微生物燃料电池耦合电解装置及处理PPCPs的工艺方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水处理技术领域，涉及PPCPs处理的装置和工艺方法，尤其是微生物 燃料电池耦合电解处理PPCPs的工艺方法。
【背景技术】
[0002] 利用电化学方法处理废水中的污染物早已有广泛的研宄，此类方法具有处理效率 高，操作方便，设备简单等特点，最大优点是可以对为生物难降解的有机物进行完全降解。 是一种清洁，高效的污水处理方法。然而唯一的不足就是需要持续投入电能，运行成本过 大，阻碍了在水处理工艺中的大规模应用。微生物燃料电池（microbialfuelcell，MFC)， 通过微生物的作用，将废水中的有机物降解，同时产生电能，是一种很有前景的的生物电化 学技术。然而，MFC的产电效率较低，当外电阻为1000Q时，其产生的电压一般为0. 3-0. 7V， 远未到实际应用的需求。
[0003]药品和个人护理品（pharmaceuticalsandpersonalcareproducts，PPCPs)是 在日常生活中大量使用并具有潜在生态效应的一类新型化学物质，包括人兽用、农用药品 以及个人护理品，其中药品主要分为抗生素、类固醇、消炎止痛药、精神类药、显影剂、避孕 药和减肥药等；个人护理品主要是麝香类化合物、杀菌消毒剂、防晒剂、化妆品等。在90年 代，就在供水系统中检测到PPCPs，随着生活水平和医疗水平的提高，PPCPs被大量的使用， 监测结果表明，PPCPs会进入自然环境，引起水源水污染并对生态系统造成潜在的负面影 响。PPCPs具有较强的持久性和生物累积性等特点，其长期暴露于环境中将给人类健康带来 潜在风险，现已引起了世界各国的普遍关注。与传统污染物不同，PPCPs即使处于一个持续 较低水平（如Ug/L)，也会导致显著的生态毒性。研宄表明，某些PPCPs能够干扰生物体内 的内分泌系统、影响其正常功能。
[0004] 目前常用的水处理工艺并不是针对PPCPs设计的，某些PPCPs可以被有效的去除， 而另一些的去除效率则较低，在有些污水处理厂中在出水前还会经过卤化物消毒工艺，水 中的PPCPs会与氯、溴发生反应产生多种卤代副产物，这些新型的卤代副产物几乎没有已 知的毒理学性质，这些物质随着出水进入自然水体，增大对环境的潜在风险。特别是一些药 物，由于其结构经过专门设计，具有特定的生物学效应，对非目标生物体有潜在的、累积性 的不良影响。经检测发现，在游泳池水的样本中检测到到几种低浓度的PPCPs，经研宄表明 泳池中的PPCPs几乎不挥发，而且会与消毒所使用的氯气进行缓慢的反应，产生多种次级 产物。这些物质都会随着人们的新陈代谢进入体内，对人们的健康产生很大的影响。
[0005]Abdelmelek等人利用反渗透技术去除水中的PPCPs，并利用高阶氧化技术彻底降 解这些被截留的有机物。利用连续超声波和脉冲超声波也被用来降解PPCPs。经研宄发现， 对于分子结构较小的化合物脉冲超声波的降解速率比连续超声波大，而对于大分子的化合 物连续超声波的降解速率更好一些。还有就是利用吸附材料吸附水中的PPCPs，如单壁碳纳 米管、石墨烯氧化物、多壁碳纳米管、石墨烯、石墨等。
[0006] 这些方法都需要投入能源或化学试剂，不仅投资巨大，而且操作繁琐。且面对城市 污水甚至是地表水这么大的水量，这些方法无论是从实际操作或经济投资上都有很大的难 度。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种生物电化学工艺，结合微生物处理及电化学的特点，进 一步很好的降解PPCPS的工艺装置及方法。
[0008] 进一步利用MFC产生的电能，在生物处理工艺中上引入电场，以解决现有活性污 泥工艺对某些PPCPs降解性能差，出水浓度高，而且不需要外加电场，解决了电解费用高， 并为MFC电能的实际应用找到了一种新思路。
[0009] 本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是。
[0010] 微生物燃料电池耦合电解装置，其特征在于，至少包括高水位箱（1)、第一阀门 (2)、SBR反应器（3)、排泥阀（4)、微生物燃料电池组（5)、导线（6)、钛丝（7)、电极板（8)， 高位水箱（1)通过阀门（2)与SBR反应器（3)的进水口连通，微生物燃料电池组（5)的阴、 阳两极分别经导线（6)、钛丝（7)与两块电极板（8)相连，电极板（8)插入SBR反应器（3) 中，两块电极板（8)的最大面平行相对并保持一定距离，SBR反应器（3)进水完成后，液面 需高于电极板（8)，SBR反应器（3)底部还设有曝气头（16)，空气压缩机（13)通过气体流 量计（14)和第二阀门（15)与曝气头（16)连接，SBR反应器（3)设有排泥阀⑷；
[0011] 其中优选微生物燃料电池组（5)为单室空气阴极微生物燃料电池，单室空气阴极 微生物燃料电池包括阳极（9)、阴极（10)、容器（11)，其中阳极（9)位于容器（11)中，阴极 (10)是容器（11)的侧壁，外面一侧直接与空气接触，在阳极（9)、阴极（10)之间设有换水 口（12)〇
[0012] 本发明优选选微生物燃料电池组（5)由多个单室空气阴极微生物燃料电池串联 而成。
[0013] 方法：将厌氧污泥接种至容器（11)中，MFC进水为废水或人工模拟废水，进行驯 化，不断换水，直至产生的电压稳定；将两块电极板（8)插入SBR污泥反应器中，连接微生物 燃料电池组（5)，SBR反应器进水完成后，液面需高于电极板；SBR反应器采用活性污泥工艺 以序批式运行，即经过进水阶段、曝气阶段、沉降阶段、排水阶段，四阶段依次完成一次为一 周期。
[0014] MFC能够把废水中易降解的有机物转化为电能，但其产电量较小；传统活性污泥 法虽然运行成本较低但对痕量的PPCPs的处理效果甚微，本发明把MFC与活性污泥系统耦 合后，将这些不高的电场，加入活性污泥系统中，能够有效的去除废水中一些痕量，却高毒 性的PPCPs。随着研宄的深入，MFC产电性能的提高，本工艺理论和实用的价值都将会凸显 出来。
[0015] 优选针对土霉素，MFC的电压不低于IV。
[0016] 本发明具有以下有益效果
[0017] 本发明将MFC产出的电场与活性污泥系统耦合