申請日2015.10.28

　　公開(公告)日2016.03.16

　　IPC分類號H01M8/0662; H01M8/16; C02F9/14; C02F3/34; C02F101/10; C02F101/16

　　摘要

　　本發(fā)明提供的微生物燃料電池同步污水脫氮除硫的方法，具體是：構建雙室型微生物燃料電池并外置硝化反應器;先將含硫化物和氨氮的污水泵入微生物燃料電池的陽極室，利用自發(fā)電化學作用與微生物代謝消除硫污染并將產(chǎn)生的電子通過外電路傳遞給陰極;微生物燃料電池的陽極出水先經(jīng)外置的硝化反應器將氨氮氧化為硝氮，再進入微生物燃料電池的陰極室;陰極室內(nèi)微生物以外電路傳遞過來的電子為電子供體去除氮污染;電子由陽極通過外電路傳遞到陰極的過程即在外電路產(chǎn)生電流，實現(xiàn)電能回收。本發(fā)明通過微生物燃料電池實現(xiàn)含氮硫污水的同步脫氮除硫，具有節(jié)省外加化學藥劑和回收電能等優(yōu)點。

　　摘要附圖

 

　　權利要求書

　　1.一種微生物燃料電池同步污水脫氮除硫的方法，其特征是一種在微生物燃料電池的陽極和陰極同步去除硫和氮污染物，該方法是：

　　1)構建雙室型微生物燃料電池并外置硝化反應器，形成污水同步脫氮除硫系統(tǒng);

　　2)將含硫化物和氨氮的污水先泵入微生物燃料電池的陽極室(1)，硫化物在陽極室(1)內(nèi)被氧化而消除硫污染，硫化物氧化過程中產(chǎn)生的電子通過外電路傳遞給陰極(5)提供電子供體;

　　3)微生物燃料電池的陽極室(1)出水先經(jīng)外置的硝化反應器將氨氮氧化為硝氮，再進入微生物燃料電池的陰極室(6)，在陰極室(6)內(nèi)利用外電路傳遞過來的電子將硝氮轉(zhuǎn)化為氮氣排放，從而去除氮污染;

　　4)經(jīng)微生物燃料電池陰極室(6)排出的上清液即為已有效去除氮硫污染的處理水;

　　5)電子由陽極通過外電路傳遞到陰極的過程即在外電路產(chǎn)生電流，實現(xiàn)電能回收。

　　2.根據(jù)權利要求1所述的微生物燃料電池同步污水脫氮除硫的方法，其特征在于采用以下方法構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(6)構成，陽極室和陰極室為長方體結構或半圓柱體結構，陽極室和陰極室之間以陽離子膜(7)進行分隔，陽極室(1)和陰極室(6)內(nèi)填充顆粒石墨或石墨刷填料作為電極，這些填料是附著微生物的載體。

　　3.根據(jù)權利要求1所述的微生物燃料電池同步污水脫氮除硫的方法，其特征在于步驟2)中，所采用的外電路由銅導線(3)和電阻箱(4)或用電設備組成，微生物燃料電池的陽極(2)、電阻箱(4)和陰極(5)通過銅導線(3)依次連接，電阻箱(4)中的電阻值可調(diào)。

　　4.根據(jù)權利要求1所述的微生物燃料電池同步污水脫氮除硫的方法，其特征在于步驟3)中，所采用的外電路由銅導線(3)和電阻箱(4)或用電設備組成，微生物燃料電池的陽極(2)、電阻箱(4)和陰極(5)通過銅導線(3)依次連接，電阻箱(4)中的電阻值可調(diào)。

　　5.根據(jù)權利要求1所述的微生物燃料電池同步污水脫氮除硫的方法，其特征在于所述微生物燃料電池是在20-30℃的溫度下運行。

　　說明書

　　微生物燃料電池同步污水脫氮除硫的方法

　　技術領域

　　本發(fā)明涉及污水生物脫氮除硫技術領域，特別是涉及一種利用微生物燃料電池同步去除污水中氮和硫化物的方法。

　　背景技術

　　生物脫氮除硫技術是解決污水氮硫污染的最經(jīng)濟有效方法，但傳統(tǒng)生物脫氮除硫技術在處理污水時，不能回收氮硫污染物所蘊含的能量。

　　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1(RabaeyK,VandeSompelK,MaignienL,etal.Microbialfuelcellsforsulfideremoval.Environmentalscience&technology,2006,40(17):5218-5224.)和文獻2(ClauwaertP,RabaeyK,AeltermanP,etal.BiologicalDenitrificationinMicrobialFuelCells.Environmentalscience&technology,2007,41(9):3354–3360.)。該技術用于污水脫氮或脫硫時可在去除污染物的同時回收電能，可有效解決傳統(tǒng)生物脫氮除硫技術不能回收氮硫污染物所蘊含能量的缺點，是治理含氮硫污水并回收電能的新型污水處理技術。但利用微生物燃料電池廢水脫氮時需以有機物等在陽極提供電子供體，單獨脫硫時需在陰極提供電子受體。利用微生物燃料電池單獨脫氮或除硫，不僅不能實現(xiàn)同步脫氮除硫，而且需要增加費用(外加電子供體或電子受體)。

　　國內(nèi)外污水脫氮除硫技術的發(fā)展趨勢是：以生物技術為主流，充分利用脫氮與除硫的電子互補性，實現(xiàn)氮硫污染物的同步高效去除，并盡量回收其中的能量。但目前尚未見利用微生物燃料電池同步進行陽極除硫和陰極脫氮的報道。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明所要解決的技術問題是：為了克服傳統(tǒng)生物脫氮除硫技術不能回收氮硫污染物所蘊含的能量，微生物燃料電池分別單獨脫氮和除硫又需增加費用的不足，提供一種微生物燃料電池同步去除污水中的氮和硫化物并回收電能的方法。該方法利用污水脫氮和除硫的電子互補性，以硫化物和硝氮分別為電子供體和電子受體，彌補微生物燃料電池單獨脫氮(或除硫)缺少電子供體(或電子受體)的不足，對含氮硫廢水實現(xiàn)同步脫氮除硫并回收電能。

　　本發(fā)明解決其技術問題采用以下的技術方案：

　　本發(fā)明提供的微生物燃料電池同步污水脫氮除硫的方法，該方法是一種在微生物燃料電池的陽極室和陰極室同步去除硫和氮污染物，具體是：

　　1)構建雙室型微生物燃料電池并外置硝化反應器，形成污水同步脫氮除硫系統(tǒng);

　　2)將含硫化物和氨氮的污水先泵入微生物燃料電池的陽極室，通過自發(fā)電化學作用和微生物代謝將硫化物氧化而去除硫化物污染，硫化物氧化過程中產(chǎn)生的電子通過外電路傳遞給陰極提供電子供體;

　　3)微生物燃料電池的陽極室出水先經(jīng)外置的硝化反應器將氨氮氧化為硝氮，再進入微生物燃料電池的陰極室，陰極室內(nèi)微生物利用外電路傳遞過來的電子將硝氮轉(zhuǎn)化為氮氣排放，從而去除氮污染;

　　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氮硫污染的處理水;

　　5)電子由陽極通過外電路傳遞到陰極的過程即在外電路產(chǎn)生電流，實現(xiàn)電能回收。

　　本發(fā)明采用以下方法構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成，陽極室和陰極室為長方體結構或半圓柱體結構，陽極室和陰極室之間以陽離子膜進行分隔，陽極室和陰極室內(nèi)填充顆粒石墨或石墨刷填料作為電極，這些填料是附著微生物的載體。

　　所述外置硝化反應器為污水處理的生物硝化反應裝置，在好氧條件下利用硝化菌將氨氮轉(zhuǎn)化硝氮。

　　上述步驟2)中，所采用的外電路由銅導線和電阻箱或用電設備組成，微生物燃料電池的陽極、電阻箱和陰極通過銅導線依次連接，電阻箱中的電阻值可調(diào)。

　　上述步驟3)中，所采用的外電路由銅導線和電阻箱或用電設備組成，微生物燃料電池的陽極、電阻箱和陰極通過銅導線依次連接，電阻箱中的電阻值可調(diào)。

　　所述微生物燃料電池是在20-30℃的溫度下運行。

　　本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下主要的優(yōu)點：

　　其一.相比傳統(tǒng)生物脫氮除硫技術，微生物燃料電池在處理污水的過程中可回收電能。

　　其二.微生物燃料電池依次單獨去除污水中氮和硫污染時，單獨脫氮需以有機物等在陽極室提供電子供體，單獨脫硫需在陰極室提供電子受體，而硝氮和硫化物可為除硫和脫氮相互提供所需的電子受體和電子供體。

　　其三.微生物燃料電池同步陽極除硫和陰極脫氮能充分利用硫化物和硝氮的電子互補性，減少或不需外加電子受體或電子供體，因而節(jié)省了運行費用。

　　其四.在微生物燃料電池的陽極室和陰極室可同步有效去除污水中的氮和硫污染物。在外電阻為100Ω的條件下，硫化物和氮的去除負荷分別可達2.2kgS/(m3陽極室·d)和12.4gN/(m3陰極室·d)，實現(xiàn)了同步去除污水中的氮和硫。