一种同步降解剩余污泥和处理六价铬废水的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微生物燃料电池技术领域，具体设及一种实现剩余污泥资源化、含铭 废水还原和同步产电的方法。
【背景技术】
[0002] 生物质能作为唯一可固定碳的可再生能源，其高效转换和洁净利用日益受到全世 界的重视，许多国家已将生物质能确定为未来能源发展目标。针对全球能源短缺和传统污 水/污泥处理处置过程中能耗高、水力停留时间长等问题，通过引入微生物燃料电池技术， 在处理剩余污染物的同时将污染物中的化学能W电能的形式回收，实现污染物的资源化及 能源化利用。微生物燃料电池可在常溫常压条件下将有机废物中的化学能直接转换为清洁 电能，在生物修复、污水和污泥处理领域具有潜在的应用前景，具有高效性、低成本、环境友 好、操作条件溫和等优点。
[0003] 现有的利用微生物燃料电池处理剩余污染物的方法，是将剩余污染物作为阳极底 物，在阴极区添加铁氯化钟、高儘酸钟等进行微生物化学反应。如发表在哈尔滨工程大学学 报2010年6月第31卷第6期上的文章《微生物燃料电池处理剩余污泥与同步产电性能》公 开了一种采用微生物燃料电池技术处理剩余污泥的方法，W铁氯化钟为阴极电子受体，将 污泥中的化学能直接转变成电能。但是运种方法要另外加入阴极电子受体，使处理成本增 加。
【发明内容】
[0004] 本发明是要解决现有的利用微生物燃料电池处理剩余污染物的方法处理成本高 的技术问题，而提供一种同步降解剩余污泥和处理六价铭废水的方法。
[0005] 本发明的一种同步降解剩余污泥和处理六价铭废水的方法，按W下步骤进行：
[0006] 一、搭建双池结构反应器：该双池结构反应器由壳体、阳离子交换膜、碳纤维刷、参 比电极和揽拌器组成，阳离子交换膜设置在壳体中，将壳体分成阳极室和阴极室，设置在阳 极室内的碳纤维刷为阳极，设置在阴极室内的碳纤维刷为阴极，在阳极室和阴极室的底部 分别设置取样管，阳极室的顶部设置有集气管；将阳极和阴极通过外电路连接；参比电极 穿入阳极室内；揽拌器设置在阳极室内；
[0007] 二、启动：向双池结构反应器的阳极室内加入剩余污泥和营养溶液，其中剩余污泥 下营养溶液的体积比为（20~30) :1，向阴极室内加入铁氯化钟阴极液，阳极室内通入氮气 保证其厌氧环境，培养过程中，阳极室内的揽拌器每隔Ih揽拌3~5分钟，每隔2~3天更 换一次阳极室与阴极室内的底物；当双池结构反应器电压输出大于0.6V后，启动成功；
[000引 S、将待处理的剩余污泥和营养溶液加入阳极室内，向阳极室内通入氮气保证其 厌氧环境，将待处理的六价铭废水加入到阴极室内，阳极室内的揽拌器5每隔Ih揽拌3~ 5分钟，阳极室内剩余污泥40~50天后处理完毕，更换新的待处理剩余污泥；阴极室内的 六价铭废水2~10天处理完毕，更换新的待处理六价铭废水，完成同步降解剩余污泥和处 理六价铭废水的操作
[0009] 铭及铭盐是工业生产中不可缺少的原料，被广泛应用于电锻、印染和制革等行业 中，运些行业都可产生大量含铭废水，污染环境。环境中的铭可W直接或间接进入人体，对 人体健康造成危害，因此应采取及时有效的方法治理含铭废水，防治铭污染。铭是一种重金 属元素，具有二价、=价和六价多种价态，其中=价和六价化合物较常见。铭化合物中六价 铭的生物毒性最为强大，=价次之，二价毒性最小，六价铭的毒性约是=价铭的100倍，六 价铭还是公认的环境致癌物之一。因此，把六价铭转化成=价铭，不仅是一种有效的解毒方 式，而且也是最终从水环境中去除铭的关键步骤。本发明利用六价铭转化成=价铭运个过 程的理论氧化还原电位达到了较高的1. 33V的特点，将六价铭作为微生物燃料电池阴极电 子受体，运样既达到了六价铭去除的效果，也能得到一定的能量输出，比典型铁氯化钟阴极 提高了阴极电势，并在一定程度上对整个电池的运行有所促进，同时该种阳极和阴极污染 物的双向去除的反应模式对于新型环境工程设备的研发也具有一定的积极意义。其作用原 理为：微生物燃料电池阳极室污泥处于厌氧环境，因此污泥本身在厌氧菌的作用下处于缓 慢的厌氧发酵过程中，即有机物缓慢降解。该电池经过启动阶段，阳极室污泥内部逐渐驯化 出电化学活性菌（Geobacter，Clostridium等），运类细菌利用阳极污泥厌氧发酵过程产生 的可溶性小分子有机物进行代谢，并导出持续电子，同时会加快阳极室中厌氧发酵过程，从 而加速污泥的降解，运是污泥为阳极底物的微生物燃料电池的反应原理。相比于其他的污 泥燃料电池，阴极液采用六价铭废水可W提高阴极电位，从而加速阳极室内电子的输出速 率，提高电化学活性菌的产电效率和活性，由此提高污泥降解效果和产电效能。因此该工艺 不仅可W实现剩余污泥稳定化和六价铭废水还原，还可W提高污泥降解效果和产电效果。 阳极室内剩余污泥的处理周期为40~50天，剩余污泥降解率可达到38%~62%，阴极室 内六价铭废水的还原周期为2~10天，六价铭还原率可达到66. 4%~93. 2%。利用本方 法同时处理剩余污泥与六价铭废水，投资成本低、能耗小、无污染。本发明同时实现了剩余 污泥资源化、含铭废水还原和同步产电。
【附图说明】
[0010] 图1是本发明双池结构反应器的结构示意图。其中1为壳体，2阳离子交换膜，3 为碳纤维刷，4为参比电极，5为揽拌器，1-1为阳极室，1-2为阴极室，1-3为取样管，1-4为 集气管。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0011] ：本实施方式的一种同步降解剩余污泥和处理六价铭废水的方法， 按W下步骤进行：
[0012] -、搭建双池结构反应器：该双池结构反应器由壳体1、阳离子交换膜2、碳纤维刷 3、参比电极4和揽拌器5组成，阳离子交换膜2设置在壳体1中，将壳体1分成阳极室1-1 和阴极室1-2,设置在阳极室1-1内的碳纤维刷3为阳极，设置在阴极室1-2内的碳纤维刷 3为阴极，在阳极室1-1和阴极室1-2的底部分别设置取样管1-3,阳极室的顶部设置有集 气管1-4 ;将阳极和阴极通过外电路连接；参比电极4穿入阳极室内；揽拌器5设置在阳极 室内；
[0013] 二、启动：向双池结构反应器的阳极室1-1内加入剩余污泥和营养溶液，其中剩余 污泥下营养溶液的体积比为（20~30) :1，向阴极室1-2内加入铁氯化钟阴极液，阳极室内 通入氮气保证其厌氧环境，培养过程中，阳极室内的揽拌器5每隔Ih揽拌3~5分钟，每隔 2~3天更换一次阳极室与阴极室内的底物；当双池结构反应器电压输出大于0. 6V后，启 动成功；
[0014] =、将待处理的剩余污泥和营养溶液加入阳极室1-1内，向阳极室内通入氮气保 证其厌氧环境，将待处理的六价铭废水加入到阴极室1-2内，阳极室内的揽拌器5每隔Ih 揽拌3~5分钟，阳极室内剩余污泥40~50天后处理完毕，更换新的待处理剩余污泥；阴 极室内的六价铭废水2~10天处理完毕，更换新的待处理六价铭废水，完成同步降解剩余 污泥和处理六价铭废水的操作。
【具体实施方式】 [0015] 二：本实施方式与一不同的是步骤二中营养溶液的成 分及配比如表1所示：
[0016] 表1营养溶液的成分及配比
[0019] 其他与【具体实施方式】一相同。
【具体实施方式】 [0020] =:本实施方式与一或二不同的是步骤二中铁氯化钟 阴极液是按铁氯化钟（K3
【具体实施方式】 [Fe(CN)J的浓度为30~35g/l、憐酸二氨钟（KH2PO4)的浓度为 25~30旨/1，将铁氯化钟和憐酸二氨钟加入到水中配制而成的；其它与一或 二相同。
【具体实施方式】 [0021] 四：本实施方式与一至=之一不同的是步骤一中所述 的阴极和阳极运两个电极在使用前的处理方法：将电极先用水冲洗，然后依次用Imol/L的 HCl和Imol/L化OH溶液各浸泡化，W去除电极材料表面的杂质，最后用去离子水浸泡化， 备用；其它与一至立之一相同。
[0022]
【具体实施方式】五：本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是步骤一中所述 的质子交换膜在使用前的处理方法：阳离子交换膜先用30 %的&〇2煮30min，然后依次用 Imol/L的肥I和Imol/L化OH溶液各浸泡化，W去除膜表面污染物及杂质，最后用去离子 水浸泡化，备用。其它与【具体实施方式】一至四之一相同。
【具体实施方式】 [0023] 六：本实施方式与一至五之一不同的是步骤二中剩余 污泥与营养溶液的体积比为25 :1，其它与一至五之一相同。
[0024] 用W下的试验验证本发明的有益效果：
[0025] 试