[發明專利]一種利用微生物電解池處理焦化廢水并產氫的方法及裝置

有效

• 申請號: 201610911731.0
• 申請日: 2016-10-19
• 公開（公告）號: CN106630177B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 趙煜;董志帥;王俊文;樊磊;衛國強;楊慧敏;鐘麗萍;劉益明
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C02F3/34
• 分類號: C02F3/34;H01M8/16;C25B1/04;C25B11/08;C25B11/12
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 程園園

本發明屬于污水處理方法及裝置技術領域，具體涉及一種利用微生物電解池處理焦化廢水并產氫的方法及裝置。本發明以焦化細菌作為生物催化劑，利用微生物電解池降解焦化廢水中有毒物質并且產生氫氣的方法及裝置。通過利用焦化廢水菌活化、陽極電極碳氈及陰極電極載Pt碳布的處理，構建微生物燃料電池，待電流達到穩定最高值后轉為微生物電解池，同樣待電流達到穩定最高值后采用稀釋法對微生物電解池生物膜進行抗毒性馴化，隨后可直接處理焦化廢水，去除其中的有害物質。通過本發明的方法及裝置用于去除焦化廢水中的有害物質，該發明只需72h便可達到有害物質的去除率均在90％以上，具有良好的經濟效益和環保效益。

技術領域

本發明屬于污水處理方法及裝置技術領域，具體涉及一種以焦化細菌作為生物催化劑，利用微生物電解池降解焦化廢水中有毒物質并且產生氫氣的方法及裝置。

背景技術

焦化廢水是在煉焦、煤氣凈化和焦化產品回收的過程中產生的工業廢水。其中含有的污染物種類多樣，成分復雜，具有生物降解難、毒性大、部分污染物致癌等特點。其中污染物主要有硫化物、氨氮、酚和氰等。我國目前的焦化廢水年排放量大約為3億噸，由于焦化廢水不僅會污染水體及土壤，破壞生態環境，并且會進一步影響人們的生活，嚴重危害人類生產生活活動。

焦化廢水的處理方法主要有物理法、化學法和生化法等，其中目前應用最廣泛的是生化法。而生化法的最大缺陷為需要大量曝氣，從而消耗大量能源，增加成本。

由于能源的短缺，可再生能源及清潔能源氫能的制備尤為重要。目前，制氫的主要方法有化學制氫、電解水制氫、生物制氫三種。化學制氫的制氫產率為70％～90％，電解水制氫的制氫產率為85％～95％，其消耗能量過大，故不能用于大規模生成。而生物制氫則只需消耗少量電能即可。

電解水制氫的理論電解電壓是1.23V。實際上，由于氧和氫生成過程中的過電位、電解液電阻及其他阻抗，實際需要的電壓比理論值要高，約1.65～2.2V，過電位造成的能量損失增加了制氫成本。微生物燃料電解池結合了電解水制氫的技術以及生物制氫兩種方法，其所需的實際電壓≥0.4V即可。該技術不僅能夠降解廢水，并且同時可以獲得氫能源。該技術選取傳統生化法中的細菌為菌源，經過合理馴化，作為微生物催化劑，構建微生物燃料電解池用于處理焦化廢水。它屬于一種新型生物質能源技術，融合了微生物電化學降解焦化廢水污染物及電解水制氫技術，是一種降解處理焦化廢水同時獲得清潔氫能源的技術。故該技術具有廣泛的應用價值。

Jenna Ditzig(Ditzig J,Liu H,Logan B E.Production of hydrogen fromdomestic wastewaterusing a bioelectrochemically assisted microbial reactor(BEAMR)[J].Hydrogen Energy, 2007:2296-2304.)等利用微生物電解池處理生活污水，COD的去除率在87％～100％，其能量需求相當于產生8％的凈產率氫氣，氫氣產率很低，產生氫氣量過少且COD的去除也有待提高。

Rachel C.Wagner(Wagner R C,Regan J M,Oh S E,Zuo Y,Logan B E.Hydrogenand methane productionfrom swine wastewater using microbial electrolysiscells[J].Water Research, 2009；43:1480-1488.)通過微生物電解池處理養豬廢水并同步電解制氫，在使用全濃度廢水的較長測試(184小時)中，COD去除率為69％至75％，產生氫氣的過程中伴隨較多含量的甲烷。該方法中在有效時間內COD的去除效果未達到90％以上，且對于氣體來說含有較高量的甲烷，并不是完全的清潔能源。