[發(fā)明專利]一種陰極催化膜耦合無(wú)膜微生物燃料電池用于焦化廢水處理系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810211965.3
• 申請(qǐng)日: 2018-03-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108275777A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柳麗芬;張藝臻;孫嘉琪;安路陽(yáng);王學(xué)凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F3/28
• 分類號(hào): C02F3/28;C02F3/34;H01M8/16
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

本發(fā)明屬于污水凈化與廢水資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種陰極催化膜耦合無(wú)膜微生物燃料電池用于焦化廢水處理系統(tǒng)。具體涉及陽(yáng)極室產(chǎn)電微生物厭氧氧化作用，協(xié)同陰極催化膜光/電催化降解作用及膜過(guò)濾作用降解污染物，間歇及連續(xù)運(yùn)行模式均獲得較高的降解率，達(dá)到污水處理和生物產(chǎn)電的設(shè)計(jì)目的。本發(fā)明的效果和益處是提高傳統(tǒng)MFC的出水水質(zhì)；利用石英砂填充中間層替代質(zhì)子交換膜，降低成本；耦合系統(tǒng)微電場(chǎng)提升催化過(guò)濾膜使用壽命、催化氧化處理難降解物；反應(yīng)體系占地小、流程短、處理效果好并且節(jié)能環(huán)保，利于開(kāi)展放大實(shí)驗(yàn)和產(chǎn)業(yè)化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于污水處理與難降解廢水處理及資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新的耦合陰極催化膜、無(wú)離子交換膜的微生物燃料電池反應(yīng)器，在處理難降解焦化廢水時(shí)，表現(xiàn)出良好效果。

背景技術(shù)

焦化廢水是一類典型的難降解高濃度有機(jī)廢水，是煤化工行業(yè)在煉焦工藝階段產(chǎn)生的廢水，其來(lái)源較為集中。我國(guó)目前是世界第一焦炭生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)，焦化廢水的污染問(wèn)題尤為嚴(yán)重。焦化廢水成分復(fù)雜，有機(jī)物濃度高，色度高，毒性大，難降解，對(duì)焦化廢水的處理已成為水處理行業(yè)的一大難題。為了達(dá)到國(guó)家對(duì)煤化工行業(yè)的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，一般采用預(yù)處理、生物處理和深度處理三級(jí)處理方法，傳統(tǒng)的焦化廢水處理工藝流程復(fù)雜、處理效果較差，因此，需要設(shè)計(jì)一種節(jié)能、高效的污水處理工藝，實(shí)現(xiàn)焦化廢水高效去除。

微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell，簡(jiǎn)稱MFC)技術(shù)是今年迅速發(fā)展的一種集廢水生物處理及產(chǎn)能于一體新技術(shù)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)廢水的凈化處理，還能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。在陽(yáng)極微生物的作用下，氧化降解污染物同時(shí)產(chǎn)生質(zhì)子和電子，質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極，與外電路傳遞到陰極的電子還原O₂形成H₂O或者H₂O₂。然而，僅經(jīng)單一MFC處理的出水水質(zhì)差，處理的效率低是限制微生物燃料電池發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。而膜分離技術(shù)是一種高效節(jié)能的水處理技術(shù)，由于具有常溫下操作、無(wú)相態(tài)變化、無(wú)化學(xué)變化、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用各個(gè)領(lǐng)域。但一般的微濾或超濾不能截留小分子污染物，不能解決水中毒性難降解污染物的去除問(wèn)題，因此將催化、高級(jí)氧化技術(shù)(光催化、電催化、光電催化、臭氧氧化、硫酸根自由基氧化等)與膜分離技術(shù)結(jié)合，可協(xié)同膜過(guò)濾及催化氧化作用去除污染物，從而提高出水水質(zhì)。并克服膜分離技術(shù)存在的膜污染問(wèn)題，膜污染導(dǎo)致處理過(guò)程中分離效果下降，常用的膜表面清洗方法及曝氣方法的能耗高。本系統(tǒng)中通過(guò)結(jié)合微電場(chǎng)及催化作用可實(shí)現(xiàn)有效控制膜污染問(wèn)題。微生物燃料電池技術(shù)與催化膜耦合用于實(shí)際污水處理，一方面，解決微生物燃料電池出水水質(zhì)差的問(wèn)題，另一方面利用燃料電池產(chǎn)生微電場(chǎng)及膜催化作用，減輕膜污染。微生物燃料電池技術(shù)的應(yīng)用受制于其中離子交換膜和電極的成本，不使用離子交換膜，將降低成本。并且將電極與過(guò)濾膜耦合于一體，賦予電極膜過(guò)濾功能，也減少了額外材料和成本。進(jìn)一步負(fù)載催化劑有助于在產(chǎn)電過(guò)濾的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)難降解污染物的催化氧化，提升處理效率及降低成本。

本發(fā)明構(gòu)建一種新型陰極催化膜耦合無(wú)離子交換膜微生物燃料電池反應(yīng)器及焦化廢水處理系統(tǒng)，利用陽(yáng)極微生物厭氧處理廢水，陰極催化膜(光)電催化及過(guò)濾提升出水水質(zhì)；充分利用各自優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)高效處理；利用石英砂填充中間層替代質(zhì)子交換膜，降低工藝運(yùn)行成本，提升催化過(guò)濾膜使用壽命；并應(yīng)用于難降解的實(shí)際焦化廢水的處理，達(dá)到了高效處理及節(jié)能的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種新型陰極催化膜耦合無(wú)離子交換膜微生物燃料電池反應(yīng)器及焦化廢水處理系統(tǒng)，解決微生物燃料電池出水水質(zhì)差及焦化廢水難處理、工藝流程復(fù)雜的問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案：