[发明专利]处理难降解废水的无隔膜升流式连续流生物电化学装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种废水处理装置。

背景技术

随着工业化的高速发展，工业企业生产过程耗水量以及废水的排放量都与日剧增，焦化、印染、石化、炼油、煤化工和制药废水属于典型的有毒难降解有机废水，这些废水中通常含有高浓度生化难降解有机污染物，对环境水体的危害严重，而且处理难度较大。此外，随着人类环保意识的增强，对水环境的重视及对有毒物在生物体内富集的认识，对排放到水体中的有毒物质的限制越来越严格，采用常规的生物和物理化学净化方法难以或无法满足净化处理的技术和经济要求，因此开发出高效、低成本处理难生物降解有机物的技术，是目前环境工作者的研究重点。

生物电化学系统(Bio-electrochemical systems：BESs)是近年来的研究热点，被用于各种废水的处理。BESs是利用微生物的电子传递体系与传统电化学体系的结合体来服务于某一特定目的的系统，其阳极半电池发生的是电子供体的氧化反应，有些电子供体，如H2、硫化物等可以直接在电极表面发生电化学氧化；有的电子供体，如有机物，则需要通过产电微生物作用矿化有机物的同时将电子传递出去，微生物通过选择电位最高且可用的电子受体来获取能量的增益，通常在微生物环境下可溶性电子受体会被消耗殆尽，之后，微生物可进行发酵作用或者利用非可溶性电子受体，在BESs中，电极充当不溶性电子受体。阴极半电池发生的是电子受体的还原反应，同阳极一样，有的电化学还原需要微生物的参与而有的可以直接进行，近年来，阴极作用引起了人们的极大兴趣，阴极可以发生氧气还原反应，反硝化、六价铀还原反应以及高铝酸盐脱氯反应等，很多难降解污染物，如染料、氯酚类、硝基芳香烃类在阴极也表现出较强的还原效应，因此，利用BESs阴极去除难降解污染物具有极大的潜力。

在污染物去除方面，限制BESs应用的因素之一是反应器的构型，目前，除了底泥微生物BESs，BESs反应器大都为双极室结构，其中，离子交换膜的存在通常导致阴阳两极的pH值梯度的产生，使阳极酸化，影响阳极活性，且会增加BESs的成本，从而限制生物电化学系统的规模化。

发明内容

本发明要解决现有BESs成本高、效率低的技术问题；而提供了一种处理难降解废水的无隔膜升流式连续流生物电化学装置。

本发明中处理难降解废水的无隔膜升流式连续流生物电化学装置包括阳极、顶板、壳体、石墨棒、底板、进液管、下隔板、阴极材料、上隔板、参比电极和出液管构成，所述壳体内从下至上固定连接有底板、下隔板、上隔板、阳极和顶板，进液管的出口位于底板和下隔板之间，参比电极位于上隔板和阳极之间，出液管安装在顶板上且进口位于阳极的上方，阴极材料装在上隔板和下隔板之间，石墨棒由底板同时穿过下隔板伸入壳体内，石墨棒顶端靠近上隔板，上隔板与下隔板有通孔，石墨棒与阳极通过导线与壳体外的外电路连接。

壳体、下隔板与底板之间形成布水区；阳极、壳体和顶板之间形成阳极区；上隔板、下隔板和壳体之间形成阴极区。污水从反应器底部流入，经过布水区后均匀流入阴极区，水中的难降解污染物在阴极区还原脱毒，含有无毒或低毒将降解产物的废水再流经阳极，水中的小分子有机物在阳极氧化降解后流出。

所述阳极为碳纤维刷。所述阴极材料为石墨颗粒。

本发明装置用于处理含难降解污染物废水，采用无膜结构。本发明采用廉价石墨颗粒和碳纤维刷作为电极材料，降低成本。升流式的设计理念使污染物可以充分在阴极还原又不会对阳极产生毒化和抑制，同时有效地平衡阳极质子的积累，防止pH梯度。本研究以水中硝基苯作为目标污染物，考察升流式生物电化学装置的效能，目的在于利用该装置快速、经济和有效的处理硝基苯类废水，以期将这种生物电化学装置应用于其它有毒难降解废水的处理。本发明装置构型更具有实用性。本发明的无隔膜设计降低了装置内阻有利于介体和离子的传导，有效避免pH梯度，且降低了成本。本发明采用上升式连续流设计，更有利于工艺系统的评价。本发明根据废水特点对装置分区，对阴极和阳极位置合理排布，对污染物的处理更具针对性。本发明采用无隔膜设计，不仅减小了反应器内阻，而且降低了成本，有利于反应器扩大化和工程化。

附图说明