[發明專利]微生物燃料電池回收廢水中硫的方法

有效

• 申請號: 201610002972.3
• 申請日: 2016-01-04
• 公開（公告）號: CN105470546B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 張少輝;鮑任兵;趙麗;桑穩姣
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16;H01M8/00;C02F9/06
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王守仁

本發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：構建雙室型脫硫微生物燃料電池；將含氮硫污水泵入微生物燃料電池的陽極室，主要通過自發電化學作用將硫化物氧化成硫單質覆蓋于陽極表面，從而實現硫回收，并將硫化物氧化所產生的電子通過外電路傳遞到陰極以實現電能回收；陽極室出水進入陰極室后，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，同時將廢水中的氨氮氧化成硝態氮，為之后的反硝化脫氮做準備。本發明通過微生物燃料電池從含硫廢水中回收了硫和能量。

技術領域

本發明涉及污水生物除硫技術領域，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

含硫有機廢水厭氧消化液中含有大量硫化物需有效去除，目前生物除硫技術是解決污水硫污染最經濟有效的方法，但傳統生物除硫技術在處理污水時，不能回收硫污染物所蘊含的能量。

近年來開發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(Rabaey K,Van de Sompel K,Maignien L,et al.Microbial fuel cells for sulfideremoval.Environmental science&technology,2006,40(17):5218-5224.)。該技術可在去除污水中硫污染物的同時回收電能，有效解決傳統生物除硫技術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。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生物脫氮處理做準備。

國內外廢水除硫技術的發展趨勢是：以生物技術為主流，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。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：一是傳統的生物脫硫技術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的反硝化脫氮做準備(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備；同時回收電能。

本發明解決其技術問題采用以下的技術方案：

本發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：

1)構建雙室型微生物燃料電池，形成污水除硫系統；

2)將含硫化物和氨氮的污水泵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電化學作用被氧化成硫單質附著于陽極表面，從而去除硫污染，氧化過程中產生的電子經過外電路傳遞給陰極；

3)微生物燃料電池的陽極室出水進入陰極室，在陰極室內進行曝氣充氧，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氮；

4)經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過硝化過程的處理水，為后續反硝化脫氮做準備；

5)電子由陽極通過外電路傳遞到陰極時在外電路產生電流，從而實現電能的回收；

6)定期取出陽極材料，以堿液或有機溶劑浸泡以回收硫。

本發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，陽極室和陰極室為半圓柱體結構，陽極室和陰極室之間以質子交換膜進行分隔，陽極室和陰極室內填充石墨纖維絲作為電極。