一種用于含硫銨煉化廢水處理的連續流三段生物產電脫鹽裝置及其使用方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種用于含硫銨煉化廢水處理的裝置及其使用方法。
【背景技術】
[0002]環境問題與能源問題制約著人類社會的發展。由于我國工業的不斷發展，導致了工業用水量的急劇攀升，這無疑加重了水資源短缺這一危機。在化學工業生產中產生的大量化工廢水含有烴類物質以及其它難降解物質，如果不能妥善處置，勢必會造成環境的污染，威脅生態環境安全，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發展與人類生活的難題。與此同時，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程中也加重了環境問題，因此，尋找可持續的清潔能源成為了解決能源危機的一條出路。化工廢水在處理的過程中同樣需要耗散一定的能源，其中所蘊含的有機物物質被降解轉化也成為了一種資源的浪費。因此，化工廢水處理與產生能源相結合為化工廢水的處理提供了新的思路與發展方向。生物電化學系統是利用微生物降解有機物，將化學能轉化為電能的電化學裝置。微生物脫鹽燃料電池(MDC)在陽極室和陰極室之間添加陰離子交換膜與陽離子交換膜，在兩極之間形成了脫鹽室。在功能上，MDC實現了污染物降解，產電，脫鹽的三種功效。但是目前的微生物脫鹽燃料電池的脫鹽率和石化廢水中的硫銨的去除率較低，無法工業化。
【發明內容】
[0003]本發明是要解決目前的微生物脫鹽燃料電池的脫鹽率和石化廢水中的污染物和硫銨的去除率較低，無法工業化的技術問題，而提供一種用于含硫銨煉化廢水處理的連續流三段生物產電脫鹽裝置及其使用方法。
[0004]本發明的一種用于含硫銨煉化廢水處理的連續流三段生物產電脫鹽裝置由陽極室1、陽極碳刷2、陰離子交換膜3、脫鹽室4、陽離子交換膜5、陰極碳刷6、陰極室7、水栗8-1、水栗8-2、水栗8-3、曝氣裝置9、兼性室10和電阻11組成;脫鹽室4設置在陽極室I和陰極室7之間，陽極室I和脫鹽室4之間設置陰離子交換膜3，脫鹽室4和陰極室7之間設置陽離子交換膜5，陽極室I內設置有陽極碳刷2，陰極室7內設置有陰極碳刷6，陰極室7的底部設置曝氣裝置9，陽極碳刷2與陰極碳刷6之間連接電阻11，陽極室I的底部設置有進水口，陽極室I頂部設置的出水口與兼性室10底部設置的進水口連通并在水管上設置水栗8-1，兼性室10頂部設置的出水口與陰極室7底部設置的進水口連通并在水管上設置水栗8-3，陰極室7頂部設置的出水口分別與脫鹽室4底部設置的進水口和兼性室10底部設置的進水口連通并在水管上設置水栗8-2，脫鹽室4頂部設置有出水口，兼性室10的頂部設置有出氣口。
[0005]本發明的一種用于含硫銨煉化廢水處理的連續流三段生物產電脫鹽裝置的使用方法如下:
[0006]—、培養階段:關閉水栗8-1、8-2和8-3，在陽極碳刷2和陰極碳刷6上均接種具有煉化廢水降解能力的活性污泥，在兼性室1中接種具有煉化廢水降解能力的活性污泥，然后分別向陽極室1、陰極室7和兼性室10中注滿含硫銨煉化的廢水，陽極室I密封24h，陰極室7通過曝氣裝置9持續曝氣24h，兼性室10靜置24h，然后倒掉陽極室1、陰極室7和兼性室10中所有的污泥和廢水;步驟一中所述的具有煉化廢水降解能力的活性污泥的接種量分別為陽極室1、陰極室7和兼性室10各自容積的20?30% ;
[0007]二、馴化階段:向陽極室I中加入PBS緩沖液和葡萄糖，再向陽極室I中加入含硫銨煉化的廢水至注滿為止，得到混合液I，混液液I中的PBS緩沖液的濃度為20ppm，混液液I中的葡萄糖的濃度為50mg/L?500mg/L;向陰極室7中加入PBS緩沖液和葡萄糖，再向陰極室7中加入含硫銨煉化廢水至注滿為止，得到混合液2，混液液2中的PBS緩沖液的濃度為20ppm，混液液2中的葡萄糖的濃度為50mg/L?500mg/L;向兼性室10中加入含硫銨煉化廢水至注滿為止;檢測電阻11兩端的電壓，當電阻11兩端的電壓下降至50mV時，將陽極室1、陰極室7和兼性室1中的所有液體倒掉；
[0008]三、連續運行:重復步驟二的操作10天?15天，陽極碳刷2上生成厭氧產電生物膜，陰極碳刷6上生成好氧產電生物膜，兼性室10內生成兼性厭氧活性污泥；
[0009]打開水栗8-1、8_2和8-3，啟動曝氣裝置9，將含硫銨煉化廢水作為待處理水進入陽極室I，陽極室I的水力停留時間Ih?4h，兼性室10的水力停留時間Ih?4h，陰極室7的水力停留時間Ih?4h，脫鹽室4的水力停留時間Ih?4h，連續運行24h，即完成用于含硫銨煉化廢水處理的連續流三段生物產電脫鹽；陰極室7的出水的3/4進入脫鹽室4，陰極室7的出水的1/4進入兼性室10。
[0010]本發明用于含硫銨煉化廢水處理的連續流三段生物產電脫鹽裝置，采用連續運行的方式，各室進出水均采取下進上出的方式，含硫銨煉化廢水經過陽極室-兼性室-陰極室-脫鹽室依次處理，陽極室降解有機物，陰極室處理廢水，脫鹽室進行高效脫鹽，實現了對有毒有害物質處理的同時，獲得穩定的電能輸出，連續流三段生物產電的運行過程中不需要額外的能力輸入或是高的滲透壓，具有良好的應用前景。
[0011 ]在本發明中，MDC用于降解含硫銨的石化廢水。
[0012]本發明的特點在于將厭氧生物處理、兼性處理及好氧生物處理與MDC工藝相結合，并將其應用于含硫銨煉化廢水的處理上，實現對有毒有害物質處理的同時，能夠獲得穩定的電能輸出，同時可以實現對含鹽污水脫鹽的目的。
[0013]
[0014]
[0015]本發明在陽極室I中處于厭氧環境下，含硫銨煉化廢水中的有機物在陽極碳刷2表面的產電微生物作用下被降解，并且產生電子放出質子，由于質子無法穿過陰離子交換膜3，脫鹽室4中的陰離子就會轉移到陽極室I中以保持電荷平衡;而產生的電子通過電阻11到達陰極室7，脫鹽室4中的陽離子通過陽離子交換膜轉移到陰極室7，最終在電阻11上呈現出穩定的電能輸出，實現了連續流三段生物產電；在這個過程中，脫鹽室4中的進水在沒有外加壓力和電場的條件下進行高效脫鹽，與此同時陽極室I降解含硫銨煉化廢水中的有機物，兼性室10繼續降解剩余的有機物，脫氮并產生氮氣排出，陰極室7產生(》2排出。
[0016]本發明的優點:
[0017]含硫銨煉化的廢水通過本發明的厭氧陽極的生物反應池、兼性厭氧池、好氧生物陰極的處理后，出水COD在500mg/L?600mg/L，氨氮的含量為5mg/L?20mg/L，硫銨的含量降低至丨」801^/1?12011^/1，對含硫銨煉化廢水的鹽度去除率為70%?84%。
【附圖說明】
[0018]圖1為實施方式一中一種用于含硫銨煉化廢水處理的連續流三段生物產電脫鹽裝置的示意圖，I為陽極室，2為陽極碳刷，3為陰離子交換膜，4為脫鹽室，5為陽離子交換膜，6為陰極碳刷，7為陰極室，8-1為水栗，8-2為水栗，8-3為水栗，9為曝氣裝置，10為兼性室，11為電阻；
[0019]圖2為試驗二的COD降解圖，曲線I為通入陽極室I的作為待處理水的含硫銨煉化廢水，曲線2為陽極室I的出水，曲線3為兼性室1的出水，曲線4為陰極室7的出水；
[0020]圖3為試驗二的極化曲線，曲線I為電壓曲線，曲線2為功率密度曲線；
圖4是本發明的反應原理圖。
【具體實施方式】
[0021]【具體實施方式】一:結合圖1，本實施方式為一種用于含硫銨煉化廢水處理的連續流三段生物產電脫鹽裝置:
[0022]本實施方式的一種用于含硫銨煉化廢水處理的連續流三段生物產電脫鹽裝置由陽極室1、陽極碳刷2、陰離子交換膜3、脫鹽室4、陽離子交換膜5、陰極碳刷6、陰極室7、水栗8-1、水栗8-2、水栗8-3、曝氣裝置9、兼性室10和電阻11組成;脫鹽室4設