一种处理染料废水的方法
【专利摘要】本发明公开了一种处理染料废水的方法，其特征在于：设置微生物电化学耦合系统，微生物电化学耦合系统是将微生物燃料电池与微生物电解池耦合；然后将待处理染料废水装入微生物电解池的阴极室进行降解。本发明处理染料废水的方法，将MFC和MEC向串联，MFC向MEC提供降解染料废水的电能，无需向MEC提供外电压来提高染料废水的降解效率，节约能源；且MFC和MEC的结合，提高了单独使用MFC降解染料废水的效率。
【专利说明】一种处理染料废水的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种染料废水的处理方法，更具体的说是涉及一种利用微生物电化学系统处理染料废水的方法。
【背景技术】
[0002]染料废水已成为全球水环境中重要污染源之一，约占工业废水总排量的十分之一。由于该类废水具有色度高、结构复杂、致癌、致畸、致突变作用及生物难降解性等特点，易在环境中累积进而对生物和人类健康构成危害，因此是公认的难降解的有机废水。目前处理方法主要有物理法、化学法和生物法。物理法和化学法虽然对染料废水处理效果比较好，但存在着处理费用比较高、二次污染等问题，因此处理方法主要以生物法为主。
[0003]利用微生物电化学系统处理染料废水是生物法的一种。微生物电化学系统是指利用微生物的电子传递体系与传统的电化学体系相结合来服务于一定目的的系统，主要是微生物、反应物、电极相互作用的体系，综合了生物法、电解电离以及电化学氧化/还原的优点，是一种既节能环保又能高效处理废水的技术。微生物电化学系统主要包括微生物燃料电池和微生物电解池。
[0004]微生物燃料电池(MFC)利用微生物作为催化剂氧化分解有机化合物，同时产生电流，将有机物中的化学能转化为电能，具有废水处理和电能回收的双重功能，显现出其它技术无法比拟的优越性，是近年来被国际环保和能源界广为关注、经济节能的新兴技术。但是MFC产生的电流小，利用MFC处理废水存在着处理效率低的问题。
[0005]微生物电解池( MEC)类似于MFC，利用MEC处理染料废水需要提供外电压来克服热力学能垒，浪费能源。
【发明内容】
[0006]为解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了一种结合微生物电解池和微生物燃料电池来处理染料废水的方法，以期可以提高染料废水的降解效率、节约能源。
[0007]本发明解决技术问题，采用如下技术方案:
[0008]本发明处理染料废水的方法，其特点在于:设置微生物电化学耦合系统，所述微生物电化学耦合系统是将微生物燃料电池与微生物电解池耦合；
[0009]然后将待处理染料废水装入所述微生物电解池的阴极室进行降解。
[0010]本发明处理染料废水的方法，其特点也在于:所述将微生物燃料电池与微生物电解池耦合是指将微生物燃料电池与微生物电解池通过导线串联。
[0011]所述微生物燃料电池以两根石墨棒分别作为阳极室电极和阴极室电极，在阳极室和阴极室填充有石墨粒，所述石墨粒的粒径为3-5_ ；
[0012]所述微生物电解池以两根石墨棒分别作为阳极室电极和阴极室电极，在阳极室和阴极室填充有石墨粒，所述石墨粒的粒径为3-5_。
[0013]MFC阳极所产生的电子通过石墨棒和外电路传递给MEC的阴极，与MEC阴极中的染料废水以及从MEC阳极室经阳离子交换膜迁移至MEC阴极的质子反应，从而可以高效的降解MEC阴极中的染料废水；另一方面，MEC的阳极产生的电子通过石墨棒和外电路传递给MFC的阴极，与空气泵提供的氧气以及从MFC阳极室经阳离子交换膜迁移至阴极的质子反应，最终生成水，形成一个回路，从而构成新型的微生物电化学耦合系统。
[0014]MFC主要是向MEC提供染料废水降解的电能，使其所产生的电能被原位利用，从而无需向MEC提供外电压来提高染料废水的降解效率，节约能源；MEC主要是接受MFC提供的电能，并且同时阳极产生的电能传递给MFC的阴极，构成循环系统。
[0015]与已有技术相比，本发明的有益效果体现在:
[0016]本发明处理染料废水的方法，将MFC和MEC向串联，MFC向MEC提供降解染料废水的电能，无需向MEC提供外电压来提高染料废水的降解效率，节约能源；且1?0和MEC的结合，提高了单独使用MFC降解染料废水的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明微生物电化学耦合系统的结构示意图；
[0018]图2为本发明微生物电化学耦合系统的主视图；
[0019]图3为本发明微生物电化学耦合系统的后视图；
[0020]图中标号:1微生物燃料电池；la MFC石墨棒；lb MFC阳离子交换膜；lc MFC出水口 ；ld MFC石墨粒；le MFC产电微生物；lf MFC参比电极；lg MFC进水口 ；2微生物电解池；2a MEC石墨棒；2b MEC阳离子交换膜；2c MEC出水口 ；2d MEC石墨粒；2e MEC产电微生物；2f MEC参比电极；2g MEC进水口。
具体实施例
[0021]如图1、图2及图3所示，本实施例处理染料废水的方法是:将微生物燃料电池与微生物电解池通过导线串联构成微生物电化学耦合系统，即将MFC的阳极通过导线与MEC的阴极相连，MEC的阳极再通过导线与MFC的阴极相连，形成回路，构成微生物电化学耦合系统；
[0022]微生物燃料电池I的结构形式为:以两根MFC石墨棒Ia分别作为阳极室电极和阴极室电极，在阳极室和阴极室填充有MFC石墨粒ld，MFC石墨粒Id的粒径为3-5mm ;阳极室上有一个MFC进水口 lg、MFC出水口 lc、和一个MFC参比电极If ;阳极室内的石墨粒和石墨棒上长有MFC产电微生物Ie ;阴极室上有一个MFC进水口 Ig和MFC出水口 Ic ;阴极室和阳极室之间夹有MFC阳离子交换膜lb，构成微生物燃料电池。
[0023]微生物电解池2的结构形式为:以两根MEC石墨棒2a分别作为阳极室电极和阴极室电极，在阳极室和阴极室填充有MEC石墨粒2d，MEC石墨粒的粒径为3-5mm ;阳极室上有一个MEC进水口 2g、MEC出水口 2c、和一个MEC参比电极2f ;阳极室内的石墨粒和石墨棒上长有MEC产电微生物2e ；阴极室上有一个MEC进水口 2g和MEC出水口 2c ;阴极室和阳极室之间夹有MEC阳离子交换膜2b，构成微生物电解池。
[0024]在MFC和MEC的阳极室内接种厌氧污泥，MFC的阴极室中加入含有电解质的溶液，一边用曝气设备向溶液中曝气并且一边通过外在的蠕动泵循环，使溶液中维持一定的溶解氧，MEC的阴极室中加入染料废水，也通过外在的蠕动泵循环。[0025]在MFC中，将含有醋酸钠的培养基溶液由MFC进水口 Ig进入到阳极室时，MFC石墨粒Id上的MFC产电微生物Ie催化醋酸钠氧化分解，同时把电子导出到MFC石墨棒Ia上，然后流经外电路到达MEC中的阴极室中的MEC石墨棒2a，与其中的染料废水以及从MEC阳极室经MEC阳离子交换膜2b迁移至阴极的质子反应，从而降解染料废水。MEC中的阳极室里的MEC产电微生物2e同样催化醋酸钠氧化分解，把电子导出到MEC石墨棒2a上，然后流经外电路到达MFC中的阴极室中的MFC石墨棒Ia上，与空气泵提供的氧气以及从MFC阳极室经MFC阳离子交换膜Ib迁移至阴极的质子反应，最终生成水，MFC和MEC的阳、阴极室的出水分别通过MFC出水口 lc、MEC出水口 2c流出。 [0026]以酸性橙7作为染料废水，通过处理可知:
[0027]实例一:在没有耦合的微生物电化学系统中，当阴极进水的染料废水(酸性橙7)的浓度为0.7mM、PH为7时，由单个MFC降解后，通过计算得酸性橙7 (A07)的去除效率只有 35.0%±2.0%。
[0028]实例二:在本实施例的新型微生物电化学耦合系统中，当MEC中阴极进水的染料废水A07的浓度与实例一中浓度一致、同样PH为7时，由本实施例的耦合系统降解后，通过计算得A07的去除效率为79.0%土 1.0%。
[0029]以甲基橙作为染料废水，通过处理可知:
[0030]实例一:在没有耦合的微生物电化学系统中，当阴极进水的染料废水(甲基橙)的浓度为0.9mM、PH为7时，由单个MFC降解后，通过计算得甲基橙(MO)的去除效率只有50.0%±0.5%ο
[0031]实例二:在本发明的新型微生物电化学耦合系统中，当MEC中阴极进水的染料废水MO的浓度与实例一中浓度一致、同样PH控制在7时，由本实施例的耦合系统降解后，通过计算得MO的去除效率为89.8%土 1.0%。
【权利要求】
1.一种处理染料废水的方法，其特征在于:设置微生物电化学耦合系统，所述微生物电化学耦合系统是将微生物燃料电池与微生物电解池耦合； 然后将待处理染料废水装入所述微生物电解池的阴极室进行降解。
2.根据权利要求书I所述的处理染料废水的方法，其特征在于:所述将微生物燃料电池与微生物电解池耦合是指将微生物燃料电池与微生物电解池通过导线串联。
3.根据权利要求1所述的处理染料废水的方法，其特征在于: 所述微生物燃料电池以两根石墨棒分别作为阳极室电极和阴极室电极，在阳极室和阴极室填充有石墨粒，所述石墨粒的粒径为3-5_ ； 所述微生物电解池以两根石墨棒分别作为阳极室电极和阴极室电极，在阳极室和阴极室填充有石墨粒，所述石`墨粒的粒径为3-5_。
【文档编号】C02F103/30GK103588307SQ201310627011
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】穆杨, 杨厚云, 李阳, 王亚洲, 俞汉青 申请人:中国科学技术大学