[發明專利]一種雙室微生物燃料電池處理頁巖氣開發油基泥漿的新方法

在審

• 申請號: 202010440871.0
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111606526A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 徐龍君;馮岐;陳妍;謝周鏵
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C02F11/00
• 分類號: C02F11/00;C02F11/02;H01M8/04225;H01M8/16;C02F103/10
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一種雙室微生物燃料電池處理頁巖氣開發產生的油基泥漿中有機物的方法，屬于有機廢水處理技術領域。本發明先構建了雙室微生物燃料電池(MFC)，利用污水處理廠好氧活性污泥培養得到的厭氧活性污泥作為陽極液，新鮮的好氧污泥作為陰極液，陽極液、陰極液中添加營養液后，在MFC的陽極區附加轉速為0?200r/min下啟動MFC，穩定三個周期后，向陰極室投加一定的營養物質維持微生物的生長，將陽極室厭氧污泥基質更換為油基泥漿，在室溫和恒壓下運行MFC，MFC的陽極區附加轉速為0?200r/min，可將油基泥漿中的有機污染物有效去除，同時還可回收電能。本發明方法設備簡單、操作方便、節能、無二次污染。陽極區攪拌速度為100r/min時，MFC體系的最大功率密度達10.08W/m²，且內阻最小，歐姆極化損失最低，COD去除率可達50.4±0.3％。

技術領域

本發明涉及一種通過雙室微生物燃料電池處理頁巖氣開發產生的油基泥漿中有機物的方法，屬于有機廢水處理技術領域。

背景技術

隨著復雜頁巖氣井開采的數量不斷增多，油基鉆井液帶來的污染程度也越來越高，目前廢棄鉆井液的主要處理方式有直接排放、就地掩埋、坑內固化等常規方法。近幾年，許多國家提出了廢棄鉆井液“零排放”的目標，即通過對廢棄鉆井液實施無害化的“不落地”處理。因此，如何克服該類油基泥漿存在的污染問題，以充分發揮其優勢，已成為環保工作的重要課題。目前國內對有機泥漿采取的主要處理方式包括調質-機械剝離、溶劑萃取、回灌調剖和超聲處理等技術，如“上海環境科學”2000年第5期“溶劑萃取-蒸汽蒸餾法處理含油污泥”(對比文件1)，含油污泥在室溫下通過加入3倍的三氯甲烷溶劑萃取后，再按1g油泥加0.5mL的水，在溫度為400℃和壓力為0.2MPa下，蒸餾45min，脫油率可以達80％以上。但存在以下問題：(1)操作過程工藝和流程復雜；(2)萃取劑用量很大，萃取劑價格昂貴，處理成本高。目前，溶劑萃取法處理含油污泥的工藝，在我國沒有到廣泛的應用。

處理難降解高濃度有機廢水的發展趨勢逐漸以生物技術為主流，微生物和植物修復方法雖然是一種相對友好的環境修復技術，但是受氣候環境因素限制較為嚴重，并且維護成本較高。生態修復是目前被青睞的修復技術，微生物燃料電池(MFC)即是其中的一種。該方法借助微生物的催化反應，將化學能(燃料)轉換為電能的組件，是實現廢水無害化和資源化的重要手段。如，“Water Research”2018年第147卷“Simultaneousremovaloforganic matter and ironfrom hydraulic fracturing flowback waterthrough sulfur cycling in a microbial fuel cell”(對比文件2)，以硫為循環介質、以NaCl為陰極液的微生物燃料電池，多批次處理模擬壓裂返排液，廢液COD值從1348±112m/L降低到200～300mg/L，功率密度為2667±529mW/m³，證實了含油廢水作為微生物燃料電池基質的可行性。但該方法的不足之處在于：(1)廢水中的懸浮固體需要經過前處理，流程較為繁瑣；(2)陰極液中的NaCl存在二次污染的風險，且在電池運行結束后需要經過脫鹽處理；(3)模擬的頁巖氣返排廢水與實際廢水相比成分較為單一，且有機碳的濃度較低，實際應用時參考價值不大。

結合目前尚未見到利用微生物燃料電池處理油基泥漿的相關報道，本發明提出應用MFC技術處理油基泥漿中的石油/有機污染物，并在氧化還原中將泥漿中的生物質能轉化為電能。但濃度較高的陽極底物存在的傳質阻力會影響底物和微生物向電極表面的擴散速率，從而影響生物膜的形成和生長；其次，較大的傳質阻力會影響質子向陰極的擴散，阻礙陰極反應的快速進行，增大體系的內阻。因此本專利優化了攪拌速率對MFC的產電性能和污染物去除效率的影響，使得泥漿能夠充分的減量化，無害化和資源化，并使用幾乎無成本的好氧污泥作為陰極液，具有較好的應用前景。

發明內容