申请日2015.12.02
公开(公告)日2016.02.03
IPC分类号C02F11/04; C02F1/46; H01M8/16; C02F103/16; C02F103/24; C02F101/20
摘要
一种同步降解剩余污泥和处理六价铬废水的方法，本发明涉及剩余污泥资源化、含铬废水处理的方法。本发明是要解决现有的利用微生物燃料电池处理剩余污染物的处理成本高的问题。本方法：一、搭建双池结构反应器;二、向反应器的阳极室内加入剩余污泥和营养溶液，向阴极室内加入铁氰化钾阴极液，进行培养，当电压输出大于0.6V后，启动成功;三、将待处理的剩余污泥和营养溶液加入阳极室内，将待处理的六价铬废水加入到阴极室内，进行处理，剩余污泥的处理周期为40～50天，剩余污泥降解率可达到38%～62%，六价铬废水的还原周期为2～10天，六价铬还原率可达到66.4%～93.2%，达到同步降解剩余污泥和处理六价铬废水的目的。
摘要附图
权利要求书
1.一种同步降解剩余污泥和处理六价铬废水的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
一、搭建双池结构反应器：该双池结构反应器由壳体(1)、阳离子交换膜(2)、碳纤维刷(3)、参比电极(4)和搅拌器(5)组成，阳离子交换膜(2)设置在壳体(1)中，将壳体(1)分成阳极室(1-1)和阴极室(1-2)，设置在阳极室(1-1)内的碳纤维刷(3) 为阳极，设置在阴极室(1-2)内的碳纤维刷(3)为阴极，在阳极室(1-1)和阴极室(1-2) 的底部分别设置取样管(1-3)，阳极室的顶部设置有集气管(1-4);将阳极和阴极通过外电路连接;参比电极(4)穿入阳极室内;搅拌器(5)设置在阳极室内;
二、启动：向双池结构反应器的阳极室(1-1)内加入剩余污泥和营养溶液，其中剩余污泥下营养溶液的体积比为(20～30)：1，向阴极室(1-2)内加入铁氰化钾阴极液，阳极室内通入氮气保证其厌氧环境，培养过程中，阳极室内的搅拌器(5)每隔1h搅拌3～5分钟，每隔2～3天更换一次阳极室与阴极室内的底物;当双池结构反应器电压输出大于0.6V 后，启动成功;
三、将待处理的剩余污泥和营养溶液加入阳极室(1-1)内，向阳极室内通入氮气保证其厌氧环境，将待处理的六价铬废水加入到阴极室(1-2)内，阳极室内的搅拌器(5)每隔1h搅拌3～5分钟，阳极室内剩余污泥40～50天后处理完毕，更换新的待处理剩余污泥;阴极室内的六价铬废水2～10天处理完毕，更换新的待处理六价铬废水，完成同步降解剩余污泥和处理六价铬废水的操作。
2.根据权利要求1所述的一种同步降解剩余污泥和处理六价铬废水的方法，其特征在于步骤二中铁氰化钾阴极液是按铁氰化钾的浓度为30～35g/L、磷酸二氢钾的浓度为 25～30g/L，将铁氰化钾和磷酸二氢钾加入到水中配制而成的。
3.根据权利要求1或2所述的一种同步降解剩余污泥和处理六价铬废水的方法，其特征在于步骤一中所述的阴极和阳极这两个电极在使用前的处理方法：将电极先用水冲洗，然后依次用1mol/L的HCl和1mol/LNaOH溶液各浸泡2h，以去除电极材料表面的杂质，最后用去离子水浸泡5h，备用。
4.根据权利要求1或2所述的一种同步降解剩余污泥和处理六价铬废水的方法，其特征在于步骤一中所述的质子交换膜在使用前的处理方法：阳离子交换膜先用30%的H2O2煮30min，然后依次用1mol/L的HCl和1mol/LNaOH溶液各浸泡2h，以去除膜表面污染物及杂质，最后用去离子水浸泡5h，备用。
5.根据权利要求1或2所述的一种同步降解剩余污泥和处理六价铬废水的方法，其特征在于步骤二中剩余污泥与营养溶液的体积比为25：1。
说明书
一种同步降解剩余污泥和处理六价铬废水的方法
技术领域
本发明属于微生物燃料电池技术领域，具体涉及一种实现剩余污泥资源化、含铬废水还原和同步产电的方法。
背景技术
生物质能作为唯一可固定碳的可再生能源，其高效转换和洁净利用日益受到全世界的重视，许多国家已将生物质能确定为未来能源发展目标。针对全球能源短缺和传统污水 /污泥处理处置过程中能耗高、水力停留时间长等问题，通过引入微生物燃料电池技术，在处理剩余污染物的同时将污染物中的化学能以电能的形式回收，实现污染物的资源化及能源化利用。微生物燃料电池可在常温常压条件下将有机废物中的化学能直接转换为清洁电能，在生物修复、污水和污泥处理领域具有潜在的应用前景，具有高效性、低成本、环境友好、操作条件温和等优点。
现有的利用微生物燃料电池处理剩余污染物的方法，是将剩余污染物作为阳极底物，在阴极区添加铁氰化钾、高锰酸钾等进行微生物化学反应。如发表在哈尔滨工程大学学报 2010年6月第31卷第6期上的文章《微生物燃料电池处理剩余污泥与同步产电性能》公开了一种采用微生物燃料电池技术处理剩余污泥的方法，以铁氰化钾为阴极电子受体，将污泥中的化学能直接转变成电能。但是这种方法要另外加入阴极电子受体，使处理成本增加。
发明内容
本发明是要解决现有的利用微生物燃料电池处理剩余污染物的方法处理成本高的技术问题，而提供一种同步降解剩余污泥和处理六价铬废水的方法。
本发明的一种同步降解剩余污泥和处理六价铬废水的方法，按以下步骤进行：
一、搭建双池结构反应器：该双池结构反应器由壳体、阳离子交换膜、碳纤维刷、参比电极和搅拌器组成，阳离子交换膜设置在壳体中，将壳体分成阳极室和阴极室，设置在阳极室内的碳纤维刷为阳极，设置在阴极室内的碳纤维刷为阴极，在阳极室和阴极室的底部分别设置取样管，阳极室的顶部设置有集气管;将阳极和阴极通过外电路连接;参比电极穿入阳极室内;搅拌器设置在阳极室内;
二、启动：向双池结构反应器的阳极室内加入剩余污泥和营养溶液，其中剩余污泥下营养溶液的体积比为(20～30)：1，向阴极室内加入铁氰化钾阴极液，阳极室内通入氮气保证其厌氧环境，培养过程中，阳极室内的搅拌器每隔1h搅拌3～5分钟，每隔2～3天更换一次阳极室与阴极室内的底物;当双池结构反应器电压输出大于0.6V后，启动成功;
三、将待处理的剩余污泥和营养溶液加入阳极室内，向阳极室内通入氮气保证其厌氧环境，将待处理的六价铬废水加入到阴极室内，阳极室内的搅拌器5每隔1h搅拌3～5分钟，阳极室内剩余污泥40～50天后处理完毕，更换新的待处理剩余污泥;阴极室内的六价铬废水2～10天处理完毕，更换新的待处理六价铬废水，完成同步降解剩余污泥和处理六价铬废水的操作
铬及铬盐是工业生产中不可缺少的原料，被广泛应用于电镀、印染和制革等行业中，这些行业都可产生大量含铬废水，污染环境。环境中的铬可以直接或间接进入人体，对人体健康造成危害，因此应采取及时有效的方法治理含铬废水，防治铬污染。铬是一种重金属元素，具有二价、三价和六价多种价态，其中三价和六价化合物较常见。铬化合物中六价铬的生物毒性最为强大，三价次之，二价毒性最小，六价铬的毒性约是三价铬的100 倍，六价铬还是公认的环境致癌物之一。因此，把六价铬转化成三价铬，不仅是一种有效的解毒方式，而且也是最终从水环境中去除铬的关键步骤。本发明利用六价铬转化成三价铬这个过程的理论氧化还原电位达到了较高的1.33V的特点，将六价铬作为微生物燃料电池阴极电子受体，这样既达到了六价铬去除的效果，也能得到一定的能量输出，比典型铁氰化钾阴极提高了阴极电势，并在一定程度上对整个电池的运行有所促进，同时该种阳极和阴极污染物的双向去除的反应模式对于新型环境工程设备的研发也具有一定的积极意义。其作用原理为:微生物燃料电池阳极室污泥处于厌氧环境，因此污泥本身在厌氧菌的作用下处于缓慢的厌氧发酵过程中，即有机物缓慢降解。该电池经过启动阶段，阳极室污泥内部逐渐驯化出电化学活性菌(Geobacter，Clostridium等)，这类细菌利用阳极污泥厌氧发酵过程产生的可溶性小分子有机物进行代谢，并导出持续电子，同时会加快阳极室中厌氧发酵过程，从而加速污泥的降解，这是污泥为阳极底物的微生物燃料电池的反应原理。相比于其他的污泥燃料电池，阴极液采用六价铬废水可以提高阴极电位，从而加速阳极室内电子的输出速率，提高电化学活性菌的产电效率和活性，由此提高污泥降解效果和产电效能。因此该工艺不仅可以实现剩余污泥稳定化和六价铬废水还原，还可以提高污泥降解效果和产电效果。阳极室内剩余污泥的处理周期为40～50天，剩余污泥降解率可达到38%～62%，阴极室内六价铬废水的还原周期为2～10天，六价铬还原率可达到66.4%～ 93.2%。利用本方法同时处理剩余污泥与六价铬废水，投资成本低、能耗小、无污染。本发明同时实现了剩余污泥资源化、含铬废水还原和同步产电。