耦合活性污泥与生物膜法的微生物电化学苯胺废水处理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种耦合活性污泥与生物膜法的微生物电化学苯胺废水处理系统及方法，该系统包括依次连通的苯胺降解室、硝化室、反硝化室和直流电源；所述苯胺降解室内设置有阳极，所述阳极与直流电源的正极电连接；所述反硝化室内设置有阴极，所述阴极与直流电源的负极电连接；所述硝化室内设置有生物膜组件。该方法包括如下步骤：1)苯胺废水进入苯胺降解室，在苯胺降解菌和电流的作用下，生成NH

【技术实现步骤摘要】
耦合活性污泥与生物膜法的微生物电化学苯胺废水处理系统及方法
本专利技术涉及一种废水生物处理技术，特别是指一种耦合活性污泥与生物膜法的微生物电化学苯胺废水处理系统及方法。
技术介绍
苯胺是一种重要的化工材料，随着工业的发展，大量的苯胺排放到水环境中。苯胺同时是一种强烈的致癌物质，由于其毒性及难降解性，导致苯胺长时间在水环境中存留，对水环境和人类健康都会带来巨大的危害。也因为苯胺强大的毒性，其被列为环境优先控制污染物。目前，常见的苯胺废水处理工艺包括物理法、化学法、生物法和生物电化学。物理法大部分可作为难处理的苯胺废水的预处理技术，一般包括吸附法、膜分离法和萃取法等，吸附法具有吸附快、效果好的优点，可达到排放要求，但吸附饱和后效果会下降。萃取法处理苯胺废水可以有效地缩短运行周期，提高处理量，然而萃取剂回收以及二次污染的问题不能得到有效的处理。膜分离法具有操作简单灵活能耗低的优点，然而膜十分容易堵塞，频繁更换膜组件会提高成本。化学法就是在化学反应以及传质同时作用的条件下，将苯胺废水氧化还原为没有危害的物质，一般包括化学沉淀法、电化学氧化法、芬顿氧化法、臭氧氧化法等。总体来说，化学法可大大提高苯胺废水的处理效率，减少造成二次污染的风险，并且处理量可以很大，然而化学试剂的投加量大导致成本大的问题使得其不能成为实际工程中的主流方法。生物法，顾名思义就是就是利用微生物来降解苯胺废水，使微生物利用苯胺来增长。生物法具有很强的适应性，相比于物理法与化学法，生物法可大批次处理苯胺废水，不用担心处理效果的问题，而且因为微生物的不断衰落与增长，大可不必担心其运行成本，但是微生物由于增长缓慢，且对于苯胺的耐毒性有限，所以效率成为一个待解决的问题。生物电化学法是将电化学过程和生物膜降解过程相结合，利用电化学的产物为生物膜提供碳源和能源，如在地下水除硝酸过程中，电极反应产生的氢可以为自养型反硝化菌提供电子供体，从而实现反硝化去除硝酸盐氮的目的。与传统方法相比，这种技术没有外加氢源的系统，并且不需要补充有机碳源，因此减少了产生二次污染的机会，提高了反应器的效率和安全性，降低了处理成本。目前，大部分报道都指向阴极反硝化，阳极一般不参与降解过程，例如，当采用石墨作为阳极材料时，石墨失去电子生成CO2，作为氢型自养菌的无机碳源被消耗掉，因此需补充石墨，导致处理成本偏高，而且由于阳极不参与降解，导致处理效率较低。而采用阳极污染物氧化降解、生物膜强化硝化、反硝化的废水处理、生物脱氮系统尚未见到报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种苯胺废水处理效率高的耦合活性污泥与生物膜法的微生物电化学苯胺废水处理系统及方法。为实现上述目的，本专利技术所设计的耦合活性污泥与生物膜法的微生物电化学苯胺废水处理系统，包括依次连通的苯胺降解室、硝化室、反硝化室和直流电源；所述苯胺降解室内设置有阳极，所述阳极与直流电源的正极电连接；所述反硝化室内设置有阴极，所述阴极与直流电源的负极电连接；所述硝化室采用膜生物反应器，其内设置有生物膜组件。优选地，所述苯胺降解室的阳极上富集有驯化好的苯胺降解菌，所述硝化室的生物膜组件上富集有驯化好的硝化菌，所述反硝化室的阴极上富集有驯化好的反硝化菌。所述苯胺降解室主要通过苯胺降解菌将苯胺降解为NH4+-N，阳极通电后对该过程起到促进作用；所述硝化室是硝化的主要场所，将NH4+-N氧化为NO3--N；所述反硝化室内发生反硝化反应，将NO3--N还原为N2，阴极通电后对该过程起到促进作用极。进一步地，所述苯胺降解室内还富集有驯化好的硝化菌，可在苯胺降解室内将少部分NH4+-N氧化为NO3--N，降低硝化室负荷。在上述方案的基础上，该苯胺废水处理系统优选采用如下配置：所述苯胺降解室、硝化室和反硝化室是由一个反应器通过两个隔墙分隔而成的三个反应器室；所述苯胺降解室与硝化室之间的隔墙上部设置有上出水通道，所述硝化室与反硝化室之间的隔墙下部设置有下出水通道，分成三室的反应器，可以让苯胺降解、硝化、反硝化在各自最适宜的条件下进行反应，提高反应速率，节约反应所需资源；所述苯胺降解室的下部设置有苯胺废水进口，所述苯胺废水进口上连接管道并在管道上设置有进水泵；所述反硝化室的上部设置有碳源投加口和净化水出口，其中碳源投加口用于投加外加碳源(一般为葡萄糖)；所述苯胺降解室、硝化室和反硝化室的下部设置有排泥口，通过排泥口可排出部分污泥，防止污泥淤积、膨胀，影响反应出水水质；可单独排泥，实时调节各个室内部的微生物组成结构；所述苯胺降解室与硝化室的侧壁上设置有曝气装置，侧壁曝气，不仅可以提供溶解氧，还可以产生旋流来起到搅拌的作用；所述反硝化室内设置有搅拌器；所述反硝化室的净化水出口与苯胺降解室之间设置有回流管，并在回流管上设置有单向阀和循环泵，可将反硝化室出水按一定比例回流到苯胺降解室可有效补充碱度，补充活性污泥流失量，加速微生物繁殖。优选地，所述苯胺降解室、硝化室和反硝化室上均设置有监测口，其上安装有温度测量装置、pH测量装置和溶解氧监测装置，分别对温度、pH和溶解氧进行监测，其中溶解氧监测装置还可与曝气装置连锁，实时调节曝气量大小；所述反硝化室上还设置有气体收集口，用于采集反应产生的气体以进行检测分析，进而根据分析结果调整反硝化的所处环境。优选地，该系统还设置有水温调节装置，用于对苯胺降解室、硝化室和反硝化室中的水温进行独立或共同调节，将反应温度控制在设定范围内。以下给出了水温调节装置的一种具体结构：所述水温调节装置包括设置在反应器外侧的热水隔层以及用于向热水隔层内通入热水的循环热水系统，循环热水系统可与温度测量装置连锁，通过控制热水温度和/或流量来实现反应温度的调节，以防止冬天反应器温度下降。优选地，所述直流电源采用太阳能供电，采用太阳能发电，可节约资源，降低成本；所述生物膜组件采用多孔的聚氨酯海绵，其具有多孔通透结构，可大大提高表面积，并且挂膜量大、时间短；所述阳极和阴极均采用石墨板，并在石墨板上涂抹蚁粉高温下制成的分级多孔碳，阴阳极材料均涂抹由蚁粉制成的分级多孔碳，其导电效果良好，比表面积发达，孔隙率高，利于微生物的富集并且具有一定的吸附能力。进一步地，所述分级多孔碳的制备步骤如下：将1质量份洗涤干燥后的蚂蚁粉和0.8～1.2质量份的KOH混合均匀，加热到700～900℃并在该温度下碳化1～3h，所得粉末用稀盐酸溶液和蒸馏水洗涤，然后在90～110℃下干燥，从而得到分级多孔碳。本专利技术还提供了一种采用前述苯胺废水处理系统进行苯胺废水处理的方法，包括如下步骤：1)苯胺废水进入苯胺降解室，在富集于阳极上的苯胺降解菌的作用下发生降解，苯胺中的C作为碳源被利用，而N则转变为NH4+-N，直流电源通过阳极吸收电子，促进降解过程中的氧化反应高效进行；2)NH4+-N进入硝化室，通过富集于生物膜组件上的硝化菌的硝化作用，生成NO3--N；3)NO3--N进入反硝化室，在富集于阴极上的反硝化菌(包括氢自养反硝化菌和异养反硝化菌)的作用下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耦合活性污泥与生物膜法的微生物电化学苯胺废水处理系统，其特征在于：/n包括依次连通的苯胺降解室(1)、硝化室(2)、反硝化室(3)和直流电源(4)；/n所述苯胺降解室(1)内设置有阳极(5)，所述阳极(5)与直流电源(4)的正极电连接；所述反硝化室(3)内设置有阴极(6)，所述阴极(6)与直流电源(4)的负极电连接；/n所述硝化室(2)采用膜生物反应器，其内设置有生物膜组件(7)。/n

【技术特征摘要】
1.一种耦合活性污泥与生物膜法的微生物电化学苯胺废水处理系统，其特征在于：
包括依次连通的苯胺降解室(1)、硝化室(2)、反硝化室(3)和直流电源(4)；
所述苯胺降解室(1)内设置有阳极(5)，所述阳极(5)与直流电源(4)的正极电连接；所述反硝化室(3)内设置有阴极(6)，所述阴极(6)与直流电源(4)的负极电连接；
所述硝化室(2)采用膜生物反应器，其内设置有生物膜组件(7)。


2.根据权利要求1所述的苯胺废水处理系统，其特征在于：所述苯胺降解室(1)的阳极(5)上富集有驯化好的苯胺降解菌，所述硝化室(2)的生物膜组件(7)上富集有驯化好的硝化菌，所述反硝化室(3)的阴极(6)上富集有驯化好的反硝化菌。


3.根据权利要求1或2所述的苯胺废水处理系统，其特征在于：所述苯胺降解室(1)、硝化室(2)和反硝化室(3)是由一个反应器通过两个隔墙(20)分隔而成的三个反应器室；所述苯胺降解室(1)与硝化室(2)之间的隔墙(20)上部设置有上出水通道(21)，所述硝化室(2)与反硝化室(3)之间的隔墙(20)下部设置有下出水通道(22)；
所述苯胺降解室(1)的下部设置有苯胺废水进口(8)，所述苯胺废水进口(8)上连接管道并在管道上设置有进水泵(15)；所述反硝化室(3)的上部设置有碳源投加口(10)和净化水出口(9)；所述苯胺降解室(1)、硝化室(2)和反硝化室(3)的下部设置有排泥口(11)；
所述苯胺降解室(1)与硝化室(2)的侧壁上设置有曝气装置(14)；
所述反硝化室(3)内设置有搅拌器(17)；
所述反硝化室(3)的净化水出口(9)与苯胺降解室(1)之间设置有回流管(18)，并在回流管(18)上设置有单向阀(19)和循环泵(16)。


4.根据权利要求1或2所述的苯胺废水处理系统，其特征在于：所述苯胺降解室(1)、硝化室(2)和反硝化室(3)上均设置有监测口(12)，其上安装有温度测量装置、pH测量装置和溶解氧监测装置，分别对温度、pH和溶解氧进行监测；所述反硝化室(3)上还设置有气体收集口(13)，用于采集反应产生的气体以进行检测分析。


5.根据权利要求1或2所述的苯胺废水处理系统，其特征在于：该系统还设置有水温调节装置，用于对苯胺降解室(1)、硝化室(2)和反硝化室(3)中的水温进行调节。


6.根据权利要求1或2所述的苯胺废水处理系统，其特征在于：
所述直流电源(4)采用太阳能供电；
所述生物膜组件(7)采用多孔的聚氨酯海绵；
所述阳极(5)和阴极(6)均采用石墨板，并在石墨板上涂抹蚁粉高温下制成的分级多孔碳，所述分级多孔碳的制备步骤如下：将1质量份洗涤干燥后的蚂蚁粉和0.8～1.2质量份的KOH混合均匀，加热到700～900℃并在该温度下碳化1～3h，所得粉末用稀盐酸溶液和蒸馏水洗涤，然后在90～110℃下干燥，从而得到分级多孔碳。


7.一种耦合活性污泥与生物膜法的微生物电化学苯胺废水处理方法，其特征在于：
采用如权利要求1～6中任一项所述的苯胺废水处理系统；
并且包括如下步骤：
1)苯胺废水进入苯胺降解室(1)，在富集于阳极(5)上的苯胺降解菌的作用下发生降解，苯胺中的C作为碳源被利用，而N则转变为NH4+-N，直流电源(4)通过阳极(5)吸收电子，促进降解过程中的氧化反应高效进行；
2)NH4+-N进入硝化室(2)，通过富集于生物膜组件(7)上的硝化菌的硝化作用，生成NO3--N；
3)NO3--N进入反硝化室(3)，在富集于阴极(6)上的反硝化菌的作用下发生氢自养反硝化反应与异养反硝化反应，NO3--N被还原为N2，直流电源(4)通过阴极(6)提供电子，促进反硝化反应中的还原过程，实现了苯胺废水的处理与脱氮。


8.根据权利要求7所述的苯胺废水处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：张倩，冯嘉鹏，李孟，谭斌，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42