專利名稱：一種高鹽高濃度榨菜廢水資源化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及榨菜廢水的處理及實現(xiàn)能源回收的生化處理技術(shù)，屬于生物電化學技術(shù)領(lǐng)域，具體來說就是微生物燃料電池(Microbial Fuel Cells, MFCs)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
重慶三峽庫區(qū)榨菜生產(chǎn)歷史悠久，特別是涪陵己成為全國生產(chǎn)企業(yè)最多、加工能力最大的榨菜產(chǎn)銷區(qū)。目前，涪陵地區(qū)是全國最大的青菜頭生產(chǎn)基地。涪陵榨菜加工企業(yè)200余家，年加工能力達25萬噸以上，占全國榨菜年產(chǎn)銷量的40%。然而，榨菜加工過程中產(chǎn)生的大量廢水有機污染物濃度高達O. 3 20g/L，懸浮物濃度高達O. 5 7g/L，并且廢水的鹽濃度高達2% 15% ;由于高鹽榨菜廢水處理難度大，未達標的廢水排入三峽庫區(qū)時，勢必對三峽水域形成嚴重的污染。因此，榨菜廢水的有效處理已成為榨菜產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展的瓶頸，研發(fā)榨菜廢水高效低耗的處理技術(shù)成為所屬領(lǐng)域技術(shù)人員有待解決的技術(shù)課題。榨菜生產(chǎn)廢水具有高鹽、高氮、高有機物濃度的特征，且呈酸性，處理難度大?，F(xiàn)有用于榨菜廢水生物處理技術(shù)工藝主要為厭氧生物技術(shù)+好氧生物技術(shù)+物化技術(shù)以取得有效治理。但整體來看，現(xiàn)有工藝復(fù)雜、能耗大、需投加藥劑且難以達到預(yù)期效果。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明解決榨菜廢水生物處理技術(shù)工藝存在工藝復(fù)雜、能耗大等問題，提供一 種利用生產(chǎn)榨菜的廢水具有高鹽、高有機物濃度的特征，進行廢水處理及能源回收再利用的一種高鹽高濃度榨菜廢水資源化處理方法。解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種高鹽高濃度榨菜廢水資源化處理方法，其特征在于，包括如下步驟
在由陽極室、陰極室和質(zhì)子交換膜三部分組成的微生物燃料電池MFC中，以榨菜廢水為陽極室底物及產(chǎn)電菌菌源，以鐵氰化鉀/磷酸鹽緩沖液作為陰極電解液；陽極室與陰極室用質(zhì)子交換膜隔開；陽極與陰極材料均為碳布，用鈦絲與電極連接外電路，外電路由銅導(dǎo)線與可變電阻連接而成；
陽極室采用磁力攪拌器用以混勻電解質(zhì)，促進陽極室傳質(zhì)傳荷；陽極生物膜在吸附降解廢水中有機物的同時產(chǎn)生電子，電子經(jīng)所述陽極、外電路傳遞至陰極，并還原陰極室的高價鐵離子；
外阻為500 Ω，在外電路的電壓降至50mV時，完成對陽極室榨菜廢水的處理，同時完成
一個產(chǎn)電周期。進一步，以初沉池出水PCE與厭氧反應(yīng)池出水ARE比例混合用作陽極室底物，PCE與ARE的體積比為1:0。或者，以初沉池出水PCE與厭氧反應(yīng)池出水ARE比例混合用作陽極室底物，PCE與ARE的體積比為1:9。
相對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果1、采用本發(fā)明方法，對高鹽高濃度榨菜廢水的有機物去除率達到85. 8%，出水水質(zhì)穩(wěn)定，有很好的抗有機負荷沖擊能力。2、本發(fā)明方法從榨菜廢水獲取的電能，可從經(jīng)濟上補償整個處理系統(tǒng)的運行費用，其中最大產(chǎn)能為246mW/m2。3、本首次提出了 PCE含量與電池內(nèi)阻之間的高度負相關(guān)關(guān)系01);主要歸因于PCE中的大顆粒有機、無機顆粒物及膠體物質(zhì)；本發(fā)明還證實了隨PCE含量增大，產(chǎn)能效果下降，但有機物去除率逐步提升。4、本發(fā)明充分利用了榨菜廢水的特性，有效解決榨菜廢水中有機污染物處理效果差及現(xiàn)有技術(shù)運行成本高的問題，解決MFCs技術(shù)中系統(tǒng)底物導(dǎo)電性差的問題。
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圖1是啟動階段及各個實施例路端電壓變化情況；
圖2是各個實施例極化曲線；
圖3是各個實施例功率密度-電流密度；
圖4是初沉池出水含量與電池內(nèi)阻關(guān)系；
圖5是各個實施例COD去除率。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明
1、具體實施例
I)模型構(gòu)建
制作兩套微生物燃料電池，進行平行實驗。陽極室與陰極室尺寸均為
5.OcmX 5. 5cmX6. 5cm (長X寬X深)，單室有效容積:150mL。兩極室有質(zhì)子交換膜(PEM，Ultrex CM1-7000)隔開，質(zhì)子交換膜有效尺寸5. 5cmX5. 5cm，模型四周用螺桿固定。陽極與陰極材料均為碳布，有效尺寸4. 5cmX4. 5cm，用鈦絲與電極連接用于引出并傳遞電子，外電路由銅導(dǎo)線與可變電阻箱(0-9999. 9Ω )連接而成。模型頂端鉆孔，用于更換電解液、引出電極及放置參比電極(RE-1C，Ag/AgCl)。2)微生物燃料電池系統(tǒng)的啟動與運行
2.1 )系統(tǒng)啟動與產(chǎn)電菌馴化
陽極室注入SI型榨菜廢水，用作底物和接種菌源。加入底物前通入高純氮氣用以排空空氣，保證厭氧環(huán)境。陰極室加入由IOOmM的磷酸鹽緩沖液配制而成的IOOmM的鐵氰化鉀溶液，用作電
子受體。配制鐵氰化鉀溶液的方法為第一，先配制濃度為IOOmM的磷酸鹽緩沖溶液，磷酸鹽溶液用做溶劑，相當于配制其他溶液時水的作用。第二，用第一步配制的磷酸鹽緩沖溶液去溶解16. 45g的鐵氰化鉀，并定容到I升，這樣就得到濃度為IOOmM的鐵氰化鉀溶液。像配制其他溶液一樣，量取一定量的磷酸鹽和鐵氰化鉀(所有需要的化學藥品)，一起用水溶解并定容到I升，這樣就得到濃度為IOOmM的鐵氰化鉀溶液。另外，在實驗中，每一個實驗周期都在陰極室加入約140毫升的鐵氰化鉀溶液，一個周期結(jié)束后，更換新的溶液。啟動與運行期間外電路負載電阻為500Ω，陽極室采用磁力攪拌器用以混勻電解質(zhì)，促進陽極室傳質(zhì)傳荷。所以實驗在25±2°C下進行。運行模式為續(xù)批式。在電壓降至50mV時，認定完成一個產(chǎn)電周期，此時更換電解液，進行下一周期反應(yīng)。在至少連續(xù)3個產(chǎn)電周期均表現(xiàn)出相似的最大路端電壓、周期持續(xù)時間及有機物去除效果時，即認定系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)，接種成功。2.2 )實施例對比:
權(quán)利要求
1.一種高鹽高濃度榨菜廢水資源化處理方法，其特征在于，包括如下步驟在由陽極室、陰極室和質(zhì)子交換膜三部分組成的微生物燃料電池MFC中，以榨菜廢水為陽極室底物及產(chǎn)電菌菌源，以鐵氰化鉀/磷酸鹽緩沖液作為陰極電解液；陽極室與陰極室用質(zhì)子交換膜隔開；陽極與陰極材料均為碳布，用鈦絲與電極連接外電路，外電路由銅導(dǎo)線與可變電阻連接而成；陽極室采用磁力攪拌器用以混勻電解質(zhì)，促進陽極室傳質(zhì)傳荷；陽極生物膜在吸附降解廢水中有機物的同時產(chǎn)生電子，電子經(jīng)所述陽極、外電路傳遞至陰極，并還原陰極室的高價鐵離子；外阻為500 Ω，在外電路的電壓降至50mV時，完成對陽極室榨菜廢水的處理，同時完成一個產(chǎn)電周期。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高鹽高濃度榨菜廢水資源化處理方法，其特征在于，以初沉池出水PCE與厭氧反應(yīng)池出水ARE比例混合用作陽極室底物，PCE與ARE的體積比為1:0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高鹽高濃度榨菜廢水資源化處理方法，其特征在于，以初沉池出水PCE與厭氧反應(yīng)池出水ARE比例混合用作陽極室底物，PCE與ARE的體積比為1:9。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高鹽高濃度榨菜廢水資源化處理方法，其特征在于，所述陰極電解液為濃度為IOOmM的鐵氰化鉀，該鐵氰化鉀由IOOmM的磷酸鹽緩沖液配制而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述高鹽高濃度榨菜廢水資源化處理方法，其特征在于，所述質(zhì)子交換膜型號為Ultrex CM1-7000。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述高鹽高濃度榨菜廢水資源化處理方法，其特征在于，所述高鹽高濃度榨菜廢水中有機污染物濃度為O. 3 20g/L，懸浮物濃度為O. 5 7g/L，鹽濃度為 2% 15%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高鹽高濃度榨菜廢水資源化處理方法，在由陽極室、陰極室和質(zhì)子交換膜三部分組成的微生物燃料電池MFC中，以榨菜廢水為陽極室底物及產(chǎn)電菌菌源，以鐵氰化鉀/磷酸鹽緩沖液作為陰極電解液；陽極室與陰極室用質(zhì)子交換膜隔開；陽極與陰極材料均為碳布，用鈦絲與電極連接外電路，外電路由銅導(dǎo)線與可變電阻連接而成；陽極生物膜在吸附降解廢水中有機物的同時產(chǎn)生電子，并還原陰極室的高價鐵離子。本發(fā)明充分利用了榨菜廢水的特性，有效解決榨菜廢水中有機污染物處理效果差及現(xiàn)有技術(shù)運行成本高的問題；并解決MFCs技術(shù)中系統(tǒng)底物導(dǎo)電性差的問題。
文檔編號C02F3/34GK103043805SQ201310022920
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者付國楷, 郭飛, 徐官安, 陳水平, 雷莉, 喻曉琴, 張智, 張春玲 申請人:重慶大學