[發明專利]三室型微生物燃料電池同步去除氮素和硫化物污染的方法

在審

• 申請號: 201710519761.1
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107352635A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 張少輝;魏霞;鮑任兵;鐘留香
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C02F3/00
• 分類號: C02F3/00;C02F3/30;C02F3/34;H01M8/16;C02F101/16
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 崔友明

技術領域

本發明涉及污水生物脫氮除硫技術領域，特別是涉及一種三室型微生物燃料電池同步去除氮素和硫化物污染的方法。

背景技術

生物脫氮除硫技術是解決污水氮硫污染的最經濟有效方法，但傳統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。

微生物燃料電池能以污水中的有機物或無機物為底物，在去除污染物的同時回收污染物中所蘊藏的能量，在廢水脫氮或廢水除硫領域具有較好的發展前景例如參見文獻1(Sun H,Xu S,Zhuang G,Zhuang X.2016.Performance and recent improvement in microbial fuel cells for simultaneous carbon and nitrogen removal:A review[J].Journal of Environmental Sciences(China)39:242-248.)和文獻2(Zhao F,Rahunen N,Varcoe JR,et al.2008.Activated carbon cloth as anode for sulfate removal in a microbial fuel cell [J].Environmental Science & Technology,42(13):4971-4976.)。該技術可以彌補傳統生物脫氮除硫技術不能回收氮硫污染物中所含能量的缺點，是治理含氮硫污水并回收電能的新型污水處理技術。但污水中的氮主要以氨氮形式存在，以往的微生物燃料電池廢水脫氮主要是去除廢水中的硝氮，微生物燃料電池處理含氨廢水時需首先將氨氮轉化為硝氮。微生物燃料電池單獨脫硫時需在陰極提供電子受體。目前利用微生物燃料電池進行含氨廢水的脫氮或含硫化物廢水的除硫的方法，增加了運行成本或將工藝復雜化(外加電子供體或受體，串聯外置硝化工藝先完成氨氮的硝化)。

國內外污水脫氮除硫技術的發展趨勢是：以生物技術為主流，充分利用廢水脫氮與除硫過程產生的電子互補性，實現氮硫污染物的同步高效去除，并盡可能回收其中的能量。但尚未見利用三室型微生物燃料電池同步進行陽極除硫，兩側好氧陰極和缺氧陰極分別進行硝化與反硝化脫氮的報道。

因此亟需一種以生物技術為主流，充分利用廢水脫氮與除硫過程產生的電子互補性，實現氮硫污染物的同步高效去除，并盡可能回收其中的能量的微生物燃料電池同步去除污水中的氮素和硫化物并回收電能的方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：為了克服傳統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，簡化外置硝化反應器與微生物燃料電池反硝化串聯脫氮工藝的復雜性，盡可能回收陽極電子，提供一種三室型微生物燃料電池同步去除污水中的氮素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，在陽極去除硫化物的同時，分別在兩側陰極完成氨氮的硝化及硝氮的反硝化，不僅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，而且能在同一個反應器內對含氨氮及硫化物的廢水實現同步脫氮除硫并盡可能的回收電能。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種三室型微生物燃料電池同步去除氮素和硫化物污染的方法。

一種三室型微生物燃料電池，其特征在于：該微生物燃料電池由陽極室(1)好氧陰極室(3)和缺氧陰極室(5)構成，陽極室和陰極室為長方體或半圓柱體結構，陽極室和陰極室之間以質子膜(10)進行分隔，陽極室(1)、好氧陰極室(3)和缺氧陰極室(5)內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；

所述微生物燃料電池所采用的外電路由銅導線(7)、電阻箱R₁(8)和R₂(9)或用電設備組成，微生物燃料電池的陽極(2)、電阻箱R₁(8)和好氧陰極(4)通過銅導線(7)依次連接，微生物燃料電池的陽極(2)、電阻箱R₂(9)和缺氧陰極(6)通過銅導線(7)依次連接，電阻箱R₁(8)和R₂(9)中的電阻值可調。

作為上述技術方案的優選，本發明提供的三室型微生物燃料電池同步去除氮素和硫化物污染的方法進一步包括下列技術特征的部分或全部：