申请日2017.08.28
公开(公告)日2017.11.07
IPC分类号C02F3/28
摘要
一种利用厌氧流化床微生物燃料电池处理煤化工废水的方法，步骤如下：1)得到厌氧活性污泥：将污泥在厌氧的条件下先经微生物培养液活化，再经低浓度的煤化工废水梯度驯化;2)启动微生物燃料电池：将煤化工废水注入微生物燃料电池内，厌氧流化床内填充椰壳活性炭，接种厌氧污泥启动微生物燃料电池，当电池电压低于50mV时，视为一个周期;3)微生物燃料电池处理煤化工废水：微生物燃料电池成功启动后，煤化工废水通过蠕动泵循环，有机污染物不断被微生物降解，定时测定废水中COD的去除率和电池的产电性能。本发明中煤化工废水经3天处理后的COD去除率达88.1%，出水的COD小于270mg/L。本发明在处理废水的同时，将有机污染物中的化学能转变成电能，具有方法简单、成本低、效率高、产物无二次污染等优点，COD去除率较高，适于大规模推广与应用。
权利要求书
1.一种利用厌氧流化床微生物燃料电池处理煤化工废水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)得到厌氧活性污泥：在厌氧的条件下，将城市水处理厂厌氧消化池中的剩余污泥经微生物培养液活化后，用低浓度的煤化工废水进行梯度驯化，操作温度为30～35℃。
(2)启动微生物燃料电池：将所述活性污泥接种到微生物燃料电池内，并注入稀释后的煤化工废水;流化床内填充粒度为0.45～0.9mm的椰壳活性炭;在温度为35～40℃，外加电阻为5000Ω条件下启动;当电压低于50mV时，更换阳极液;待电池输出电压值较高且出现小的波动后基本稳定，即微生物燃料电池启动完成，活性炭上附着生物膜。
(3)厌氧流化床微生物燃料电池处理煤化工废水：利用蠕动泵将煤化工废水从流化床底部注入上述已启动的微生物燃料电池内，经微生物处理后，从流化床上部溢流至水槽;定时采样检测废水中的化学需氧量COD，每隔30min记录电池的输出电压。
2.根据权利要求1所述的厌氧流化床微生物燃料电池处理煤化工废水的方法，其特征在于，接种所述活性污泥的浓度为10000～12000mg/L。
3.根据权利要求1所述的厌氧流化床微生物燃料电池处理煤化工废水的方法，其特征在于，所述流化床活性炭的填充高度为6～9cm。
4.根据权利要求1所述的厌氧流化床微生物燃料电池处理煤化工废水的方法，其特征在于，所述流化床活性炭填充高度为7.5cm。
5.根据权利要求1所述的厌氧流化床微生物燃料电池处理煤化工废水的方法，其特征在于，启动所述厌氧流化床微生物燃料电池时的操作温度为37℃。
6.根据权利要求1所述的厌氧流化床微生物燃料电池处理煤化工废水的方法，其特征在于，启动所述厌氧流化床微生物燃料电池时，更换阳极液过程中需逐渐增加阳极液的浓度。
7.根据权利要求1所述的厌氧流化床微生物燃料电池处理煤化工废水的方法，其特征在于，利用蠕动泵转速调节废水循环流量为200～330mL/min。
说明书
一种厌氧流化床微生物燃料电池处理煤化工废水的方法
技术领域：
本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种厌氧流化床微生物燃料电池处理煤化工废水的方法，可以在处理煤化工废水中有机污染物的同时获得电能。
背景技术：
煤化工废水排放量大、水质复杂，含有大量酚、多环芳香族化合物、杂环化合物以及氰、焦油、氨氮等有毒、有害物质，是一种典型的含有难降解有机化合物的工业废水。近年来，国内不断有新的方法用于煤化工废水的处理，但各有利弊。单纯的生化法出水中含有一定量的难降解有机物，COD值偏高，不能完全达到排放标准。吸附法虽能较好地除去COD，但存在吸附剂的再生和二次污染的问题。催化氧化法虽能降解难以生物降解的有机物，但实际的工业应用中存在运行费用高等问题。A2/O工艺运行管理和成本相对较低，该工艺是目前处理煤化工废水的主要选用工艺。但目前还没有哪一种工艺可以完全处理好煤化工废水，所以利用多种方法联合处理煤化工废水是煤化工废水处理技术的发展方向。
新兴的微生物燃料电池(MFC)是一种利用产电微生物作为阳极催化剂将有机底物中储存的化学能直接转化成电能的生物反应器。虽然它兼有污染物去除与产电等优点，但也存在一些问题：1)质子交换膜的成本较高，无法实现大规模工业应用;2)以铁氰化钾、高锰酸钾等化学氧化剂作为电子受体，存在二次污染和再生问题，不利于实际应用;3)MFC体系内微生物分布不均，传质效率低。厌氧流化床是一种以生物膜法为基础的高效废水处理工艺。它利用大比表面积的物质为载体，厌氧微生物以生物膜的形式附着在载体表面，与被处理的介质充分接触，促进了传质。厌氧生物流化床反应器处理污水浓度范围广，既可以处理高浓度的有机废水，也可以处理中、低浓度的有机废水，尤其适用于处理氮磷缺乏的工业废水。
发明内容：
本发明的目的是提供一种利用厌氧流化床微生物燃料电池处理煤化工废水的方法，该方法操作条件温和、易于实施、产物无二次污染、成本低且效率高。
本发明利用厌氧流化床微生物燃料电池处理煤化工废水的方法按下列步骤实现：
(1)得到厌氧活性污泥：在厌氧的条件下，将城市水处理厂厌氧消化池中的剩余污泥经微生物培养液活化后，用低浓度的煤化工废水进行梯度驯化，操作温度为30～35℃。
(2)启动微生物燃料电池：将所述活性污泥接种到微生物燃料电池内，并注入稀释后的煤化工废水;流化床内填充粒度为0.45～0.9mm的椰壳活性炭;在温度为35～40℃，外加电阻为5000Ω条件下启动;当电压低于50mV时，更换阳极液;待电池输出电压值较高且出现小的波动后基本稳定，即微生物燃料电池启动完成，活性炭上附着生物膜。
(3)厌氧流化床微生物燃料电池处理煤化工废水：利用蠕动泵将煤化工废水从流化床底部注入上述已启动的微生物燃料电池内，经微生物处理后，从流化床上部溢流至水槽;通过蠕动泵转速调节废水循环流量为200～330mL/min，同时保证流化床内活性炭流化效果良好。定时采样检测废水中的化学需氧量COD，每隔30min记录电池的输出电压。
所述方法中，接种活性污泥的浓度选择为10000～12000mg/L;厌氧流化床内活性炭的填充高度为7cm;微生物燃料电池启动时的反应温度为37℃。厌氧流化床微生物燃料电池在启动和处理煤化工废水时，阳极室均保持厌氧环境。
所述方法中，低浓度的煤化工废水COD在300～1500mg/L之间。通过稀释调节煤化工废水COD为300～800mg/L，逐渐增加稀释后的煤化工废水浓度，对厌氧污泥进行梯度驯化。
所述方法中，启动厌氧流化床微生物燃料电池时，更换阳极液过程中逐渐增加阳极液的浓度，在活性炭挂膜过程的同时，对厌氧活性污泥进行梯度驯化。
所述方法中，阳极更换液浓度为800～1500mg/L(以化学需氧量COD计)。
本发明在处理煤化工废水过程中，附着在阳极表面和活性炭上的微生物代谢分解有机污染物并释放出电子;电子在生物组分与阳极之间传递，并通过外电路传递到阴极形成电流。煤化工废水中的有机污染物被微生分解的同时输出电能，达到了较好的环境污染处理和资源化的效果。
本发明的优点是：方法简单、成本低、效率高、产物无二次污染，COD去除率较高，适于大规模推广与应用。