[發明專利]一種用于處理難降解焦化廢水的EGSB-MFC耦合系統及其降解方法

在審

• 申請號: 201810123350.5
• 申請日: 2018-02-07
• 公開（公告）號: CN108128899A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 李文英;楊春;郝艷紅;崔高峰
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: C02F3/30
• 分類號: C02F3/30;C02F3/00;H01M8/16;C02F101/30
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 鄭晉周;翟沖燕

本發明屬能源與污水處理技術領域，為解決EGSB反應器在焦化廢水處理方面，由于毒性物質對脫氮菌的抑制作用導致存在有機物和氨氮不能同時處理達標等問題，提供一種用于處理難降解焦化廢水的EGSB?MFC耦合系統及其降解方法，EGSB厭氧反應器的反應區為耦合系統的陽極室，回流區設為耦合系統的陰極室，陰陽極室通過設有陽離子交換膜的連接管連接；陰陽極室內設導電電極，陰陽極導電電極連接外接電阻；陽極室底部通過多孔布水板連接進水水箱，陽極室頂部設出水口，出水口與陰極室頂部連接；陰極室底部通過連通管連接陽極室底部。結構簡單，性能優化，能同步去除焦化廢水中的有機物及含氮化合物，實現焦化廢水的充分降解，并能產電回收能量。

技術領域

本發明屬于能源與污水處理技術領域，具體涉及一種用于處理難降解焦化廢水的EGSB-MFC耦合系統及其降解方法。

背景技術

焦化廢水是一種含有多環芳烴等芳香族化合物等的典型難降解有機廢水，，其大量排放使水體污染嚴重， 同時也直接威脅人類健康，所以焦化廢水的處理如今已成為廢水處理領域中的重要任務以及難題。焦化廢水處理方法中除預處理外，仍然是以生物法為主，如傳統的A/O、A²/O及其改進工藝，這些方法主要存在的問題：（1）污泥濃度較低，抗沖擊負荷能力較弱；（2）處理能耗高。目前能源供需矛盾凸顯，能源短缺已成為世界各國面臨的共同問題。因此面對難降解工業廢水污染和能源短缺的雙重壓力，傳統高能耗的廢水處理技術已難以滿足可持續發展的要求。實現廢水資源化、開發高效低耗的新型工業廢水生物處理技術已成為廢水處理領域的必然要求和發展趨勢。

顆粒污泥膨脹床（EGSB）為第三代厭氧反應器，因具有濃度高、活性高的顆粒污泥，出水回流高，上升流速大，抗沖擊負荷能力強的優點，在各種難處理廢水方面取得不錯的效果。然而對于大多數EGSB反應器在工業廢水處理方面，更多研究的是有機物的去除，對于氨氮的去除由于其廢水毒性以及厭氧條件影響了脫氮硝化菌的生長而受到抑制，所以對于EGSB反應器在處理工業廢水，尤其是焦化廢水的處理存在COD和氨氮不能同時去除達標的缺陷。

微生物燃料電池（Microbial Fuel cells，MFC）是一種以微生物作為生物催化劑，將污廢水中的化學能轉化為電能的裝置，不僅可以去除水體中污染物質，同時還可以回收電能，是一種清潔高效的水處理技術，由于其創新性和環境效益在近年來被廣泛開發。文獻《Simultaneous nitrification, denitrification and carbon removal in microbialfuel cells》（Bernardino Virdis，Water Research 44(2010)2970-2980）首次報道了生物陰極同步硝化反硝化MFC脫氮產電，陽極培養液含碳（CH₃COONa）和氨氮（NH₄Cl），有機物在陽極電化學微生物的作用下氧化降解，并將其產生的電子傳遞至陽極電極，進一步通過外電路傳遞至陰極電極；其陽極出水直接進入陰極脫氮；陰極室中，NH₄⁺ -N好氧轉化為NO₃^-或者NO₂^-，然后利用陽極傳遞過來的電子進行電化學反硝化脫氮（NO₃^-+e^-→N₂）。陰極出水中NO₃^--N和NH₄⁺-N的濃度低至1.0mg/L和2.13mg/L左右，TN去除率高達94.1%，輸出電流為13.35mA，功率為0.89mW。該方法克服了傳統生物脫氮的硝化與反硝化空間獨立、大量反硝化污泥產生以及低COD/N廢水處理的缺陷。然而該研究中使用的模擬廢水為易降解廢水，對于難降解的焦化廢水，會對微生物的活性產生抑制，很大程度上影響MFC的物質降解和產電性能。有研究者通過添加一些易降解的有機物來進行難降解物質的共代謝，緩解毒性物質對微生物的抑制作用，卻帶來了產泥量較大，增加后續污泥處理費用以及易降解物質的購置費。所以單獨使用MFC處理難降解焦化廢水存在其物質降解和產電效果不佳等缺陷。