一種基于電子調(diào)控的產(chǎn)電脫鹽裝置及利用該裝置處理含丙烯腈煉化廢水的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及廢水處理及資源循環(huán)利用領(lǐng)域，特別是涉及一種基于電子調(diào)控的產(chǎn)電脫鹽裝置及利用該裝置處理含丙烯腈煉化廢水的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境問(wèn)題與能源問(wèn)題制約著人類社會(huì)的發(fā)展。由于我國(guó)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(wú)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(shì)必會(huì)造成受納環(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(guò)程中也加重了環(huán)境問(wèn)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?；U水在處理的過(guò)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)化為電能的的電化學(xué)裝置。微生物脫鹽電池(MDC)在陽(yáng)極室和陰極室之間添加陰離子交換膜與陽(yáng)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。在本發(fā)明中，MDC用于降解含丙烯腈的煉化廢水。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有工業(yè)廢水處理難度大，生物化學(xué)處理難且工業(yè)廢水中能源浪費(fèi)的問(wèn)題，而提供一種基于電子調(diào)控的產(chǎn)電脫鹽裝置及利用該裝置處理含丙烯腈煉化廢水的方法。
[0004]—種基于電子調(diào)控的產(chǎn)電脫鹽裝置，該裝置包括陽(yáng)極室、陽(yáng)極碳刷、陰離子交換膜、脫鹽室、陽(yáng)離子交換膜、陰極碳刷、陰極室、參比電極、外電阻和曝氣裝置;所述脫鹽室設(shè)置在陽(yáng)極室和陰極室之間，所述脫鹽室的左側(cè)與陽(yáng)極室的右側(cè)通過(guò)陰離子交換膜相隔，所述脫鹽室的右側(cè)與陰極室的左側(cè)通過(guò)陽(yáng)離子交換膜相隔;所述陽(yáng)極室內(nèi)設(shè)置有陽(yáng)極碳刷，所述陽(yáng)極室的左側(cè)上方設(shè)置有第一出水口，所述陽(yáng)極室的左側(cè)下方設(shè)置有第一進(jìn)水口，所述參比電極貫穿于陽(yáng)極室的上頂部設(shè)置在陽(yáng)極室內(nèi)；所述陰極室內(nèi)設(shè)置有陰極碳刷，所述陰極室的右側(cè)上方設(shè)置有第二出水口，所述陰極室右側(cè)下方設(shè)置有第二進(jìn)水口，所述陰極室的底部設(shè)置有曝氣裝置;所述陽(yáng)極碳刷通過(guò)導(dǎo)線與外電阻的一端相連，所述陰極碳刷通過(guò)導(dǎo)線與外電阻的另一端相連;所述脫鹽室的頂部設(shè)置有第三出水口，所述脫鹽室的底部設(shè)置有第三進(jìn)水口 ；所述第一出水口通過(guò)第一栗和水管與第二進(jìn)水口相連;所述第二出水口通過(guò)第二栗和水管與第三進(jìn)水口相連，所述陽(yáng)極室和陰極室的容積相同。
[0005]—種利用基于電子調(diào)控的產(chǎn)電脫鹽裝置處理含丙烯腈煉化廢水的方法具體是按以下步驟進(jìn)行:
[0006]—、向陽(yáng)極室和陰極室中分別注入具有煉化廢水降解能力的活性污泥，然后再分別向陽(yáng)極室和陰極室加入含丙烯腈煉化廢水至蓄滿，陽(yáng)極室密封I?4天，陰極室通過(guò)曝氣裝置持續(xù)曝氣I?4天，然后將陽(yáng)極室和陰極室中的含丙烯腈煉化廢水排出；
[0007]所述再分別向陽(yáng)極室和陰極室加入含丙烯腈煉化廢水的⑶D為2580mg/L?2780mg/L和丙稀腈含量為300mg/L?400mg/L;
[0008]二、采用外電阻將陽(yáng)極碳刷和陰極碳刷相連，然后向陽(yáng)極室和陰極室分別加入PBS緩沖液至濃度為18ppm?22ppm、加葡萄糖至濃度為50mg/L?500mg/L，再分別向陽(yáng)極室和陰極室加入含丙烯腈煉化廢水至蓄滿，開始產(chǎn)生電流輸出，每當(dāng)電壓下降至50mV時(shí)，將陽(yáng)極室和陰極室中的含丙烯腈煉化廢水排出；
[0009]三、重復(fù)操作步驟二20天?30天后，陽(yáng)極室內(nèi)的陽(yáng)極碳刷上生成厭氧產(chǎn)電生物膜，陰極室內(nèi)的陰極碳刷上生成好氧產(chǎn)電生物膜，然后利用栗將陽(yáng)極室經(jīng)厭氧產(chǎn)電生物膜處理完的丙烯腈煉化廢水輸送到陰極室，并利用曝氣裝置持續(xù)曝氣控制陰極室溶氧量在2mg/L?4mg/L;利用栗將陰極室經(jīng)好氧產(chǎn)電生物膜處理完的丙烯腈煉化廢水輸送到脫鹽室，脫鹽室中的陽(yáng)離子交換膜將陰極室輸送過(guò)來(lái)的丙烯腈煉化廢水中的陽(yáng)離子傳入陽(yáng)極室，陰離子交換膜將陰極室輸送過(guò)來(lái)的丙烯腈煉化廢水中的陰離子傳入陰極室，此時(shí)外置電阻上呈現(xiàn)出穩(wěn)定的電能輸出，最終將脫鹽室中的廢水經(jīng)第三出水口排出，即完成丙烯腈煉化廢水的產(chǎn)電脫鹽處理；
[0010]所述經(jīng)厭氧產(chǎn)電生物膜處理完的丙烯腈煉化廢水的COD為1620mg/L?1780mg/L和丙稀腈含量為50mg/L?100mg/L;
[0011 ]所述經(jīng)好氧產(chǎn)電生物膜處理完的丙烯腈煉化廢水的COD為610mg/L?780mg/L和丙稀腈含量為Omg/L?5mg/L ；
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
[0013]本發(fā)明采用MDC用于降解含丙烯腈的煉化廢水，實(shí)現(xiàn)了污染物降解，產(chǎn)電，脫鹽的三種功效。本發(fā)明將厭氧生物處理和好氧生物處理與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(duì)有毒有害物質(zhì)處理的同時(shí)，整個(gè)處理過(guò)程不需要外加能量，能夠獲得穩(wěn)定的電能輸出，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)含鹽污水脫鹽回收的目的。
[0014]經(jīng)本發(fā)明裝置處理完的含丙烯腈煉化廢水的⑶D從2580mg/L?2780mg/L降到610mg/L?780mg/L和丙稀腈含量從300mg/L?400mg/L降到Omg/L?5mg/L，可見對(duì)丙稀腈廢水處理的效果很明顯;并且本發(fā)明能夠在啟動(dòng)24h后實(shí)現(xiàn)電流穩(wěn)定輸出，輸出電壓一直穩(wěn)定在750mV?820mV之間；本發(fā)明裝置對(duì)含丙烯腈煉化廢水脫鹽率可達(dá)65 %以上。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為用于含丙烯腈煉化廢水處理的基于電子調(diào)控的產(chǎn)電脫鹽裝置示意圖；
[0016]圖2為實(shí)施例1利用微生物脫鹽電池處理含丙烯腈煉化廢水時(shí)的⑶D降解曲線；其中，I為未處理含丙烯腈煉化廢水的COD濃度，2為經(jīng)陽(yáng)極室厭氧產(chǎn)電生物膜處理完的丙烯腈煉化廢水的COD濃度，3為經(jīng)陰極室好氧產(chǎn)電生物膜處理完的丙烯腈煉化廢水的COD濃度；
[0017]圖3為實(shí)施例1利用微生物脫鹽電池處理含丙烯腈煉化廢水時(shí)電池極化曲線;其中I為電池電壓，2為功率密度；
[0018]圖4為實(shí)施例1微生物脫鹽電池的脫鹽曲線圖；
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的任意合理組合。
[0020]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的基于電子調(diào)控的產(chǎn)電脫鹽裝置，該裝置包括陽(yáng)極室1、陽(yáng)極碳刷2、陰離子交換膜3、脫鹽室4、陽(yáng)離子交換膜5、陰極碳刷6、陰極室7、參比電極8、外電阻9和曝氣裝置16;所述脫鹽室4設(shè)置在陽(yáng)極室I和陰極室7之間，所述脫鹽室4的左側(cè)與陽(yáng)極室I的右側(cè)通過(guò)陰離子交換膜3相隔，所述脫鹽室4的右側(cè)與陰極室7的左側(cè)通過(guò)陽(yáng)離子交換膜5相隔;所述陽(yáng)極室I內(nèi)設(shè)置有陽(yáng)極碳刷2，所述陽(yáng)極室I的左側(cè)上方設(shè)置有第一出水口 10，所述陽(yáng)極室I的左側(cè)下方設(shè)置有第一進(jìn)水口 11，所述參比電極8貫穿于陽(yáng)極室I的上頂部設(shè)置在陽(yáng)極室I內(nèi)；所述陰極室7內(nèi)設(shè)置有陰極碳刷6，所述陰極室7的右側(cè)上方設(shè)置有第二出水口 12，所述陰極室7的右側(cè)下方設(shè)置有第二進(jìn)水口 13，所述陰極室7的底部設(shè)置有曝氣裝置16;所述陽(yáng)極碳刷2通過(guò)導(dǎo)線與外電阻9的一端相連，所述陰極碳刷6通過(guò)導(dǎo)線與外電阻9的另一端相連;所述脫鹽室4的頂部設(shè)置有第三出水口 15，所述脫鹽室4的底部設(shè)置有第三進(jìn)水口 14;所述第一出水口 10通過(guò)第一栗17和水管與第二進(jìn)水口 13相連;所述第二出水口 12通過(guò)第二栗18和水管與第三進(jìn)水口 14相連。
[0021]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:所述陽(yáng)極室I和陰極室7的容積相同。其他步驟與參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0022]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式的利用實(shí)施方式一的基于電子調(diào)控的產(chǎn)電脫鹽裝置處理含丙烯腈煉化廢水的方法具體是按以下步驟進(jìn)行:
[0023]—、向陽(yáng)極室I和陰極室7中分別注入具有煉化廢水降解能力的活性污泥，然后再分別向陽(yáng)極室I和陰極室7加入含丙烯腈煉化廢水至蓄滿，陽(yáng)極室I密封I?4天，陰極室7通過(guò)曝氣裝置16持續(xù)曝氣I?4天，然后將陽(yáng)極室I和陰極室7中的含丙烯腈煉化廢水排出；
[0024]所述再分別向陽(yáng)極室I和陰極室7加入含丙烯腈煉化廢水的⑶D為2580mg/L?2780mg/L和丙稀腈含量為300mg/L?400mg/L;
[0025]二、采用外電阻9將陽(yáng)極碳刷2和陰極碳刷6相連，然后向陽(yáng)極室I和陰極室7分別加入PBS緩沖液至濃度為18ppm?22ppm、加葡萄糖至濃度為50mg/L?500mg/L，再分別向陽(yáng)極室I和陰極室7加入含丙烯腈煉化廢水至蓄滿，開始產(chǎn)生電流輸出，每當(dāng)電壓下降至50mV時(shí)，將陽(yáng)極室I和陰極室7中的含丙烯腈煉化廢水排出；
[0026]三、重復(fù)操作步驟二20天?30天后，陽(yáng)極室I內(nèi)的陽(yáng)極碳刷2上生成厭氧產(chǎn)電生物膜，陰極室7內(nèi)的陰極碳刷6上生成好氧產(chǎn)電生物膜，然后利用栗17將陽(yáng)極室I經(jīng)厭氧產(chǎn)電生物膜處理完的丙烯腈煉化廢水輸送到陰極室7，并利用曝氣裝置16持續(xù)曝氣控制陰極室7溶氧量在2mg//L?4mg/L;利用栗18將陰極室7經(jīng)好氧產(chǎn)電生物膜處理完的丙烯腈煉化廢水輸送到脫鹽室4，脫鹽室4中的陽(yáng)離子交換膜5將陰極室7輸送過(guò)來(lái)的丙烯腈煉化廢水中的陽(yáng)離子傳入陽(yáng)極室I，陰離子交換膜3將陰極室7輸送過(guò)來(lái)的丙烯腈煉化廢水中的陰離子傳入陰極室7，此時(shí)外置電阻9上呈現(xiàn)出穩(wěn)定的電能輸出，最終將脫鹽室4中的廢水經(jīng)第三出水口 15排出，即完成丙烯腈煉化廢水的產(chǎn)電脫鹽處理；
[0027]所述經(jīng)厭氧產(chǎn)電生物膜處理完的丙烯腈煉化廢水的COD為1620mg/L?1780mg/L和丙稀腈含量為50mg/L?100mg/L;
[0028]所述經(jīng)好氧產(chǎn)電生物膜處理完的丙烯腈煉化廢水的COD為610mg/L?780mg/L和丙稀腈含量為Omg/L?5mg/L ；
[0029]本實(shí)施方式采用MDC用于降解含丙烯腈的煉化廢水，實(shí)現(xiàn)了污染物降解，產(chǎn)電，脫鹽的三種功效。本實(shí)施方式