申请日2011.12.26
公开(公告)日2012.06.20
IPC分类号C02F1/461; C02F3/02
摘要
本发明公开了一种利用三维电极-生物膜工艺处理化工废水的方法，按照下述步骤进行：(1)将活性炭至于活性污泥的膜生物反应池中，进行不间断曝气;(2)以Ti/PbO2板为正极、以不锈钢板为负极并在其表面绑定活性炭纤维层，以活性炭为第三极;(3)向反应容器中加入活性污泥，并加入培养液以在活性炭上培养生物膜;(4)将待处理废水通过进水口以升流方式进入反应容器中，同时控制电流密度和水力停留时间，以实现反应器的连续运行和较好的处理效果。本发明提供一种将电化学方法和生物膜方法相结合的污水处理工艺，具有传质效率高，反应区域大，处理效率高，操作简便的特点。
权利要求书
1.一种利用三维电极-生物膜工艺处理化工废水的方法，其特征在于，按照下述步骤 进行：
(1)将活性炭至于活性污泥浓度为3000-4000mg/L的膜生物反应池中，并进行不 间断曝气，活性炭在反应池中停留至少72小时
(2)以Ti/PbO2板为正极、以不锈钢板为负极并在其表面绑定活性炭纤维层，以经 过步骤(1)处理的活性炭为第三极
(3)向反应容器中加入活性污泥，并加入培养液以在活性炭上培养生物膜
(4)将待处理废水通过进水口以升流方式进入反应容器中，同时控制电流密度和水 力停留时间，以实现反应器的连续运行和较好的处理效果
其中所述反应容器为三维电极-生物膜反应器，包括电源、阳极、阴极、活性炭生 物膜和反应器本体，其中：
所述反应器本体的底端设置有进水口和排渣口，顶端设置有出水口;
所述反应器本体中设置有隔板，所述隔板上设置有极板插座和均匀布水孔;
所述阳极和阴极分别设置在隔板的极板插座之中，并分别与电源的正极和负极相连 接;所述阳极和阴极之间设置有活性炭生物膜层。
2.根据权利要求1所述的一种利用三维电极-生物膜工艺处理化工废水的方法，其特征在 于，所述活性炭的粒径优选2-3mm，所述步骤(1)中活性炭在反应池中停留时间为72 -120小时。
3.根据权利要求1所述的一种利用三维电极-生物膜工艺处理化工废水的方法，其特征 在于，所述步骤(2)中，所述活性炭纤维层的厚度为4-6mm，电极板的尺寸优选10cm ×10cm。
4.根据权利要求1所述的一种利用三维电极-生物膜工艺处理化工废水的方法，其特征 在于，在所述步骤(3)中，向三维电极反应器中加入浓度为100mg/L的活性污泥，按照 摩尔比C∶N∶P=100∶5∶1的比例，每两天向反应器内加入葡萄糖3.12g、碳酸氢铵0.079g、 磷酸二氢钾0.027g、氯化钙0.04g、硫酸镁0.024g、硫酸铁0.056g、硫酸锌0.004g和硫酸 铜0.003g，以实现在添加的活性炭上培养生物膜的目的。
5.根据权利要求1所述的一种利用三维电极-生物膜工艺处理化工废水的方法，其特征 在于，所述步骤(4)中，电流密度控制在0.125mA/cm2-1.0mA/cm2，水力停留时间一般 控制在2.5-3h。
说明书
一种利用三维电极-生物膜工艺处理化工废水的方法
技术领域
本发明涉及一种污水处理方法，更具体地讲，涉及一种利用三维电极和生物膜相结 合的废水处理方法。
背景技术
随着经济和社会的发展，水资源短缺已成为全球面临的共同挑战，面对这一问题很 多国家都把污水的再生利用作为解决水资源短缺的重要手段之一。长期以来以活性污泥 为代表的传统生物处理工艺，在生活污水以及工业废水的处理中得到广泛应用，其具有 处理工艺完善、处理效果稳定等优点。但也存在占地面积大，基建投资大，产生大量剩 余污泥等问题。工业废水中含有大量高毒性、高浓度、难生化降解的物质，这些物质很 难被传统二级处理工艺去除，导致污水处理厂生化出水中仍含有一定浓度水平的有毒有 害物质，对水环境安全和人类的生存造成极大危害，亟需深度处理。
为了克服这些问题，各种新型、高效的污水处理技术应运而生，特别是将膜分离技 术和生物处理工艺相结合的膜生物反应器(Membrane bioreactor，MBR)技术，因其取代 传统生物处理工艺中的二沉池，实现高污泥浓度运行，且具有出水水质好、运行维护简 单、占地面积小、污泥浓度高、剩余污泥产量低等优点，在废水处理领域得到广泛应用。 虽然MBR技术拥有许多传统活性污泥法所不具有的优点。但是，其能耗高、成本高仍是 阻碍MBR发展的两大瓶颈。高昂的膜价格以及频繁的膜污染造成的膜组件清洗、更换是 导致MBR运行成本高的主要原因。而膜污染造成的膜使用寿命缩短、频繁的化学清洗、 膜通量下降以及操作费用的增加等问题，大大限制了MBR技术的推广和应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种将电化学方法和生物膜方法相结 合的污水处理工艺，具有传质效率高，反应区域大，处理效率高，操作简便的特点。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现：
一种利用三维电极-生物膜工艺处理化工废水的方法，按照下述步骤进行：
(1)将活性炭至于活性污泥浓度为3000-4000mg/L的膜生物反应池中，并进行不 间断曝气，活性炭在反应池中停留至少72小时
(2)以Ti/PbO2板为正极、以不锈钢板为负极并在其表面绑定活性炭纤维层，以经 过步骤(1)处理的活性炭为第三极
(3)向反应容器中加入活性污泥，并加入培养液以在活性炭上培养生物膜
(4)将待处理废水通过进水口以升流方式进入反应容器中，同时控制电流密度和水 力停留时间，以实现反应器的连续运行和较好的处理效果
本发明技术方案使用的反应容器为三维电极-生物膜反应器，包括电源、阳极、阴 极、活性炭生物膜和反应器本体，其中：
所述反应器本体11的底端设置有进水口10和排渣口9，顶端设置有出水口8;
所述反应器本体11中设置有隔板12，所述隔板12上设置有极板插座和均匀布水孔;
所述阳极5和阴极6分别设置在隔板12的极板插座之中，并分别与电源的正极和负 极相连接;
所述阴极上设置有活性炭纤维层;
所述阳极和阴极之间设置有活性炭生物膜层7。
所述阳极可以选用Ti/PbO2板。
所述阴极可以选用不锈钢材料。
所述电源优选为稳压稳流电源。
在本发明的技术方案中，所述活性炭的粒径优选2-3mm，所述步骤(1)中活性炭 在反应池中停留时间为72-120小时。所述步骤(2)中，所述活性炭纤维层的厚度为4 -6mm，电极板的尺寸优选10cm×10cm。在所述步骤(3)中，向三维电极反应器中加 入浓度为100mg/L的活性污泥，按照摩尔比C∶N∶P=100∶5∶1的比例，每两天向反应器内加 入葡萄糖3.12g、碳酸氢铵0.079g、磷酸二氢钾0.027g、氯化钙0.04g、硫酸镁0.024g、 硫酸铁0.056g、硫酸锌0.004g和硫酸铜0.003g，以实现在添加的活性炭上培养生物膜的 目的;使用时，先将阳极和阴极固定在隔板上的极板插座中，然后将活性炭放入两电极 之间，作为第三极，并进行生物膜培养。所述步骤(4)中，电流密度控制在0.125mA/cm2- 1.0mA/cm2，水力停留时间一般控制在2.5-3h。
目前，污水深度处理技术中以物理化学手段居多。物理手段主要有混凝沉淀、膜过 滤，吸附法，高级氧化技术如Fenton法、臭氧、光催化氧化、湿式氧化，以及电化学法 等。电化学法，主要是利用电极反应产生的如·OH、Cl2等物质，对水中的有毒有害物质 进行直接氧化和间接氧化。三维电极，又称粒子电极，是一种新型的电化学反应器，在 传统二维电解槽的电极间装填粒状工作电极材料，并使之带电，成为第三极，并参加对 有机污染物质的去除反应，具有传质效率高，反应区域大，处理效率高，操作简便的特 点。本发明的技术方案，将传统的三维电极中第三极活性炭先放入活性污泥中进行一段 时间的浸泡，然后取出放回反应器中，并向反应器中投加葡萄糖进行培养，使活性炭表 面附着生长生物膜形成活性炭生物膜层，利用其对电解后废水进一步处理。此外，活性 炭还可以作为催化剂，使电解过程产生的过氧化氢产生更多的羟基自由基，去除有机物。
在进行污水处理时，进水由储水池1中经恒流泵2从反应器底部打入反应器中，水 流方向为升流式，经过隔板后，进入阳极和阴极之间的活性炭生物膜层中，通入少量的 电流，并利用自由生长在第三极上的微生物对废水中的有机物的分解作用，较好程度的 对化工生产中不达标的二级出水进行了深度处理，使之CODCr达到国家排放标准。
本发明具有以下特点：(1)所述反应器将电化学法和生物法两大废水处理工艺相结 合，最大程度的降低了水中有机物含量;(2)所述反应器利用生物膜对提高生化性的废 水进一步处理，减少了电量的消耗，提高了电流效率，节省了电费;(3)所述反应器中 的生物膜是微生物自由生长在第三极活性炭表面的，不需要专门的接种工作，操作简便， 易于运行维护。
