CN102557252A - 一种典型PPCPs的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一体化电场强化生物降解典型PPCPs的新方法。一体化电场强化生物法是将电化学处理工艺与生物膜处理工艺组合在一个反应器中，典型PPCPs物质经电化学氧化还原作用发生降解，生成易降解的有机中间产物，新生成的有机中间产物则被反应***中的微生物进一步降解，最终产物为二氧化碳和水。一体化电场强化生物法在降解典型PPCPs的过程中，不需要投加化学药剂，因而不会产生二次污染，而且由于外加电场电压、电流密度低，不存在安全隐患，使该方法易于实际应用。通过工艺条件的优化，确定适宜的外加电场工艺条件及生物处理的工艺条件，一体化电场强化生物法对典型难降解PPCPs的去除率最高可达95％以上。

Description

一种典型PPCPs的处理方法

技术领域

本发明涉及一种新颖的水处理技术，它将生物法和电化学法相结合，具有不需要有机碳源，氧化还原能力高以及生物膜与电极之间传质高效等特点。是一种高效处理有机微污染物质的方法。

技术背景

药品和个人护理用品PPCPs包括多种化学物质，存在于多种处方药和非处方药(如抗生素、类固醇、止痛药、降压药、催眠药、减肥药等)、肥皂、香波、牙膏、香水、护肤品、防晒霜、发胶、染发剂等中。

PPCPs在现代社会中用量很大，未被人体完全利用的PPCPs通过***或洗浴进入城市污水，而城市污水是生态环境中PPCPs的主要来源之一。近十年来，国外已经开始关注PPCPs对环境的污染，研究表明，合成麝香物质、显影剂、抗生素、***、消炎止痛药、杀菌消毒剂等与人类生活密切相关的PPCPs在环境中普遍存在。国外已在城市污水、地表水、地下水和饮用水源中检测到70多种PPCPs及其代谢产物。美国和英国的科学家进一步研究发现，在污水处理厂和工厂排污口附近水体的野生鱼类产生了性别错乱，大量青蛙畸形。科学家认为，环境激素是主要的凶手，而PPCPs是环境激素的重要来源之一。国内外研究发现PPCPs可能对水环境中的贝类免疫***产生不利的影响，如三氯生等PPCPs可能对淡水环境中藻类的结构和功能产生以及海水中的双壳类动物的血细胞功能和消化腺酶的活性产生不利影响，此外，PPCPs还可能对水环境中的水蚤等生物具有慢性毒害作用，由此可见，PPCPs可能对水环境中很多生物具有毒性，并可能通过饮用水或食物链危害人类健康，因而该类污染物在环境中的迁移转化及其对生物的影响已成为一个引起广泛关注的新的环境问题。

削减PPCPs的排放是解决该环境问题的主要方法之一，然而更令人不安的是，有关PPCPs控制技术的研究才刚刚开始，由于其浓度低且具有特殊的代谢性质，传统的废水处理厂对相当一部分PPCPs没有明显的去除效果，迄今为止，人们还没有找到有效控制、消除PPCPs物质的技术方法。

电化学处理技术由于不添加化学试剂因而不会产生二次污染，在水和废水处理领域内具有广阔的应用前景，是值得考虑的技术之。纳米碳管自发现以来，一直是人们关注的中心。碳纳米管具有导电性和完整的表面结构，因而它是一种良好的电极材料，碳纳米管电极能促进生物分子电子传递作用，可取得了较好的处理效果，而且具有较高的电流效率。生物膜法可用来处理低浓度的废水。一体化电场强化生物技术是结合生物膜法和电化学法而起来的新技术，可充分结合了活性污泥或生物膜的微生物固定生长和电解法较高的氧化还原能力，以及两者之间的高效传质关系等优点，在处理低浓度难降解有机污染物等方面具有明显的优势。

发明内容

本发明目的是通过一体化电场强化生物法，利用它的生物和电化学共同作用，采用但不局限于SBR处理典型难降解PPCPs物质

本发明的一体化电场强化生物法处理典型难降解PPCPs的方法包括以下步骤：

(1)生物膜挂膜。本试验温度为室温。溶解氧的质量浓度为2-3mg/L.采用快速排泥挂膜法进行挂膜。接种已经驯化好的活性污泥生物相丰富，污泥的质量浓度为3.2g/L，SV约为25％。上述种泥和人工配制的废水以泥水体积比为2∶3的比例混合加入各反应器，浸没填料并静态接触24h后.排除污泥.开始进水挂膜。进水COD为500mg/L，氨氮含量为10mg/L，pH调成7.5左右，运行周期为12h，曝气10h，静置1h，出水、进水，填料开始挂膜，呈藻绿色，但挂膜不牢固、易脱落；2周后，挂膜基本成熟，不易脱落，在水中展开后，呈茸毛状，挂满填料的整个内壁。

(2)电极生物膜驯化。待生物膜运行稳定后，在反应器中加入电极并通入直流电。初始阶段电压为1V，电流为2mA，加入电场后小部分微生物死亡，排出，反应器内电极板上附有一层2mm厚的生物膜，填料上也有一定厚度的生物膜，通过上述结果可以确定反应器内、电极板以及软性填料上生长有硝化菌和反硝化菌，驯化培养阶段完成，***运行稳定，正式进入试验阶段。

(3)***运行稳定后，在出水管中取出实验出水，进行测定。测定的主要指标有PPCPs(布洛芬、双氯芬酸)的浓度、出水的COD值、氨氮等。

(4)通过改变进水负荷，选择最佳进水负荷值，实验结果表明进水负荷越小PPCPS(布洛芬、双氯芬酸)去除效果越好。

(5)改变电流强度，电流强度依次增大，最大到50mA。随着电流强度的增大，去除效果逐渐增大。布洛芬的去除率最高可达74％以上，双氯芬酸的去除率最高可达95％以上。

反应过程中，COD去除效果均能达到95％以上，氨氮去除效果能达到90％以上，符合国家标准出水水质。

本方法利用一体化电场强化生物法的电化学和生物降解的共同作用对典型难降解PPCPs如布洛芬和双氯芬酸进行处理。本方法的特色与优点在于，不需要投加化学药剂，因而不会产生二次污染，而且由于外加电场电压、电流密度低，不存在安全隐患，使该方法易于实际应用；此方法对COD、氨氮有很高的去除效果，并且它的成本较低，经济适用，是一个有效去除低浓度PPCPs的方法。

下面是附图及实施例进一步描述本发明，但本发明不限于下述实施例

附图说明

图1.本发明的电极生物膜处理PPCPS的工艺图

附图标记

1、混合室      2、进水导管    3、蠕动泵    4、反应器

5、石墨电极板  6、生物膜      7、电源      8、导线

9、出水导管    10、二沉池

具体实施方法

实验中，在1L的营养液中加入布洛芬和双氯芬酸使其浓度为1mg/L，对生物膜进行驯化培养7-15天，微生物运行稳定后，再加入电场。电压为1V，电流为5mA，进行驯化培养7-15天，使微生物完全适应电场及其特定的废水后，进行实验调试。反应采用了SBR间歇式进水，每天进行3个周期，曝气5h、沉淀2h，进水出水分别为0.5h。取出实验出水进行测量。

Claims (10)

1.一种电化学与生物作用协同处理典型PPCPs的方法，其特征是在同一反应器中实现电化学处理工艺与生物膜处理工艺的耦合，综合发挥电化学、吸附和微生物降解等多种作用机理，实现对PPCPs的高效处理，且不产生二次污染，它包括以下步骤：

(1)外加直流电场条件下，反应器中生物膜的培养与驯化。

(2)在适宜的工艺条件下，含一定浓度典型PPCPs的水样进入反应器得到降解，处理后出水进入二沉池。

(3)进入二沉池的水样经泥水分离后排水。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：它处理的对象是典型难生物降解的PPCPs，如布洛芬、双氯芬酸等。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所处理的典型PPCPs的浓度为0.2-20mg/L。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所采用电极材料为石墨、碳纳米管电极及其他多孔材料电极。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是：外加电场为直流电，电极上电流密度为不超过5mA/cm²。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是：阴阳电极间距宜控制在1-10cm(含1cm)。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征是：反应条件可以在室温下进行，若温度低于15℃或高于40℃微生物活性降低，部分会出现死亡现象，处理效果明显受到影响。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征是：进出水可采用但不局限于间歇运行方式。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征是：曝气装置可采用但不局限于间歇运行方式。曝气时，反应器中溶解氧浓度宜控制在1-4mg/L。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征是：采用连续流或SBR工艺，在适宜的外加电场、电极间距及溶解氧浓度条件下，根据进水水质情况选定适宜的水力停留时间或运行周期、污泥停留时间，处理后水经沉淀后排放。