[发明专利]一种处理焦化废水同步产氢的装置及方法

权利要求书

1.一种处理焦化废水同步产氢的装置，其特征在于：包括焦化废水储罐（1）、缓冲溶液储罐（2）、活化焦化菌营养液储罐（3）、阳极室（4）、阴极室（5）、阳离子交换膜（6）、直流电源（7）、氢气收集袋（8）和回收池（9），所述焦化废水储罐（1）、缓冲溶液储罐（2）、活化焦化菌营养液储罐（3）的出液口分别与阳极室（4）的进液口连接，阳极室（4）的出液口与阴极室（5）的进液口连接，氢气收集袋（8）设置在阴极室（5）的上方并与阴极室（5）的氢气出口连接，阴极室（5）的废水出液口分别与回收池（9）和焦化废水储罐（1）的进液口连接，阳离子交换膜（6）设在阳极室（4）和阴极室（5）之间，直流电源（7）用于为电解池提供电压；

所述阴极室（5）由阴极罐体（501）、碳棒（502）、碳球（503）和多层支架（504）组成，所述多层支架（504）水平设置在阴极罐体（501）的内腔中，碳球（503）分别放置在多层支架（504）的上板面，碳棒（502）垂直穿过多层支架（504）的板面并贯穿于碳球（503）中。

2.根据权利要求1所述的一种处理焦化废水同步产氢的装置，其特征在于：所述阳极室（4）由阳极罐体（401）、多个不锈钢网（402）和碳毡（403）组成，多个不锈钢网（402）垂直设置在阳极罐体（401）的内腔中，碳毡（403）设在不锈钢网（402）的两侧板面上。

3.一种利用权利要求1-2任一项所述装置处理焦化废水同步产氢的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）活化焦化废水菌

将焦化厂好氧池的菌泥和细菌营养液以1:9-11的体积比混合，于25-35℃的温度下活化培养3-5天，制成焦化菌营养液；

2）处理阳极碳毡、阴极碳棒及碳球；所述阳极碳毡、阴极碳棒及碳球的处理步骤如下：蒸馏水冲洗；在0.5mol/L HCl 中浸泡2h；在0.5mol/L NaOH中浸泡2h；在去离子水中浸泡5h；将阳极、阴极碳材料置于HNO₃和H₂O₂体积比为1：1的混合溶液中，在60℃、90Hz的条件下超声30min；将阳极、阴极碳材料在450℃条件下烧30min；取出阳极、阴极碳材料后用蒸馏水冲洗至pH值为6.8~7.2；在120℃温度下干燥12h即可；

3）配制微生物电解池缓冲溶液；

4）将待处理的焦化废水、缓冲溶液及活化焦化菌营养液分别加入微生物电解装置的焦化废水储罐、缓冲溶液储罐及活化焦化菌营养液储罐中；

5）阴、阳极生物膜的驯化

首先，在阳、阴极之间施加电压，只向微生物电解池中连续泵入活化焦化菌营养液，并监测电解池的输出电流；每隔一段时间记录电流，电流缓慢增大到峰值，直至输出电流达到稳定的最大值，表明降解葡萄糖生物膜碳毡阳极及析氢碳球阴极驯化成熟；然后，同时向微生物电解池中泵入焦化废水、缓冲溶液及活化焦化菌营养液，每隔一段时间记录电流，刚开始电流有所下降，之后电流不断升高，直至输出电流达到稳定的最大值，表明降解焦化废水碳毡阳极及析氢碳球阴极抗毒性生物膜驯化成熟；

6）运行微生物电解池

首先，在阳、阴极之间施加电压，将焦化废水、缓冲溶液及活化焦化菌营养液连续泵入电解池阳极室，经过碳毡生物膜阳极氧化降解，之后，进入电解池阴极室，经过碳球生物膜阴极的还原析氢作用，最后，处理过的焦化废水流出阴极室；检测硫化物、氨氮、挥发酚、化学耗氧量的含量，若达到排放标准，则进入回收池；若检测不合格，则循环泵入阳极室继续处理，同时收集阴极析出的氢气。