微生物燃料電池耦合電解裝置及處理PPCPs的工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及PPCPs處理的裝置和工藝方法，尤其是微生物 燃料電池耦合電解處理PPCPs的工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用電化學(xué)方法處理廢水中的污染物早已有廣泛的研宄，此類方法具有處理效率 高，操作方便，設(shè)備簡單等特點，最大優(yōu)點是可以對為生物難降解的有機物進行完全降解。 是一種清潔，高效的污水處理方法。然而唯一的不足就是需要持續(xù)投入電能，運行成本過 大，阻礙了在水處理工藝中的大規(guī)模應(yīng)用。微生物燃料電池（microbialfuelcell，MFC)， 通過微生物的作用，將廢水中的有機物降解，同時產(chǎn)生電能，是一種很有前景的的生物電化 學(xué)技術(shù)。然而，MFC的產(chǎn)電效率較低，當(dāng)外電阻為1000Q時，其產(chǎn)生的電壓一般為0. 3-0. 7V， 遠未到實際應(yīng)用的需求。
[0003]藥品和個人護理品（pharmaceuticalsandpersonalcareproducts，PPCPs)是 在日常生活中大量使用并具有潛在生態(tài)效應(yīng)的一類新型化學(xué)物質(zhì)，包括人獸用、農(nóng)用藥品 以及個人護理品，其中藥品主要分為抗生素、類固醇、消炎止痛藥、精神類藥、顯影劑、避孕 藥和減肥藥等；個人護理品主要是麝香類化合物、殺菌消毒劑、防曬劑、化妝品等。在90年 代，就在供水系統(tǒng)中檢測到PPCPs，隨著生活水平和醫(yī)療水平的提高，PPCPs被大量的使用， 監(jiān)測結(jié)果表明，PPCPs會進入自然環(huán)境，引起水源水污染并對生態(tài)系統(tǒng)造成潛在的負面影 響。PPCPs具有較強的持久性和生物累積性等特點，其長期暴露于環(huán)境中將給人類健康帶來 潛在風(fēng)險，現(xiàn)已引起了世界各國的普遍關(guān)注。與傳統(tǒng)污染物不同，PPCPs即使處于一個持續(xù) 較低水平（如Ug/L)，也會導(dǎo)致顯著的生態(tài)毒性。研宄表明，某些PPCPs能夠干擾生物體內(nèi) 的內(nèi)分泌系統(tǒng)、影響其正常功能。
[0004] 目前常用的水處理工藝并不是針對PPCPs設(shè)計的，某些PPCPs可以被有效的去除， 而另一些的去除效率則較低，在有些污水處理廠中在出水前還會經(jīng)過鹵化物消毒工藝，水 中的PPCPs會與氯、溴發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生多種鹵代副產(chǎn)物，這些新型的鹵代副產(chǎn)物幾乎沒有已 知的毒理學(xué)性質(zhì)，這些物質(zhì)隨著出水進入自然水體，增大對環(huán)境的潛在風(fēng)險。特別是一些藥 物，由于其結(jié)構(gòu)經(jīng)過專門設(shè)計，具有特定的生物學(xué)效應(yīng)，對非目標(biāo)生物體有潛在的、累積性 的不良影響。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，在游泳池水的樣本中檢測到到幾種低濃度的PPCPs，經(jīng)研宄表明 泳池中的PPCPs幾乎不揮發(fā)，而且會與消毒所使用的氯氣進行緩慢的反應(yīng)，產(chǎn)生多種次級 產(chǎn)物。這些物質(zhì)都會隨著人們的新陳代謝進入體內(nèi)，對人們的健康產(chǎn)生很大的影響。
[0005]Abdelmelek等人利用反滲透技術(shù)去除水中的PPCPs，并利用高階氧化技術(shù)徹底降 解這些被截留的有機物。利用連續(xù)超聲波和脈沖超聲波也被用來降解PPCPs。經(jīng)研宄發(fā)現(xiàn)， 對于分子結(jié)構(gòu)較小的化合物脈沖超聲波的降解速率比連續(xù)超聲波大，而對于大分子的化合 物連續(xù)超聲波的降解速率更好一些。還有就是利用吸附材料吸附水中的PPCPs，如單壁碳納 米管、石墨烯氧化物、多壁碳納米管、石墨烯、石墨等。
[0006] 這些方法都需要投入能源或化學(xué)試劑，不僅投資巨大，而且操作繁瑣。且面對城市 污水甚至是地表水這么大的水量，這些方法無論是從實際操作或經(jīng)濟投資上都有很大的難 度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種生物電化學(xué)工藝，結(jié)合微生物處理及電化學(xué)的特點，進 一步很好的降解PPCPS的工藝裝置及方法。
[0008] 進一步利用MFC產(chǎn)生的電能，在生物處理工藝中上引入電場，以解決現(xiàn)有活性污 泥工藝對某些PPCPs降解性能差，出水濃度高，而且不需要外加電場，解決了電解費用高， 并為MFC電能的實際應(yīng)用找到了一種新思路。
[0009] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是。
[0010] 微生物燃料電池耦合電解裝置，其特征在于，至少包括高水位箱（1)、第一閥門 (2)、SBR反應(yīng)器（3)、排泥閥（4)、微生物燃料電池組（5)、導(dǎo)線（6)、鈦絲（7)、電極板（8)， 高位水箱（1)通過閥門（2)與SBR反應(yīng)器（3)的進水口連通，微生物燃料電池組（5)的陰、 陽兩極分別經(jīng)導(dǎo)線（6)、鈦絲（7)與兩塊電極板（8)相連，電極板（8)插入SBR反應(yīng)器（3) 中，兩塊電極板（8)的最大面平行相對并保持一定距離，SBR反應(yīng)器（3)進水完成后，液面 需高于電極板（8)，SBR反應(yīng)器（3)底部還設(shè)有曝氣頭（16)，空氣壓縮機（13)通過氣體流 量計（14)和第二閥門（15)與曝氣頭（16)連接，SBR反應(yīng)器（3)設(shè)有排泥閥⑷；
[0011] 其中優(yōu)選微生物燃料電池組（5)為單室空氣陰極微生物燃料電池，單室空氣陰極 微生物燃料電池包括陽極（9)、陰極（10)、容器（11)，其中陽極（9)位于容器（11)中，陰極 (10)是容器（11)的側(cè)壁，外面一側(cè)直接與空氣接觸，在陽極（9)、陰極（10)之間設(shè)有換水 口（12)〇
[0012] 本發(fā)明優(yōu)選選微生物燃料電池組（5)由多個單室空氣陰極微生物燃料電池串聯(lián) 而成。
[0013] 方法：將厭氧污泥接種至容器（11)中，MFC進水為廢水或人工模擬廢水，進行馴 化，不斷換水，直至產(chǎn)生的電壓穩(wěn)定；將兩塊電極板（8)插入SBR污泥反應(yīng)器中，連接微生物 燃料電池組（5)，SBR反應(yīng)器進水完成后，液面需高于電極板；SBR反應(yīng)器采用活性污泥工藝 以序批式運行，即經(jīng)過進水階段、曝氣階段、沉降階段、排水階段，四階段依次完成一次為一 周期。
[0014] MFC能夠把廢水中易降解的有機物轉(zhuǎn)化為電能，但其產(chǎn)電量較小；傳統(tǒng)活性污泥 法雖然運行成本較低但對痕量的PPCPs的處理效果甚微，本發(fā)明把MFC與活性污泥系統(tǒng)耦 合后，將這些不高的電場，加入活性污泥系統(tǒng)中，能夠有效的去除廢水中一些痕量，卻高毒 性的PPCPs。隨著研宄的深入，MFC產(chǎn)電性能的提高，本工藝理論和實用的價值都將會凸顯 出來。
[0015] 優(yōu)選針對土霉素，MFC的電壓不低于IV。
[0016] 本發(fā)明具有以下有益效果
[0017] 本發(fā)明將MFC產(chǎn)出的電場與活性污泥系統(tǒng)耦合