解、鐵一炭微電解和炭膜分離過程耦合，以使 得有害難降解有機廢水在采用膜電耦合處理的裝置內(nèi)，進行高效直接或間接氧化分 解的方法。2、 根據(jù)特征l所述的用于難生物降解廢水治理的膜電耦合處理技術(shù)及裝置，其 特征在于陰極為普通碳鋼鋼板電極，陽極為管式炭膜膜堆。3、 根據(jù)特征l所述的用于難生物降解廢水治理的膜電耦合處理技術(shù)及裝置，其 特征在于兩電極間裝填有鐵屑與炭屑組成的混合物質(zhì)。4、 根據(jù)特征2所述，管式炭膜膜堆由數(shù)根管式炭膜并連而成，每根炭膜下端封 堵密閉，上端與出水管相連并接有接線端子；每根管式炭膜平均管徑膜管外徑在 7.0 12.0mm之間，內(nèi)徑在5.0 10.0mm之間，炭膜平均孔徑在O.l 0.3inm之間。5、 根據(jù)特征2所述，陽極膜堆中炭膜的根數(shù)與對電極普通碳鋼鋼板的面積可隨 著可處理廢水流量的加大而增多或加大，兩電極間距離根據(jù)兩電極間所施加電壓隨 處理實際條件確定，施加電壓《10V。6、 根據(jù)特征3所述，鐵屑與炭屑的質(zhì)量比控制在l: 1 5: 1。7、 根據(jù)特征l所述的用于難生物降解廢水治理的膜電耦合處理技術(shù)及裝置，底 部的曝氣系統(tǒng)向反應(yīng)體系供氧，供氧量為每升反應(yīng)器有效容積對應(yīng)的曝氣量固定為 0.001 c附3 " 0.5C附3 。本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點在于，膜堆負壓出水，工作壓力低；同時，外加低于10V的 直流電場有效地強化了電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)過程中釋放出的新生態(tài)亞鐵離子可形成絡(luò) 合物對廢水中的部分有機物產(chǎn)生絮凝、沉淀，對酸性、堿性、高溫等廢水的適應(yīng)性 強，單級出水可使得難生物降解廢水的COD下降90。/。以上，色度去除率達99%以上， 顯著提高了固液分離的效率，使出水水質(zhì)得到明顯改善，出水水質(zhì)穩(wěn)定。


附圖l為本發(fā)明的膜電耦合處理技術(shù)裝置示意圖。
具體實施例方式
[實施例l]以抗生素類制藥廢水為例。該水水質(zhì)呈淺黃色，有強烈的刺鼻氣味，pH3.5~4.5， CODq約為6500 mg/L。廢水在膜電耦合處理裝置中的停留時間為120min，所施電 壓為直流8V，每升反應(yīng)器有效容積對應(yīng)的曝氣量固定為0.085cw3/s，鐵屑為工業(yè) 鐵刨花碎屑，炭屑為石油焦，二者質(zhì)量比為l: 1，炭膜平均孔徑為0.181pm,電導(dǎo)率 為3 . 040x 102 (S/m)。經(jīng)炭膜出水后，出水COD值為520mg/L。[實施例2]實施例2與實施例1區(qū)別在于，所施電壓為直流2V，經(jīng)炭膜出水后，出水COD值 為2600mg/L。 [實施例3]實施例3與實施例1區(qū)別在于，鐵屑與炭屑二者質(zhì)量比為2: 1，經(jīng)炭膜出水后，出 水COD值為1350mg/L。[實施例4]實施例4與實施例1區(qū)別在于，炭膜平均孔徑為0.14lMm,電導(dǎo)率為4.63X102 (S/m)。經(jīng)炭膜出水后，出水COD值為425mg/L。[實施例5]以分散藍非離子型染料廢水為例。這種廢水具有色度高、酸堿度高、毒性大的 特點。該廢水pH二5.3,色度650倍，CODCr約為468.5 mg/L。所施電壓為直流2V， 每升反應(yīng)器有效容積對應(yīng)的曝氣量固定為0.085" 3"，炭膜平均孔徑為0.14lMm, 電導(dǎo)率為4.63X 102 (S/m)。廢水在膜電耦合處理裝置中的停留時間為分別為60min、 180min、 300min。出水CODcr分別為248 mg/L、 187 mg/L、 193 mg/L。出水色度去 除率分別為98.83%、 99.1%、 99.5%。[實施例6]實施例6與實施例5區(qū)別在于，炭膜平均孔徑為0.181ym,電導(dǎo)率為3.040X 102 (S/m)(S/m)。所施電壓為直流6V，出水CODcr分別為246 mg/L、 198 mg/L、172 mg/L。 出水色度去除率分別為98.3%、 98.9%、 99.2%。[實施例7]實施例7與實施例5區(qū)別在于，所施電壓為直流6V,出水CODcr分別為237mg/L、 181mg/L、 187mg/L、 165 mg/L。出水色度去除率分別為99.0%、 99.6%、 99.8%。
權(quán)利要求
1、用于難生物降解廢水治理的膜電耦合處理技術(shù)及裝置，本發(fā)明的特征在于所述方法是利用電化學(xué)氧化方法，將電場電解、鐵-炭微電解和炭膜分離過程耦合，以使得有害難降解有機廢水在采用膜電耦合處理的裝置內(nèi)，進行高效直接或間接氧化分解的方法。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于難生物降解廢水治理的膜電耦合處理技術(shù)及裝置， 其特征在于陰極為普通碳鋼鋼板電極，陽極為管式炭膜膜堆。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于難生物降解廢水治理的膜電耦合處理技術(shù)及裝置， 其特征在于兩電極間裝填有鐵屑與炭屑組成的混合物質(zhì)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述，管式炭膜膜堆由數(shù)根管式炭膜并連而成，每根炭膜下 端封堵密閉，上端與出水管相連并接有接線端子；每根管式炭膜平均管徑膜管外 徑在7.0 12.0mm之間，內(nèi)徑在5.0 10.0mm之間，炭膜平均孔徑在O.
0.3nm之 間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述，陽極膜堆中炭膜的根數(shù)與對電極普通碳鋼鋼板的面積 可隨著可處理廢水流量的加大而增多或加大，兩電極間距離根據(jù)兩電極間所施加電 壓隨處理實際條件確定，施加電壓《IOV。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述，鐵屑與炭屑的質(zhì)量比控制在1:1 5:1。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于難生物降解廢水治理的膜電耦合處理技術(shù)及裝置， 底部的曝氣系統(tǒng)向反應(yīng)體系供氧，供氧量為每升反應(yīng)器有效容積對應(yīng)的曝氣量固定 為0.001c附3" o.5C附3/s 。
全文摘要
本發(fā)明屬于難生物降解有機廢水治理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種膜電耦合技術(shù)，通過將直流電場、鐵-炭微電解和管式炭分離膜的有機耦合，能高效電化學(xué)氧化分解去除制藥、印染等工業(yè)難降解廢水中的主要有害污染源，實現(xiàn)難生物降解廢水的完全降解或生成無害或可降解的低級有機物的廢水處理方法。該技術(shù)運行費用低廉，易于安裝，膜堆負壓出水，工作壓力低；同時，外加低于10V的直流電場有效地強化了電化學(xué)反應(yīng)，對酸性、堿性、高溫等廢水的適應(yīng)性強，單級出水可使得難生物降解廢水的COD下降達90％以上，色度去除率達99％以上，顯著提高了固液分離的效率，使出水水質(zhì)得到明顯改善，出水水質(zhì)穩(wěn)定。
文檔編號C02F1/46GK101306853SQ20081005379
公開日2008年11月19日 申請日期2008年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月9日
發(fā)明者虹 夏, 張永剛, 娟 李 申請人:天津工業(yè)大學(xué)