一种水处理装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种水处理装置及其应用，属于废水处理技术领域。本发明专利技术的水处理装置可利用微藻光合作用为电‑Fenton过程的阴极反应提供O2，实现H2O2的在线合成，大大节省了外部曝气的能量消耗，同时，此水处理装置可以实现微藻油脂生产和污染物的高效降解；利用此装置进行污水处理13d，可使微藻生长室中微藻的油脂产率高达986mg/L·d；利用此装置进行污水处理，可使微藻生长室中污水的出水COD、NH4

【技术实现步骤摘要】
一种水处理装置及其应用
本专利技术涉及一种水处理装置及其应用，属于废水处理

技术介绍
近年来，随着国内工农业的快速发展，印染废水、焦化废水、含酚类废水、农药废水以及垃圾渗滤液等难处理废水的排水量不断增大，难处理废水中含有的新型难降解污染物的种类也日益增多，同时，浓度不断升高。这些难降解污染物一般生物降解难度大，会随着污水厂出水进入到水环境中，使得水环境污染问题日益突出。电-Fenton法是由传统Fenton化学处理法发展而来的一种污水处理方法，在电-Fenton的过程中，O2在阴极表面通过2电子还原途径生成H2O2，并与溶液中Fe2+反应生成·OH，此反应产生的Fe3+在阴极接收电子被还原为Fe2+，实现催化剂的再生，·OH则与有机污染物反应生成CO2和H2O，完成污染物的降解。根据H2O2和Fe2+的产生方式，可将电-Fenton分为以下4种：(1)亚铁阴极循环法，此方法的初始H2O2和Fe2+需要外加，反应过程中H2O2不断消耗，而Fe3+可以在阴极表面还原为Fe2+，与外加H2O2反应产生·OH，实现有机污染物的降解，同时，实现催化剂再生，减少铁盐投加量和含铁污泥产生量；(2)铁氧化法，此方法使用铁或铁网做阳极，需要外加H2O2，Fe在阳极发生氧化反应生成Fe2+，与外加H2O2反应产生·OH，实现有机污染物的降解；(3)H2O2法，此方法的H2O2在阴极通过2电子ORR反应原位产生，与外加Fe2+反应产生·OH，实现有机污染物的降解；(4)铁氧化-H2O2法，此方法利用铁或铁网做阳极，析氢电位较高的材料做阴极，Fe2+和H2O2均在电极表面原位产生；其中，铁氧化-H2O2法能够原位产生Fe2+和H2O2，避免了铁盐和H2O2的大量投加，是一种最具实用价值的电-Fenton技术。然而，由于铁氧化-H2O2体系需要曝气提供阴极ORR反应所需溶解氧(DO)(式(1))，O2+2H2O+2e-→H2O2+2OH-(1)，且随着曝气强度的增大，体系DO浓度增高，相应H2O2产量增加，废水处理效果也会随之增强，而曝气尤其是高强度曝气无疑会大大增加系统额外的能量消耗，进而增加废水处理的成本(曝气的成本一般为14.17元/m3·d)，使得废水处理的成本过高，因此，铁氧化-H2O2法在废水处理领域的发展存在严重的阻碍。
技术实现思路
[技术问题]本专利技术要解决的技术问题是提供一种低成本且具有高附加值副产物的废水方法。[技术方案]微藻是分布广泛且光合利用度高的自养生物，可通过光合作用产生氧气，使体系的DO达到饱和浓度。因此，为解决上述问题，本专利技术提供了一种包含内部接种有微藻的微藻生长室、内部设置有阴极和阳极的电-Fenton反应室、用于给微藻提供光能的光源，以及用于给电-Fenton反应室提供电压的电源的水处理装置；此水处理装置可利用微藻光合作用为电-Fenton过程的阴极反应提供O2，实现H2O2的在线合成，大大节省了外部曝气的能量消耗，同时，此水处理装置可以实现微藻油脂生产和污染物的高效降解；利用此装置进行污水处理13d，可使微藻生长室中微藻的油脂产率高达986g/m3·d；利用此装置进行污水处理，可使微藻生长室中污水的出水COD、NH4+-N、TN和TP分别较进水降低57.8％、74.4％、64.9％以及84.4％，电-Fenton反应室中污水的出水COD、色度分别较进水降低92.6％以及98.3％。在本专利技术的一种实施方式中，所述微藻生长室和电-Fenton反应室通过气体扩散层相隔开；所述阳极和阴极通过电源相连；所述微藻生长室上设置有第一进水口、第一出水口以及藻液排出口；所述电-Fenton反应室上设置有第二进水口以及第二出水口。在本专利技术的一种实施方式中，所述微藻生长室为柱状体，含有第一顶面、第一底面以及第一侧面；所述第一进水口、藻液排出口位于微藻生长室第一侧面的下方或微藻生长室的第一底面；所述第一出水口位于微藻生长室第一侧面的上方或微藻生长室的第一顶面。在本专利技术的一种实施方式中，所述电-Fenton反应室为柱状体，含有第二顶面、第二底面以及第二侧面；所述第二进水口位于电-Fenton反应室第二侧面的下方或电-Fenton反应室的第二底面；所述第二出水口位于电-Fenton反应室第二侧面的上方或电-Fenton反应室的第二顶面。在本专利技术的一种实施方式中，所述微藻包含普通小球藻(Chlorellavulgaris)、三角褐指藻(Phaeodactylumtricornutum)、微拟球藻(Nannochloropsissp.)、斜生栅藻(Scenedesmusobliquus)或盐藻(Dunaliellasalina)中的一种或多种。在本专利技术的一种实施方式中，所述阴极为石墨片、石墨箔、石墨板或石墨毡中的一种或多种。在本专利技术的一种实施方式中，所述阳极为铁片、铁板或铁网中的一种或多种。在本专利技术的一种实施方式中，所述光源包含荧光灯和/或LED灯。在本专利技术的一种实施方式中，所述电源为恒压电源且所述电源施加的电压范围为0.5V～10V。在本专利技术的一种实施方式中，所述气体扩散层包含碳黑-PTFE气体扩散层、尼龙滤膜或经过疏水处理的不锈钢网中的一种或多种。在本专利技术的一种实施方式中，所述碳黑-PTFE气体扩散层是通过将碳黑和PTFE乳液混合成膏状物后辊压至网状支撑物的单面或正反两面制得的；所述网状支撑物包含不锈钢网、钛网或镍网中的一种或多种。本专利技术还提供了一种水处理方法，所述方法为使用上述水处理装置。在本专利技术的一种实施方式中，所述方法为将微藻培养基或需处理废水A通过第一进水口通入微藻生长室中，并在微藻培养基或需处理废水A中接种微藻，开启光源进行光照，使微藻产氧，得到氧气和藻液；将需处理废水B通过第二进水口通入内部设置有阴极和阳极的电-Fenton反应室中，接通电源提供电压，进行废水处理，得到经处理的废水；待微藻生长室中的微藻生长进入稳定期后，可将藻液由藻液排出口排出进行油脂的提取，同时将另一批微藻培养基或需处理废水A通过第一进水口通入微藻生长室；待一批需处理废水B处理完毕后，可由第二出水口排出，同时将另一批需处理废水B通过第二进水口通入电-Fenton反应室；所述需处理废水A为含氮和/或磷的废水；所述需处理废水B为含难降解有机物的废水。所述难降解有机物是指微生物在任何条件下不能以足够快的速度降解的有机物。在本专利技术的一种实施方式中，所述微藻在微藻培养基或需处理废水A中的接种量为1×105～1×106cell/mL。在本专利技术的一种实施方式中，所述光照的光暗比为(0h～24h):(24h～0h)。在本专利技术的一种实施方式中，所述光照的光暗比为12h:12h。在本专利技术的一种实施方式中，所述需处理废水A包含养殖废水、餐厨废水、食品加工废水或乳制品废水中的一种或多种。在本专利技术的一种实施方式中，所述需处理废水B包含印染废水、焦化废水、含酚类废水、农药废水、抗生素废水或垃圾渗滤液中的一种或多种。本专利技术还提供了上述水处理装置或上述方法在污水处理方面的应用。[有益效果](1)本专利技术的水处理装置可利用微藻光合作用为电-Fenton过程的阴极反应提供O2，实现H2O2的在线合成，大大节省了外部曝气的能量消耗，使得供氧的成本降低至2.56本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水处理装置，其特征在于，所述装置包含内部接种有微藻的微藻生长室、内部设置有阴极和阳极的电‑Fenton反应室、用于给微藻提供光能的光源，以及用于给电‑Fenton反应室提供电压的电源；所述微藻生长室和电‑Fenton反应室通过气体扩散层相隔开；所述阳极和阴极通过电源相连；所述微藻生长室上设置有第一进水口、第一出水口以及藻液排出口；所述电‑Fenton反应室上设置有第二进水口以及第二出水口。

【技术特征摘要】
1.一种水处理装置，其特征在于，所述装置包含内部接种有微藻的微藻生长室、内部设置有阴极和阳极的电-Fenton反应室、用于给微藻提供光能的光源，以及用于给电-Fenton反应室提供电压的电源；所述微藻生长室和电-Fenton反应室通过气体扩散层相隔开；所述阳极和阴极通过电源相连；所述微藻生长室上设置有第一进水口、第一出水口以及藻液排出口；所述电-Fenton反应室上设置有第二进水口以及第二出水口。2.如权利要求1所述的一种水处理装置，其特征在于，所述微藻生长室为柱状体，含有第一顶面、第一底面以及第一侧面；所述第一进水口、藻液排出口位于微藻生长室第一侧面的下方或微藻生长室的第一底面；所述第一出水口位于微藻生长室第一侧面的上方或微藻生长室的第一顶面。3.如权利要求1或2所述的一种水处理装置，其特征在于，所述电-Fenton反应室为柱状体，含有第二顶面、第二底面以及第二侧面；所述第二进水口位于电-Fenton反应室第二侧面的下方或电-Fenton反应室的第二底面；所述第二出水口位于电-Fenton反应室第二侧面的上方或电-Fenton反应室的第二顶面。4.如权利要求1-3任一所述的一种水处理装置，其特征在于，所述气体扩散层包含碳黑-PTFE气体扩散层、尼龙滤膜或经过疏水处理的不锈钢网中的一种或多种。5.如权利要求1-4任一所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：任月萍，吕莹，李秀芬，王新华，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32