[發明專利]過渡金屬基電極生物燃料電池電鍍廢水處理裝置及方法

有效

• 申請號: 201910306167.3
• 申請日: 2019-04-17
• 公開（公告）號: CN110143662B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 謝傳建
• 申請（專利權）人: 杭州傳一科技有限公司
• 主分類號: C02F3/00
• 分類號: C02F3/00;C02F3/34;C02F101/20;C02F103/16;C02F1/461
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本發明提供一種過渡金屬基電極生物燃料電池電鍍廢水處理裝置及方法，包括生物陽極室、陰極室，還包括連通所述生物陽極室和所述陰極室的連通橋，所述生物陽極室及所述陰極室采用過渡金屬基電極，所述生物陽極室的陽極過渡金屬基電極通過外部貯電器與所述陰極室的陰極過渡金屬基電極連接形成閉合電回路；所述過渡金屬基電極為金屬納米顆粒組合物?納米纖維電極；所述陽極過度金屬基電極表面覆有一層微生物覆蓋層，所述微生物為厭氧微生物或兼性厭氧微生物；所述陰極室內設曝氣裝置。本發明提供的裝置及方法可以同時處理電鍍工業園區的電鍍廢水以及電鍍污泥，并且具有高效的電導率、重金屬離子去除率，生產成本較低。

技術領域

本發明屬于電鍍廢水處理領域，特別涉及過渡金屬基電極的生物燃料電池電鍍廢水處理裝置及方法。

背景技術

現有技術中電鍍廢水處理方法有化學沉淀法、氧化還原法、化學中和法、氣浮法、生物吸附法、生物絮凝法、電滲析法、電絮凝廢水處理法、離子交換法、膜分離法、活性炭吸附法。這些方法普遍具有針對某種特定重金屬處理，而其他重金屬離子無法有效清除，并且工藝參數設置復雜，清除效率低下，生產成本高昂的技術缺陷。

全球能源危機和環境污染加速了對可持續清潔能源的研究，生物燃料電池是一種利用微生物將有機物中的化學能直接轉化成電能的裝置，其所用的生物催化劑清潔、可持續，可以在溫和條件下產生電能，與貴金屬催化劑相比，能夠大幅度降低電池成本。同時，生物燃料電池利用廉價、環境友好、可持續的燃料，如糖類、廢水等來發電。所有這些特點都使得生物燃料電池能夠成為傳統電池的替代物，具有很大的發展前景。

利用生物燃料電池進行電鍍廢水處理的裝置多采用質子交換膜將陽極室與陰極室隔開，以防止氧氣從陰極擴散至陽極，但是允許質子從陽極傳遞至陰極，例如中國專利201310494795.1中的質子交換膜為Nafion，這種膜價錢昂貴，使用一段時間后就不能重復使用，廢水處理成本高、生物燃料電池使用壽命短。中國專利201710727172.2公開了一種能夠同時處理電鍍工業園區污泥及電鍍廢水的裝置和方法，但是其采用的是生物陰極室、陽極室以及化學陰極室，利用生物陰極室為陽極室提供穩定的工作環境，浪費了陽極室產生的質子及電子，并且也采用了質子交換膜進行質子的傳遞，生產成本高，雖然技術方案中采用了石墨電極，但是電導率依然不能夠滿足污水及污泥處理的快速高效的需求。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供一種過渡金屬基電極生物燃料電池電鍍廢水處理裝置及方法，此種裝置及方法可以同時處理電鍍工業園區的電鍍廢水以及電鍍污泥，并且具有高效的電導率、重金屬離子去除率，生產成本較低，納米材料還能提供充足的微環境，保持催化劑的穩定性，提高活性以及壽命。

本發明采用以下技術方案：過渡金屬基電極生物燃料電池電鍍廢水處理裝置，包括生物陽極室1、陰極室2，其特征在于，還包括連通所述生物陽極室1和所述陰極室2的連通橋3，所述生物陽極室1及所述陰極室2采用過渡金屬基電極，所述生物陽極室1的陽極過渡金屬基電極11通過外部貯電器4與所述陰極室2的陰極過渡金屬基電極21連接形成閉合電回路；所述過渡金屬基電極為利用金屬離子硝酸鹽以及納米纖維、采用CVD法制成的金屬納米顆粒組合物5-納米纖維電極6，所述金屬納米顆粒組合物由第一金屬納米顆粒51及第二金屬納米顆粒52組成，所述納米纖維電極由第一納米纖維61及第二納米纖維62制成；所述第一金屬納米顆粒51附著在第一納米纖維61上，所述第二金屬納米顆52粒附著在第二納米纖維62上；所述陽極過度金屬基電極11表面覆有一層微生物覆蓋層12，所述微生物為厭氧微生物或兼性厭氧微生物；所述陰極室2內設曝氣裝置22。

較優地，所述連通橋3內填充有鹽質瓊脂凝膠，所述鹽質瓊脂凝膠由質量分數為0.5-0.9％的KCl溶液或NaCl溶液與含有瓊脂質量分數為4.5-4.8％的瓊脂凝膠混合制成。

較優地，所述微生物為小麥蒼白菌、大腸桿菌、陰溝腸桿菌、芽孢桿菌中的任一種或幾種。