一種處理染料廢水的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種處理染料廢水的方法，其特征在于：設(shè)置微生物電化學(xué)耦合系統(tǒng)，微生物電化學(xué)耦合系統(tǒng)是將微生物燃料電池與微生物電解池耦合；然后將待處理染料廢水裝入微生物電解池的陰極室進行降解。本發(fā)明處理染料廢水的方法，將MFC和MEC向串聯(lián)，MFC向MEC提供降解染料廢水的電能，無需向MEC提供外電壓來提高染料廢水的降解效率，節(jié)約能源；且MFC和MEC的結(jié)合，提高了單獨使用MFC降解染料廢水的效率。
【專利說明】一種處理染料廢水的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種染料廢水的處理方法，更具體的說是涉及一種利用微生物電化學(xué)系統(tǒng)處理染料廢水的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]染料廢水已成為全球水環(huán)境中重要污染源之一，約占工業(yè)廢水總排量的十分之一。由于該類廢水具有色度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、致癌、致畸、致突變作用及生物難降解性等特點，易在環(huán)境中累積進而對生物和人類健康構(gòu)成危害，因此是公認(rèn)的難降解的有機廢水。目前處理方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法。物理法和化學(xué)法雖然對染料廢水處理效果比較好，但存在著處理費用比較高、二次污染等問題，因此處理方法主要以生物法為主。
[0003]利用微生物電化學(xué)系統(tǒng)處理染料廢水是生物法的一種。微生物電化學(xué)系統(tǒng)是指利用微生物的電子傳遞體系與傳統(tǒng)的電化學(xué)體系相結(jié)合來服務(wù)于一定目的的系統(tǒng)，主要是微生物、反應(yīng)物、電極相互作用的體系，綜合了生物法、電解電離以及電化學(xué)氧化/還原的優(yōu)點，是一種既節(jié)能環(huán)保又能高效處理廢水的技術(shù)。微生物電化學(xué)系統(tǒng)主要包括微生物燃料電池和微生物電解池。
[0004]微生物燃料電池(MFC)利用微生物作為催化劑氧化分解有機化合物，同時產(chǎn)生電流，將有機物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，具有廢水處理和電能回收的雙重功能，顯現(xiàn)出其它技術(shù)無法比擬的優(yōu)越性，是近年來被國際環(huán)保和能源界廣為關(guān)注、經(jīng)濟節(jié)能的新興技術(shù)。但是MFC產(chǎn)生的電流小，利用MFC處理廢水存在著處理效率低的問題。
[0005]微生物電解池( MEC)類似于MFC，利用MEC處理染料廢水需要提供外電壓來克服熱力學(xué)能壘，浪費能源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，本發(fā)明提供了一種結(jié)合微生物電解池和微生物燃料電池來處理染料廢水的方法，以期可以提高染料廢水的降解效率、節(jié)約能源。
[0007]本發(fā)明解決技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明處理染料廢水的方法，其特點在于:設(shè)置微生物電化學(xué)耦合系統(tǒng)，所述微生物電化學(xué)耦合系統(tǒng)是將微生物燃料電池與微生物電解池耦合；
[0009]然后將待處理染料廢水裝入所述微生物電解池的陰極室進行降解。
[0010]本發(fā)明處理染料廢水的方法，其特點也在于:所述將微生物燃料電池與微生物電解池耦合是指將微生物燃料電池與微生物電解池通過導(dǎo)線串聯(lián)。
[0011]所述微生物燃料電池以兩根石墨棒分別作為陽極室電極和陰極室電極，在陽極室和陰極室填充有石墨粒，所述石墨粒的粒徑為3-5_ ；
[0012]所述微生物電解池以兩根石墨棒分別作為陽極室電極和陰極室電極，在陽極室和陰極室填充有石墨粒，所述石墨粒的粒徑為3-5_。
[0013]MFC陽極所產(chǎn)生的電子通過石墨棒和外電路傳遞給MEC的陰極，與MEC陰極中的染料廢水以及從MEC陽極室經(jīng)陽離子交換膜遷移至MEC陰極的質(zhì)子反應(yīng)，從而可以高效的降解MEC陰極中的染料廢水；另一方面，MEC的陽極產(chǎn)生的電子通過石墨棒和外電路傳遞給MFC的陰極，與空氣泵提供的氧氣以及從MFC陽極室經(jīng)陽離子交換膜遷移至陰極的質(zhì)子反應(yīng)，最終生成水，形成一個回路，從而構(gòu)成新型的微生物電化學(xué)耦合系統(tǒng)。
[0014]MFC主要是向MEC提供染料廢水降解的電能，使其所產(chǎn)生的電能被原位利用，從而無需向MEC提供外電壓來提高染料廢水的降解效率，節(jié)約能源；MEC主要是接受MFC提供的電能，并且同時陽極產(chǎn)生的電能傳遞給MFC的陰極，構(gòu)成循環(huán)系統(tǒng)。
[0015]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0016]本發(fā)明處理染料廢水的方法，將MFC和MEC向串聯(lián)，MFC向MEC提供降解染料廢水的電能，無需向MEC提供外電壓來提高染料廢水的降解效率，節(jié)約能源；且1?0和MEC的結(jié)合，提高了單獨使用MFC降解染料廢水的效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明微生物電化學(xué)耦合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明微生物電化學(xué)耦合系統(tǒng)的主視圖；
[0019]圖3為本發(fā)明微生物電化學(xué)耦合系統(tǒng)的后視圖；
[0020]圖中標(biāo)號:1微生物燃料電池；la MFC石墨棒；lb MFC陽離子交換膜；lc MFC出水口 ；ld MFC石墨粒；le MFC產(chǎn)電微生物；lf MFC參比電極；lg MFC進水口 ；2微生物電解池；2a MEC石墨棒；2b MEC陽離子交換膜；2c MEC出水口 ；2d MEC石墨粒；2e MEC產(chǎn)電微生物；2f MEC參比電極；2g MEC進水口。
具體實施例
[0021]如圖1、圖2及圖3所示，本實施例處理染料廢水的方法是:將微生物燃料電池與微生物電解池通過導(dǎo)線串聯(lián)構(gòu)成微生物電化學(xué)耦合系統(tǒng)，即將MFC的陽極通過導(dǎo)線與MEC的陰極相連，MEC的陽極再通過導(dǎo)線與MFC的陰極相連，形成回路，構(gòu)成微生物電化學(xué)耦合系統(tǒng)；
[0022]微生物燃料電池I的結(jié)構(gòu)形式為:以兩根MFC石墨棒Ia分別作為陽極室電極和陰極室電極，在陽極室和陰極室填充有MFC石墨粒ld，MFC石墨粒Id的粒徑為3-5mm ;陽極室上有一個MFC進水口 lg、MFC出水口 lc、和一個MFC參比電極If ;陽極室內(nèi)的石墨粒和石墨棒上長有MFC產(chǎn)電微生物Ie ;陰極室上有一個MFC進水口 Ig和MFC出水口 Ic ;陰極室和陽極室之間夾有MFC陽離子交換膜lb，構(gòu)成微生物燃料電池。
[0023]微生物電解池2的結(jié)構(gòu)形式為:以兩根MEC石墨棒2a分別作為陽極室電極和陰極室電極，在陽極室和陰極室填充有MEC石墨粒2d，MEC石墨粒的粒徑為3-5mm ;陽極室上有一個MEC進水口 2g、MEC出水口 2c、和一個MEC參比電極2f ;陽極室內(nèi)的石墨粒和石墨棒上長有MEC產(chǎn)電微生物2e ；陰極室上有一個MEC進水口 2g和MEC出水口 2c ;陰極室和陽極室之間夾有MEC陽離子交換膜2b，構(gòu)成微生物電解池。
[0024]在MFC和MEC的陽極室內(nèi)接種厭氧污泥，MFC的陰極室中加入含有電解質(zhì)的溶液，一邊用曝氣設(shè)備向溶液中曝氣并且一邊通過外在的蠕動泵循環(huán)，使溶液中維持一定的溶解氧，MEC的陰極室中加入染料廢水，也通過外在的蠕動泵循環(huán)。[0025]在MFC中，將含有醋酸鈉的培養(yǎng)基溶液由MFC進水口 Ig進入到陽極室時，MFC石墨粒Id上的MFC產(chǎn)電微生物Ie催化醋酸鈉氧化分解，同時把電子導(dǎo)出到MFC石墨棒Ia上，然后流經(jīng)外電路到達MEC中的陰極室中的MEC石墨棒2a，與其中的染料廢水以及從MEC陽極室經(jīng)MEC陽離子交換膜2b遷移至陰極的質(zhì)子反應(yīng)，從而降解染料廢水。MEC中的陽極室里的MEC產(chǎn)電微生物2e同樣催化醋酸鈉氧化分解，把電子導(dǎo)出到MEC石墨棒2a上，然后流經(jīng)外電路到達MFC中的陰極室中的MFC石墨棒Ia上，與空氣泵提供的氧氣以及從MFC陽極室經(jīng)MFC陽離子交換膜Ib遷移至陰極的質(zhì)子反應(yīng)，最終生成水，MFC和MEC的陽、陰極室的出水分別通過MFC出水口 lc、MEC出水口 2c流出。 [0026]以酸性橙7作為染料廢水，通過處理可知:
[0027]實例一:在沒有耦合的微生物電化學(xué)系統(tǒng)中，當(dāng)陰極進水的染料廢水(酸性橙7)的濃度為0.7mM、PH為7時，由單個MFC降解后，通過計算得酸性橙7 (A07)的去除效率只有 35.0%±2.0%。
[0028]實例二:在本實施例的新型微生物電化學(xué)耦合系統(tǒng)中，當(dāng)MEC中陰極進水的染料廢水A07的濃度與實例一中濃度一致、同樣PH為7時，由本實施例的耦合系統(tǒng)降解后，通過計算得A07的去除效率為79.0%土 1.0%。
[0029]以甲基橙作為染料廢水，通過處理可知:
[0030]實例一:在沒有耦合的微生物電化學(xué)系統(tǒng)中，當(dāng)陰極進水的染料廢水(甲基橙)的濃度為0.9mM、PH為7時，由單個MFC降解后，通過計算得甲基橙(MO)的去除效率只有50.0%±0.5%ο
[0031]實例二:在本發(fā)明的新型微生物電化學(xué)耦合系統(tǒng)中，當(dāng)MEC中陰極進水的染料廢水MO的濃度與實例一中濃度一致、同樣PH控制在7時，由本實施例的耦合系統(tǒng)降解后，通過計算得MO的去除效率為89.8%土 1.0%。
【權(quán)利要求】
1.一種處理染料廢水的方法，其特征在于:設(shè)置微生物電化學(xué)耦合系統(tǒng)，所述微生物電化學(xué)耦合系統(tǒng)是將微生物燃料電池與微生物電解池耦合； 然后將待處理染料廢水裝入所述微生物電解池的陰極室進行降解。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的處理染料廢水的方法，其特征在于:所述將微生物燃料電池與微生物電解池耦合是指將微生物燃料電池與微生物電解池通過導(dǎo)線串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理染料廢水的方法，其特征在于: 所述微生物燃料電池以兩根石墨棒分別作為陽極室電極和陰極室電極，在陽極室和陰極室填充有石墨粒，所述石墨粒的粒徑為3-5_ ； 所述微生物電解池以兩根石墨棒分別作為陽極室電極和陰極室電極，在陽極室和陰極室填充有石墨粒，所述石`墨粒的粒徑為3-5_。
【文檔編號】C02F103/30GK103588307SQ201310627011
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】穆楊, 楊厚云, 李陽, 王亞洲, 俞漢青 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)