申请日2015.10.30
公开(公告)日2016.01.13
IPC分类号C02F9/14; C02F3/32
摘要
一种用于净化难降解有机污染物的污水处理方法，将污水先通过生物膜电极法处理污水中难降解的有机物;之后再经过微生物燃料电池降解污水中的有机物，同时产生电能;微生物燃料电池产生的电能再作为生物膜电极法中的电源。本发明以电能的产生与需求为纽带，实现系统中的反应过程和反应类型的有效耦合，从而达到实现高效去除难降解有机物的目的。使为缓解当前能源危机和解决环境问题提供了一种有效的途径，具有不可估量的应用和发展潜力。
摘要附图
权利要求书
1.一种用于净化难降解有机污染物的污水处理方法，其特征在于，将污水先通过生物膜电极法处理污水中难降解的有机物;之后再经过微生物燃料电池降解污水中的有机物，同时产生电能;微生物燃料电池产生的电能作为生物膜电极法中的电源。
2.根据权利要求1所述的污水处理方法，其特征在于，所述生物膜电极法采用生物膜反应器BER，所述微生物燃料电池采用人工湿地型微生物燃料电池CWMFC;所述CWMFC单元阴极(9)与所述BER单元阳极(2)电连接，所述CWMFC单元阳极(7)与所述BER单元阴极(1)电连接。
3.根据权利要求2所述的污水处理方法，其特征在于，所述BER单元阴极(1)由导电电材料和附着在其上的微生物构成;所述BER单元阳极(2)是由导电材料构成。
4.根据权利要求2所述的污水处理方法，其特征在于，所述BER单元的阴极导电材料为金属网或者金属板与活性炭纤维组合而成;所述BER单元的阳极导电材料为石墨材料或者钛基涂层电极。
5.根据权利要求2所述的污水处理方法，其特征在于，所述连接BER单元与CWMFC单元之间电连接为通过导线连接，所述导线为钛导线或者连接点绝缘密封进行处理过的同材质导线。
说明书
一种用于净化难降解有机污染物的污水处理方法
技术领域
本发明属于环境工程领域，具体涉及一种用于净化难降解有机污染物的污水处理方法。
背景技术
生物膜电极法(BER)是一种电化学耦合微生物的水处理方法。生物膜电极法将微生物固定在电极上，形成生物膜，并在微小直流电的作用下使污染物在电化学和微生物的双重作用下得以降解。1992年，R.B.Mellor等在Nature杂志上首次提出了“生物膜电极”的概念，他们将反硝化酶固定在阴极表面，制成生物膜电极，电极为固定化酶有效地提供还原能力，在阴极产生氢原子并被固定化反硝酶利用，从而完成反硝化作用。之后十几年国内外专家从反硝化的角度对BER做了大量的研究，直至近年来，生物膜电极法用于有机污染物，尤其是难降解有机物的去除，逐渐引起广泛的关注。经过BER的处理，难降解有机物的复杂结构得以破坏产生分子结构相对简单物质，可生化性得以显著提高。朱靖等在研究BER对苯胺的可生化性作用时发现，在电流强度为5mA条件下，48小时后B/C由原来的0.107提高到0.332，可满足生物处理的要求。宓益磊等发现BER可以有效地改变染料酸性大红GR的结构，破坏大共轭结构体系。HuazhangZhao等利用三维电极反应器研究模拟废水中酸性黄7(AO7)的去除，结果表明，180min后废水的B/C可以提高49.9%，AO7的-N=N-键的断裂引起脱色，并形成萘和苯类化合物，苯环的裂解进一步形成易生物降解的脂肪酸，提高了其可生化性。
人工湿地型微生物燃料电池(CWMFC)是一种由东南大学李先宁等发明的“同时实现污水处理与微生物燃料电池产电的结构”(CN201110195615.0)。微生物燃料电池(MFC)是利用酶或者微生物作为阳极催化剂，通过其代谢作用将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。MFC不仅可以降解简单有机物，也可以降解混合有机底物和难降解有机物，并获取电能。人工湿地(CW)作为一种由人工基质和生长在其上的湿地植物组成进水系统，其具有的高比表面积以及底部严格厌氧的环境为MFC系统应用在湿地提供了得天独厚的有利条件。CWMFC利用人工湿地(CW)下层厌氧基质作为MFC的阳极，利用人工湿地的表层基质为MFC的空气阴极，可以有效地解决MFC受阳极工作面积制约、限制其有机物降解及产电性能的瓶颈问题;利用砂石等作为湿地中间层基质分隔阴阳极，无需昂贵的质子交换膜，降低构建MFC的成本。李先宁等构建的CW-MFC的以葡萄糖为基质启动2-3d后，在外接电阻为1kΩ时，得到了560mv的输出电压。虽然CWMFC在处理易降解有机物时表现出了良好的产电性能，然而在同步难降解有机物产电仍然是制约其发展的瓶颈，并且对于MFC输出的微小电能的利用成为研究热点和难点。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种用于净化难降解有机污染物的污水处理方法，实现难降解有机污染物高效降解以及微生物燃料电池电能的有效利用。
技术方案：一种用于净化难降解有机污染物的污水处理方法，将污水先通过生物膜电极法处理污水中难降解的有机物;之后再经过微生物燃料电池降解污水中的有机物，同时产生电能;微生物燃料电池产生的电能再作为生物膜电极法中的电源。
所述生物膜电极法采用生物膜反应器BER，所述微生物燃料电池采用人工湿地型微生物燃料电池CWMFC。所述CWMFC单元阴极(9)与所述BER单元阳极(2)电连接，所述CWMFC单元阳极(7)与所述BER单元阴极(1)电连接。
所述BER单元阴极(1)由导电电材料和附着在其上的微生物构成;所述BER单元阳极(2)是由导电材料构成。
所述BER单元的阴极导电材料为金属网或者金属板与活性炭纤维组合而成;所述BER单元的阳极导电材料为石墨材料或者钛基涂层电极。
所述连接BER单元与CWMFC单元之间电连接为通过导线连接，所述导线为钛导线或者连接点绝缘密封进行处理过的同材质导线。
本发明对比现有技术具有如下有益效果：
本发明从提高微生物燃料电池降解难降解有机物和产电性能以及利用微生物燃料电池产生的电能的角度出发，在微生物燃料电池前端先通过生物膜电极法对污水进行处理，以电能的产生与需求为纽带，实现系统中的反应过程和反应类型的有效耦合，实现难降解有机物去除和产能的双重强化。在物质流上，难降解有机物经过生物膜电极法转化成分子结构相对简单的物质，使得进入微生物燃料电池的物质可生化性得到大幅度提升，更加有利于阳极微生物的利用，强化了产电性能，又能有效的将难降解有机物彻底矿化。从能量流的角度，微生物燃料电池从有机物中转化的微小电能供给生物膜电极法的电源，形成能量的内循环，免除了生物膜电极法外加电源的需求，降低了处理成本。