公布日：2022.04.29
申请日：2022.01.24
分类号：C02F9/14(2006.01)I;B01D71/40(2006.01)I;B01D71/02(2006.01)I;B01D67/00(2006.01)I;B01D61/14(2006.01)I;B01D39/20(2006.01)I;
C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种高浓度有机废水处理工艺，涉及废水处理技术领域。本发明的高浓度有机废水处理工艺包括一次降解、二次降解、三次降解等；一次降解池和二次降解池使用Nafion膜隔开，三次降解池的超滤膜的一端与一次降解池的碳纳米管滤体、另一端与二次降解池的碳纳米管滤体用导线连接；一次降解使用碳纳米管滤体辅助厌氧菌降解，二次降解使用曝气辅助碳纳米管滤体降解，三次降解使用超滤膜进行降解；碳纳米管滤体由二戊二酮基异戊二醇、乳酸和功能化碳纳米管制得；超滤膜由二(3‑羰基丁酸乙酯基)二甲醛氧基硅烷改性聚(3‑氨基‑4‑羰基己烯酸)制得；该高浓度有机废水处理工艺杀菌性强且处理过的有机废水的COD值和重金属离子含量较低。
权利要求书
1.一种高浓度有机废水处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：前处理、一次降解、二次降解、三次降解、循环回用；所述一次降解使用碳纳米管滤体辅助厌氧菌降解；所述碳纳米管滤体的制备方法如下：将功能化碳纳米管、甲苯和二戊二酮基异戊二醇按预定质量比混合，加热搅拌预定时间，随后降温得到碳纳米管溶液；再将一定量的乳酸和硫酸溶液滴入，继续搅拌，倒入模具中，干燥，洗涤，干燥，制备得到碳纳米管滤体；所述功能化碳纳米管的制备方法如下：将酸化的碳纳米管、乙二胺、二环己基碳二亚胺按预定质量比混合，加热搅拌，洗涤，过滤，干燥，制备得到功能化碳纳米管；所述二次降解是使用曝气辅助碳纳米管滤体降解；所述三次降解使用超滤膜进行降解；进行所述高浓度有机废水处理工艺时，一次降解池和二次降解池中间使用Nafion膜隔开，一次降解池的碳纳米管滤体和三次降解池的超滤膜的一端用导线连接，三次降解池的超滤膜的另一端与二次降解池的碳纳米管滤体用导线连接。
2.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废水处理工艺，其特征在于，所述厌氧菌为奥奈大希瓦氏菌、铁还原菌、乙酸氧化脱硫单胞菌、金属还原泥土杆菌和硫还原泥土杆菌。
3.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废水处理工艺，其特征在于，所述高浓度有机废水处理工艺包括以下步骤：（1）将高浓度有机废水以0.6~1.0m/s通过栅距为14~16mm的静置格栅池进行过滤，控制格栅前途径内的水流速度为0.4～0.8m/s，水头损失为0.2~0.5m，得到静置格栅池过滤的有机废水；再将静置格栅池过滤的有机废水以0.6~1.0m/s引入pH调节池，使用质量分数为48~52%的氢氧化钠溶液调节pH至7.5~8.5，得到调节pH的有机废水；将调节pH的有机废水以0.4~0.8m/s引入漂白池中，使用有机废水流速4~6倍的质量分数为0.45%~0.5%的氯化铁溶液脱色，随后以0.6~1.0m/s通过栅距为14~16mm的静置格栅池进行过滤，控制格栅前途径内的水流速度为0.4～0.8m/s，水头损失为0.2~0.5m，得到前处理的有机废水；（2）以0.6~1.0m/h将前处理的有机废水通入28~32℃的一次降解池中进行厌氧降解，加入质量分数为8~12%的氢氧化钠溶液控制pH在7~8.5，得到一次降解的有机废水；（3）将一次降解的有机废水以0.5~0.9m/h通入二次降解池中降解，控制曝气的溶解氧量在2.3~2.5mg/L，得到二次降解的有机废水；（4）在0.03~0.05MPa下，将二次降解的有机废水以0.6~1.0m/min通入三次降解池中降解，以相同速率引出循环回用。
4.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废水处理工艺，其特征在于，所述碳纳米管滤体的制备方法如下：在25~26℃下，将功能化碳纳米管、甲苯和二戊二酮基异戊二醇按质量比1：5：0.6~1：7：0.8混合，以1200~1300r/min搅拌30~40min，以1~3℃/min升温至110~112℃，继续搅拌6~8h，随后以1~3℃/min降温至30~40℃，得到碳纳米管溶液；以80~100滴/min将功能化碳纳米管质量0.2~0.3倍的乳酸和0.001~0.002倍的质量分数为94%~98%的硫酸溶液滴入，继续搅拌3~4h，倒入模具中，在10~20Pa、30~40℃下真空干燥2~3h，取出，依次用去离子水、丙酮洗涤2~4次，继续真空干燥3~4h，制备得到碳纳米管滤体。
5.根据权利要求4所述的一种高浓度有机废水处理工艺，其特征在于，所述功能化碳纳米管的制备方法如下：将酸化的碳纳米管、乙二胺、二环己基碳二亚胺按质量比1：0.1：15~1：0.15：17混合，放入118~122℃的油浴锅中，以1200~1300r/min搅拌回流95~97h，用无水乙醇洗涤3~4次后过滤，在10~20Pa、58~62℃下真空干燥23~25h，制备得到功能化碳纳米管。
6.根据权利要求5所述的一种高浓度有机废水处理工艺，其特征在于，所述酸化的碳纳米管的制备方法如下：在69~71℃下，将碳纳米管、质量分数为66~70%的硝酸溶液按质量比1：0.3~1：0.4混合，以1200~1300r/min搅拌回流23~25h，用去离子水洗涤3~4次后过滤，在10~20Pa、58~62℃下真空干燥23~25h，得到酸化的碳纳米管。
7.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废水处理工艺，其特征在于，所述超滤膜的制备方法如下：在98~102℃下，将聚（3‑氨基‑4‑羰基己烯酸）、质量分数为28~32%的醋酸钠水溶液、（3‑羰基丁酸乙酯基）二甲醛氧基硅烷按质量比1：0.06：0.8~1：0.08：1.2，以1200~1300r/min搅拌回流6~8h，保温备用，得到铸膜液；将铸膜液倒在平整的玻璃板上，使用0.12~0.14mm的刮膜刀以0.08~0.1m/s的速度刮膜，于室温下静置30~40min，随后放入4~6℃去离子水中静置浸泡23~25h，取出将膜从玻璃板上剥离，放入28~30℃烘箱烘3~5h，随后自然冷却至室温，制备得到超滤膜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高浓度有机废水处理工艺，以解决现有技术中存在的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种高浓度有机废水处理工艺，包括以下步骤：前处理、一次降解、二次降解、三次降解、循环回用；所述一次降解使用碳纳米管滤体辅助厌氧菌降解；所述碳纳米管滤体的制备方法如下：将功能化碳纳米管、甲苯和二戊二酮基异戊二醇按预定质量比混合，加热搅拌预定时间，随后降温得到碳纳米管溶液；再将一定量的乳酸和硫酸溶液滴入，继续搅拌，倒入模具中，干燥，洗涤，干燥，制备得到碳纳米管滤体。
进一步的，所述功能化碳纳米管的制备方法如下：将酸化的碳纳米管、乙二胺、二环己基碳二亚胺按预定质量比混合，加热搅拌，洗涤，过滤，干燥，制备得到功能化碳纳米管。
进一步的，所述二次降解是使用曝气辅助碳纳米管滤体降解；所述三次降解使用超滤膜进行降解。
进一步的，所述进行高浓度有机废水处理工艺时，一次降解池和二次降解池中间使用Nafion膜隔开，一次降解池的碳纳米管滤体和三次降解池的超滤膜的一端用导线连接，三次降解池的超滤膜的另一端与二次降解池的碳纳米管滤体用导线连接。
进一步的，所述厌氧菌为奥奈大希瓦氏菌、铁还原菌、乙酸氧化脱硫单胞菌、金属还原泥土杆菌和硫还原泥土杆菌。
进一步的，所述高浓度有机废水处理工艺包括以下步骤：
(1)将高浓度有机废水以0.6～1.0m/s通过栅距为14～16mm的静置格栅池进行过滤，控制格栅前途径内的水流速度为0.4～0.8m/s，水头损失为0.2～0.5m，得到静置格栅池过滤的有机废水；再将静置格栅池过滤的有机废水以0.6～1.0m/s引入pH调节池，使用质量分数为48～52％的氢氧化钠溶液调节pH至7.5～8.5，得到调节pH的有机废水；将调节pH的有机废水以0.4～0.8m/s引入漂白池中，使用有机废水流速4～6倍的质量分数为0.45％～0.5％的氯化铁溶液脱色，随后以0.6～1.0m/s通过栅距为14～16mm的静置格栅池进行过滤，控制格栅前途径内的水流速度为0.4～0.8m/s，水头损失为0.2～0.5m，得到前处理的有机废水；
(2)以0.6～1.0m/h将前处理的有机废水通入28～32℃的一次降解池中进行厌氧降解，加入质量分数为8～12％的氢氧化钠溶液控制pH在7～8.5，得到一次降解的有机废水；
(3)将一次降解的有机废水以0.5～0.9m/h通入二次降解池中降解，控制曝气的溶解氧量在2.3～2.5mg/L，得到二次降解的有机废水；
(4)在0.03～0.05MPa下，将二次降解的有机废水以0.6～1.0m/min通入三次降解池中降解，以相同速率引出循环回用。
进一步的，所述碳纳米管滤体的制备方法如下：在25～26℃下，将功能化碳纳米管、甲苯和二戊二酮基异戊二醇按质量比1：5：0.6～1：7：0.8混合，以1200～1300r/min搅拌30～40min，以1～3℃/min升温至110～112℃，继续搅拌6～8h，随后以1～3℃/min降温至30～40℃，得到碳纳米管溶液；以80～100滴/min将功能化碳纳米管质量0.2～0.3倍的乳酸和0.001～0.002倍的质量分数为94％～98％的硫酸溶液滴入，继续搅拌3～4h，倒入模具中，在10～20Pa、30～40℃下真空干燥2～3h，取出，依次用去离子水、丙酮洗涤2～4次，继续真空干燥3～4h，制备得到碳纳米管滤体。
进一步的，所述功能化碳纳米管的制备方法如下：将酸化的碳纳米管、乙二胺、二环己基碳二亚胺按质量比1：0.1：15～1：0.15：17混合，放入118～122℃的油浴锅中，以1200～1300r/min搅拌回流95～97h，用无水乙醇洗涤3～4次后过滤，在10～20Pa、58～62℃下真空干燥23～25h，制备得到功能化碳纳米管。
进一步的，所述酸化的碳纳米管的制备方法如下：在69～71℃下，将碳纳米管、质量分数为66～70％的硝酸溶液按质量比1：0.3～1：0.4混合，以1200～1300r/min搅拌回流23～25h，用去离子水洗涤3～4次后过滤，在10～20Pa、58～62℃下真空干燥23～25h，得到酸化的碳纳米管。
进一步的，所述超滤膜的制备方法如下：在98～102℃下，将聚(3‑氨基‑4‑羰基己烯酸)、质量分数为28～32％的醋酸钠水溶液、(3‑羰基丁酸乙酯基)二甲醛氧基硅烷按质量比1：0.06：0.8～1：0.08：1.2，以1200～1300r/min搅拌回流6～8h，保温备用，得到铸膜液；将铸膜液倒在平整的玻璃板上，使用0.12～0.14mm的刮膜刀以0.08～0.1m/s的速度刮膜，于室温下静置30～40min，随后放入4～6℃去离子水中静置浸泡23～25h，取出将膜从玻璃板上剥离，放入28～30℃烘箱烘3～5h，随后自然冷却至室温，制备得到超滤膜。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明中高浓度有机废水处理工艺包括一次降解、二次降解、三次降解等步骤；其中，一次降解池使用碳纳米管滤体辅助厌氧菌降解；二次降解池使用曝气辅助碳纳米管滤体降解；三次降解池使用超滤膜进行降解。
首先，使用二戊二酮基异戊二醇、乳酸和功能化碳纳米管制备得到碳纳米管滤体，二戊二酮基异戊二醇上的戊二酮基和功能化碳纳米管表面氨基反应，生成吡咯化合物，吡咯化合物聚合形成聚吡咯，增强了碳纳米管滤体的导电性；二戊二酮基异戊二醇上的羟基与乳酸的羧基反应形成共价键交联，乳酸聚合在碳纳米管滤体中生成聚乳酸，增强了碳纳米管滤体的拉伸性能；利用二(3‑羰基丁酸乙酯基)二甲醛氧基硅烷改性聚(3‑氨基‑4‑羰基己烯酸)，制备得到超滤膜，二(3‑羰基丁酸乙酯基)二甲醛氧基硅烷中3‑羰基丁酸乙酯基与聚(3‑氨基‑4‑羰基己烯酸)发生诺尔反应，随后与甲醛氧基聚合形成卟啉基化合物，增强了超滤膜的抗菌性；卟啉基化合物聚合形成聚卟啉化合物，增强了超滤膜的导电性。
其次，一次降解池使用碳纳米管滤体辅助厌氧菌降解，碳纳米管滤体快速吸附有机废水中悬浮物，防止悬浮物中重金属物质使厌氧菌失活，保证了厌氧菌的降解效率；同时，厌氧菌降解碳纳米管滤体中的聚乳酸，使孔隙率增加，增强了碳纳米管滤体的吸附性；在二次降解池中引入曝气，将氧气鼓入二级降解池中，使一级降解过的废水中的厌氧菌失活，并且在碳纳米管滤体的共同作用下，进一步对一级降解过的废水中有机物进行降解；用导线将一次降解池的碳纳米管滤体和三次降解池的超滤膜的一端连接，将二次降解池的碳纳米管滤体与三次降解池的超滤膜的另一端连接，一次降解池中厌氧菌将前处理过的高浓度有机废水中部分有机物氧化分解，释放出电子和质子等代谢物，电子传递到碳纳米管电极由导线经过三次降解池到达二次降解池的碳纳米管电极中，在三次降解池中形成电流，电流将小分子有机化合物电解，进一步降低了高浓度有机废水中的COD值；超滤膜中卟啉基化合物快速吸附废液中重金属离子，降低了废水中重金属离子浓度。
（发明人：桂晨霖;陆剑峰;许爱猛）
