微生物燃料電池回收廢水中硫的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及污水生物除硫技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用微生物燃料電池回收廢水中硫的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]含硫有機廢水厭氧消化液中含有大量硫化物需有效去除，目前生物除硫技術(shù)是解決污水硫污染最經(jīng)濟有效的方法，但傳統(tǒng)生物除硫技術(shù)在處理污水時，不能回收硫污染物所蘊含的能量。
[0003]近年來開發(fā)的微生物燃料電池在去除污染物的同時可回收電能，例如參見文獻(xiàn)1(Rabaey K,Van de Sompel K,Maignien L,et al.Microbial fuel cells for sulfideremoval.Environmental science&technology,2006,40(17):5218-5224.)。該技術(shù)可在去除污水中硫污染物的同時回收電能，有效解決傳統(tǒng)生物除硫技術(shù)不能回收硫污染物所蘊含能量的缺點，是治理含硫污水并回收電能的新型污水處理技術(shù)。但利用微生物燃料電池去除污水中硫化物的過程中可能產(chǎn)生硫酸鹽，存在潛在的二次污染。另外含硫化物廢水中通常含有大量的氨氮，處理硫化物污染的同時還需為后續(xù)生物脫氮處理做準(zhǔn)備。
[0004]國內(nèi)外廢水除硫技術(shù)的發(fā)展趨勢是:以生物技術(shù)為主流，在去除硫污染時盡量回收硫資源和能量，同時考慮同步去除廢水中的其它污染物(如氨氮)或為去除廢水中的其它污染物做準(zhǔn)備。但目前尚未見利用微生物燃料電池回收硫并完成氮氨硝化過程的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:一是傳統(tǒng)的生物脫硫技術(shù)不能回收硫污染物所含有的能量;二是含硫廢水(如厭氧消化液等)還含有大量的氨氮需去除，因此除硫的同時還需為后續(xù)的反硝化脫氮做準(zhǔn)備(即完成氨氮的硝化)。針對這兩個問題，提供一種微生物燃料電池去除硫化物污染以回收硫，并將廢水中的氨氮硝化的方法。該方法以硫化物作為陽極電子供體，以溶解氧作為陰極電子受體。利用微生物燃料電池陽極實現(xiàn)硫回收，并在陰極完成氨氮的硝化過程，為后繼的反硝化脫氮做準(zhǔn)備;同時回收電能。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明提供的微生物燃料電池回收廢水中硫的方法，是在微生物燃料電池的陽極回收廢水中的硫，在陰極完成廢水中氨氮的硝化過程，該方法是:
[0008]1)構(gòu)建雙室型微生物燃料電池，形成污水除硫系統(tǒng)；
[0009]2)將含硫化物和氨氮的污水栗入微生物燃料電池的陽極室，硫化物在陽極室主要通過自發(fā)電化學(xué)作用被氧化成硫單質(zhì)附著于陽極表面，從而去除硫污染，氧化過程中產(chǎn)生的電子經(jīng)過外電路傳遞給陰極；
[0010]3)微生物燃料電池的陽極室出水進(jìn)入陰極室，在陰極室內(nèi)進(jìn)行曝氣充氧，在微生物的催化作用下以氧作為電子受體氧化外電路傳遞過來的電子，同時將污水中的氨氮氧化成硝態(tài)氮；
[0011]4)經(jīng)微生物燃料電池陰極室排出的上清液即為已有效去除硫污染并經(jīng)過硝化過程的處理水，為后續(xù)反硝化脫氮做準(zhǔn)備；
[0012]5)電子由陽極通過外電路傳遞到陰極時在外電路產(chǎn)生電流，從而實現(xiàn)電能的回收；
[0013]6)定期取出陽極材料，以堿液或有機溶劑浸泡以回收硫。
[0014]本發(fā)明采用以下方法構(gòu)建雙室型微生物燃料電池:該微生物燃料電池由陽極室和陰極室構(gòu)成，陽極室和陰極室為半圓柱體結(jié)構(gòu)，陽極室和陰極室之間以質(zhì)子交換膜進(jìn)行分隔，陽極室和陰極室內(nèi)填充石墨纖維絲作為電極。
[0015]上述方法的步驟2)中，在陽極室底部設(shè)置磁力攪拌器進(jìn)行陽極液的攪拌混合。
[0016]上述方法的步驟3)中，在陰極室設(shè)置曝氣頭進(jìn)行曝氣充氧。
[0017]上述方法的步驟3)中，陽極室出水進(jìn)入陰極室后，在有氧條件下通過微生物作用完成氨氮的硝化過程。
[0018]上述方法中，所述堿液采用lmol/L的NaOH溶液。
[0019]上述方法中，所述有機溶劑采用二硫化碳溶液。
[0020]上述方法中，所采用的外電路由銅導(dǎo)線和電阻箱組成，微生物燃料電池的陽極、電阻箱和陰極通過銅導(dǎo)線依次連接，電阻箱中的電阻值可調(diào)。
[0021]所述的電阻箱可由用電設(shè)備替換。
[0022]本發(fā)明所述自發(fā)電化學(xué)作用是指硫化物在陽極室自發(fā)地被氧化，并向陽極釋放電子的過程。
[0023]上述步驟2)中，所采用的外電路由銅導(dǎo)線和電阻箱或用電設(shè)備組成，微生物燃料電池的陽極、電阻箱和陰極通過銅導(dǎo)線依次連接。
[0024]本發(fā)明微生物燃料電池的運行溫度為25°C。
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下主要優(yōu)點:
[0026]其一.微生物燃料電池在去除廢水中污染物的同時可實現(xiàn)電能回收。
[0027]其二.微生物燃料電池采用生物陰極，避免了化學(xué)陰極高費用催化劑的投加。
[0028]其三.微生物燃料電池的陽極室可以去除硫化物并且回收生成的硫單質(zhì)，陰極曝氣充氧同時為陰極和氨氮硝化提供電子受體，陰極完成了硝化過程為后續(xù)反硝化做準(zhǔn)備。
【附圖說明】
[0029]圖1是雙室型微生物燃料電池示意圖。
[0030]圖中:1.陽極室;2.陰極室;3.陽極;4.陰極;5.質(zhì)子交換膜;6.電阻箱;7.攪拌子；
8.銅導(dǎo)線。
【具體實施方式】
[0031]本發(fā)明提供的是利用微生物燃料電池回收廢水中硫的方法，具體是:將含氮硫污染物的污水栗入微生物燃料電池的陽極室，以硫化物為陽極電子供體，主要通過自發(fā)電化學(xué)作用將硫化物氧化成硫單質(zhì)于陽極表面，從而實現(xiàn)硫回收，并將產(chǎn)生電子通過外電路傳遞到陰極以實現(xiàn)電能的回收；以溶解氧作為陰極電子受體的同時對陽極出水完成硝化過程，為之后的反硝化脫氮做準(zhǔn)備。
[0032]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限定本發(fā)明的內(nèi)容。
[0033]本發(fā)明提供的方法是一種在微生物燃料電池的陽極室回收硫和陰極室完成氨氮硝化過程的方法，該方法步驟如下:
[0034](1)構(gòu)建雙室型微生物燃料電池，形成圖1所示的污水除硫系統(tǒng)。
[0035](2)將含硫化物和氨氮的污水栗入微生物燃料電池的陽極室1，硫化物在陽極室1內(nèi)被氧化而產(chǎn)生硫單質(zhì)附著于陽極3表面，從而去除硫化物污染，氧化過程中產(chǎn)生的電子經(jīng)過外電路傳遞給陰極4，陽極室1底部設(shè)有攪拌子7對陽極液進(jìn)行攪拌混合。
[0036](3)微生物燃料電池的陽極室1出水進(jìn)入陰極室2，在陰極室2內(nèi)通過曝氣充氧以氧化外電路傳遞來的電子，同時將廢水中的氨氮氧化成硝態(tài)氮。
[0037](4)經(jīng)微生物燃料電池陰極室2排出的上清液即為已有效去除硫污染并完成氮氮硝化過程的處理水，為后續(xù)反硝化脫氮做準(zhǔn)備。
[0038](5)電子由陽極3通過外電路傳遞到陰極4時在外電路產(chǎn)生電流，從而實現(xiàn)電能的回收。
[0039](6)定期取出陽極材料，以堿液或有機溶劑浸泡以回收硫。
[0040]本發(fā)明采用以下方法構(gòu)建雙室型微生物燃料電池:該微生物燃料電池由陽極室1和陰極室2構(gòu)成，陽極室和陰極室為半圓柱體結(jié)構(gòu)，陽極室和陰極室之間以質(zhì)子交換膜5進(jìn)行分隔，陽極室1和陰極室2內(nèi)填充石墨纖維絲作為電極。
[0041]上述步驟(2)中，所采用的外電路由銅導(dǎo)線8和電阻箱6(或用電設(shè)備)組成，微生物燃料電池的陽極3、電阻箱6和陰極4通過銅導(dǎo)線8依次連接。
[0042 ]上述微生物燃料電池的運行溫度為25°C。
[0043]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限定本發(fā)明的內(nèi)容。
[0044]實施例1
[0045]進(jìn)行本試驗所采用的為雙室型微生物燃料電池，陰陽極各室有效容積均為200ml，裝置以石墨纖維絲作為電極材料。微生物燃料電池運行前先將陰極石墨纖維絲在好氧污泥中浸泡以吸附微生物，一段時間后，在陽極和陰極上可繁殖并富集相應(yīng)的微生物，陽極不接種污泥。該雙室型微生物燃料電池在25°C下間歇運行，運行周期為12小時，每次進(jìn)水200ml，設(shè)定外電路的電阻為100 Ω。具體運行如下:
[0046]1)將含硫化物(64mgS/L)和氨氮(27.2mgN/L)的污水通過蠕動栗注入微生物燃料電池的陽極室。
[0047]2)硫化物在陽極室內(nèi)主要通過自發(fā)電化學(xué)作用被氧化而產(chǎn)生硫單質(zhì)附著于陽極表面，從而去除硫化物污染，氧化過程中產(chǎn)生的電子經(jīng)過外電路傳遞給陰極。
[0048]3)將陽極室出水栗入陰極室。
[0049]4)在陰極電極表面微生物的催化作用下利用氧氣氧化外電路傳遞來的電子并將廢水中的氨氮氧化成硝氮，為后續(xù)反硝化脫氮做準(zhǔn)備。
[0050]5)陰極室出水即為已去除硫污染并完成硝化作用的處理水，硫化物和氨氮的去除負(fù)荷分別為0.118kgS/(m3陽極室.d)和0.054kgN/(m3陰極室.d)，硝態(tài)氮的生成率為
92.3%。氨氮硝化較為徹底，其去除負(fù)荷取決于進(jìn)水氨氮濃度。
[0051]6)實際運行方式也可采用連續(xù)運行方式。
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