从阳极经过外电路传递到阴极上，磷化氢盐、电子、质子在阴极电解催化作用下生产磷化氢；
[0042](4)磷化氢的收集
[0043]将步骤⑴和(3)中产生的磷化氢收集纯化后制成商品磷化氢；
[0044](5)将由微生物燃料电池阴极和微生物电解池阴极排出的清水进行进一步处理达标排放。
[0045]本发明的工作过程及工作原理:一种有机废水多段除磷产磷化氢的方法，包括配置厌氧序批式反应器、微生物燃料电池以及微生物电解池，三者依次连接，所述微生物燃料电池的外接电路设置有蓄电池，所述蓄电池通过稳压装置为微生物电解池提供稳定电源；采用厌氧序批式反应器、微生物燃料电池以及微生物电解池依次处理含磷有机废水，具体包括以下步骤:
[0046](I)厌氧发酵除磷产磷化氢
[0047]调节含磷有机废水的pH，引入到接种有厌氧微生物污泥的厌氧反应器中，进行厌氧微生物处理，控制反应器中水力停留时间，通过厌氧处理将废水中的有机磷初步降解为磷酸盐并将废水中部分磷转化形成磷化氢，收集磷化氢；所述厌氧微生物为产磷化氢的菌种；所述pH为6.0-7.5 ;所述水力停留时间为12-36h ；
[0048]所述厌氧微生物污泥在反应器中的浓度为3-4.5g/L ;所述厌氧反应器为厌氧序批式反应器；
[0049](2)微生物燃料电池产电
[0050]微生物燃料电池包括阳极室、阳极液、阴极室、阴极液以及质子交换膜；将厌氧微生物处理后的废水从厌氧反应器出水口引入到接种有厌氧产电菌的微生物燃料电池阳极室中，作为微生物燃料电池的阳极液；阳极室的内部为厌氧的环境，废水中有机物在厌氧产电菌的代谢作用下形成CO2、质子和电子，质子穿过质子交换膜进入微生物燃料电池的阴极室，电子通过外接导线传输至微生物燃料电池阴极，在阴极室内，质子、电子和空气中氧气反应形成水；所述微生物燃料电池的外接电路中设置有蓄电池，既存储微生物燃料电池产生的电能又通过连接稳压装置为微生物电解池提供稳定电源；所述生物燃料电池的阴极室通过曝气处理；
[0051]所述厌氧产电菌与废水的体积比为1: (1-20)；
[0052](3)微生物电解池除磷产磷化氢
[0053]微生物电解池包括阳极室、阳极液、阴极室、阴极液以及离子交换膜，所将微生物燃料电池处理的废水从微生物燃料电池阳极室出口既引入到接种有厌氧产电菌的微生物电解池阳极室又引入到微生物电解池阴极室；在阳极室内，有机物在厌氧产电菌的代谢作用下降解形成CO2、质子和电子，质子穿过离子交换膜进入微生物电解池的阴极室，电子在外加电源的辅助下通过外接导线传输至微生物电解池阴极，在阴极室内，质子、电子和废水中的磷酸盐在外加电源的电解下反应形成磷化氢，收集磷化氢；
[0054](4)清水排放
[0055]将由微生物燃料电池阴极和微生物电解池阴极排出的清水进行进一步处理达标排放；
[0056](5)磷化氢的纯化收集
[0057]将厌氧序批式反应器和微生物电解池产生的磷化氢气体收集后进一步纯化，制成商品磷化氢。
[0058]所述磷化氢用于粮食储存中的杀虫或其他磷化工产品领域。
[0059]所述厌氧产磷化氢菌和厌氧产电菌是通过采集污水处理厂活性污泥、人畜粪便或池塘底泥进行筛选富集得到。
[0060]本发明的技术原理如下:
[0061]微生物燃料电池产电原理:
[0062]阳极氧化反应:1/6C6H1206+H20— C02+4H++4e- (I)
[0063]阴极还原反应:4H++4e>02—2H20(2)
[0064]微生物燃料电池依靠底物在阳极被微生物利用产生电子、质子以及0)2等代谢产物，电子从微生物细胞传递至阳极表面，接着沿外电路传递至阴极，同时质子由阳极室质子交换膜迀移到阴极室，在阴极电子受体O2与电子和质子结合，在阴极表面发生还原反应，电子不断产生，传递形成电流，完成产电过程。
[0065]微生物电解池产磷化氢原理:
[0066]阳极氧化反应:1/6C6H1206+H20—C02+4H++4e_ (3)
[0067]传统的微生物电池产氢的阴极反应:4H++4f—H2 (4)
[0068]微生物电解池产磷化氢阴极反应:4H2+H++H2P04_—PH3+H20 (5)
[0069]传统的微生物电解池产氢时，阴极维持在厌氧和其他电子受体状态，同时外加电压使得阴阳极的电势差越过产氢的热力学能皇，质子和电子在阴极结合直接形成氢气。
[0070]为了达到微生物电解池产磷化氢的目的，需要首先为阴极室引入磷酸盐作为电子受体，接受由阳极传输过来的电子，发生还原反应形成磷化氢气体。以往的研宄中微生物产生磷化氢机理不能解决就是限制于没有找到可为磷化氢盐还原提供电子供体的物质，并且将磷酸盐还原为磷化氢也由于在热力学过程上是吸热的而行不通。微生物电解池不仅可以提供磷酸盐还原所需要的电子，同时在施加外部电压的条件下解除了磷化氢还原能皇，实现了微生物还原磷酸盐形成磷化氢的过程。
[0071]本发明工艺流程如图2所示。
[0072]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种含磷有机废水多段除磷产磷化氢的装置，其特征在于:包括厌氧反应器、微生物燃料电池以及微生物电解池，厌氧反应器的出水管与微生物燃料电池的阳极进水管相连接，微生物燃料电池的阳极出水管接到微生物电解池的进水管上，微生物燃料电池的电量输出端接到微生物电解池的电源端口上。
2.根据权利要求1所述含磷有机废水多段除磷产磷化氢的装置，其特征在于:所述厌氧反应器由上往下依次设置有顶部产气区、清水区、有机废水区以及污泥区，顶部产气区、清水区、有机废水区以及污泥区分别开设有开关阀。
3.根据权利要求2所述含磷有机废水多段除磷产磷化氢的装置，其特征在于:所述污泥区中放入有厌氧微生物污泥。
4.根据权利要求3所述含磷有机废水多段除磷产磷化氢的装置，其特征在于:所述厌氧微生物污泥在厌氧反应器中的浓度为3-4.5g/L。
5.根据权利要求1所述含磷有机废水多段除磷产磷化氢的装置，其特征在于:所述微生物燃料电池的外接电路中设置有蓄电池，所述蓄电池用来存储微生物燃料电池产生的电會K。
6.根据权利要求5所述含磷有机废水多段除磷产磷化氢的方法，其特征在于:还设置有稳压装置，所述蓄电池通过稳压装置为微生物电解池提供稳定电源。
7.根据权利要求1所述含磷有机废水多段除磷产磷化氢的装置，其特征在于:所述微生物燃料电池的阴极室通过曝气处理。
8.根据权利要求1所述含磷有机废水多段除磷产磷化氢的装置，其特征在于:所述厌氧反应器为厌氧序批式反应器。
9.根据权利要求3所述含磷有机废水多段除磷产磷化氢的装置，其特征在于:还设置有污泥泵，所述污泥泵将厌氧微生物污泥泵入微生物燃料电池阳极反应室和微生物电解池阳极反应室。
【专利摘要】本发明公开了一种含磷有机废水多段除磷产磷化氢的装置，包括厌氧反应器、微生物燃料电池以及微生物电解池，厌氧反应器的出水管与微生物燃料电池的阳极进水管相连接，微生物燃料电池的阳极出水管接到微生物电解池的进水管上，微生物燃料电池的电量输出端接到微生物电解池的电源端口上。本发明中有机废水首先经过厌氧序批式反应器，利用微生物的代谢作用实现有机废水中的有机磷和蓄闭态磷向磷酸盐的转化，再经过微生物燃料电池和微生物电解池的处理，避免了以往除磷产磷化氢工艺将微生物厌氧过程作为产磷化氢主要过程，而导致的除磷效率低下的问题。
【IPC分类】H01M8-16, C02F101-30, C02F3-28, C01B25-06
【公开号】CN104828938
【申请号】CN201510210238
【发明人】牛晓君, 魏爱书
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月28日