利用微生物电芬顿燃料电池降解聚醚废水的方法与流程

本发明涉及污水处理的技术，具体涉及一种微生物电芬顿燃料电池阴极降解聚醚废水的方法。

背景技术：

聚醚又称聚醚多元醇，是由含活泼氢分子化合物(醇类、胺类)作起始剂，与环氧化合物(eo、po、bo)在催化剂作用下开环聚合而成。同时聚醚废水的cod很高(10～30g/l)，可生化性极差(bod5/codcr<0.05)，传统的物理化学方法难以处理。由于作为消泡剂、润湿剂和乳化剂等的聚醚在人们生活中扮演越来越重要的角色，所以带来了许多环境问题，例如水体富营养化，影响水产养殖业发展，危害生态环境等。许多研发者也采用一些技术来降解聚醚废水，但存在一些缺陷。例如张赟等(工业水处理，2006，26(6)，23-25)用陶瓷膜处理聚醚废水，容易造成膜污染；释秀鹏等(水处理技术，2012，38(5)，77-79)对聚醚废水生化强化，成本大且遗留药剂容易造成水污染。

针对上述问题，需要采用新型环保工艺来处理聚醚废水。在降解聚醚废水时，同时也要注意控制成本和不造成二次污染。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：本发明提供一组环保节能且低成本工艺，应用于聚醚废水当中。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：环保节能且低成本工艺－微生物电芬顿燃料电池。微生物电芬顿燃料电池是利用发电微生物在阳极室厌氧降解聚醚废水中有机物，释放电子和质子，即产生电能。电子通过外电路传递到阴极室，质子通过质子交换膜传递到阴极室。在不断通氧气的阴极室的电子、质子形成h2o2，h2o2再和二价铁离子相结合，形成原位芬顿反应，产生有强氧化能力·oh来氧化阴极室中的聚醚废水。

本发明的一种利用微生物电芬顿燃料电池降解聚醚废水的方法，包括制作碳毡电极，驯养微生物，启动电池，取样测样。

所述的制作碳毡电极是先将2块5*5cm²碳毡放在1m的naoh溶液中放置2h，然后放在蒸馏水中浸泡6h后，去除碳毡表面杂质。接着将去除杂质的碳毡放在热反应炉中，以氨气为气体介质，在温度600℃、时间为30s的条件下反应，以增加碳毡比表面积。最后用铜导线穿插在碳毡中，制成碳毡电极。

所述的驯养微生物是在cod为10000mg/l的1000ml聚醚废水，添加氮源co(nh2)2和磷源kh2po4，使c：n：p≈100：5：1，然后倒200ml的深红红螺菌397菌液于聚醚废水中，搅拌混合均匀，密封厌氧培养。接着每隔3天测一次cod、n和p。测试完，立即添加碳氮磷源，维持先前的c、n、p之比。微生物在电池启动前3个月内驯养。

所述的启动电池是先将菌液和10000mg/l聚醚废水放在安装搅拌器的阳极室，厌氧且搅拌溶液，加速微生物降解有机物。然后将2500mg/l聚醚废水放在通氧气的阴极室，外添加feso4·7h2o来调节铁离子浓度。然后将两块碳毡电极等距地插在电池的阴阳极室，用铜导线连接两电极构成外电回路。

所述的取样测样是分别在1，2，4，8，12，24h时取阴极室水样采用盛奥华cod速测仪，分光光度法测定cod。在测样前要对水样预处理即添加1m的naoh溶液通过rpb10型笔式ph计将水样ph调到10±0.2，再用离心机将沉淀分离，取上层清液进行cod测定。

本发明采用上述技术方案后具有的有益效果是：

1.本发明自身输出电能，不需要外接电源，节能。微生物电芬顿燃料电池阳极室微生物厌氧有机物产生的电子从微生物细胞传递至阳极表面经由外电路到达阴极电极，电子不断地产生、传递、流动形成电流，完成产电过程，节约能源。

2.本发明绿色环保，没有二次污染。微生物燃料电芬顿电池产生高氧化还原电位·oh(e＝2.8v)，发生链式反应降解去除聚醚废水中难降解有机污染物并矿化为co2、h2o，没有产生二次污染，是清洁型工艺。

3.本发明可以有效降解聚醚废水。聚醚是主链含有醚键，端基或侧基含有大于2个羟基的低聚物。·oh可以有效切段醚键和羟基，发生链式反应转化为co2、h2o，来降解聚醚废水。

4.本发明成本比一般处理聚醚废水组合工艺低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是微生物电芬顿燃料电池的结构示意图。

图1中：1.外电阻，2.电压表，3.硅胶垫圈和垫片，4.阳离子交换质子膜，5.铜导线，6.碳毡电极，7.搅拌器，8.曝气装置，9.阳极室，10.阴极室。

图2是一个周期内微生物电芬顿燃料电池的输出电压与时间的关系图。

图3是一个周期内微生物电芬顿燃料电池产生的h2o2的浓度与时间的关系图。

图4是微生物电芬顿燃料电池在24h内ph为3时，不同fe²⁺对聚醚废水cod降解与时间的关系图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1～图4所示，本发明的一种利用微生物电芬顿燃料电池降解聚醚废水的方法，包括制作碳毡电极，驯养微生物，启动电池，取样测样。

所述的制作碳毡电极是先将2块5*5cm²碳毡放在1m的naoh溶液中放置2h，然后放在蒸馏水中浸泡6h后，去除碳毡表面杂质。接着将去除杂质的碳毡放在热反应炉中，以氨气为气体介质，在温度600℃、时间为30s的条件下反应，以增加碳毡比表面积。最后用铜导线穿插在碳毡中，制成碳毡电极。

所述的驯养微生物是在cod为10000mg/l的1000ml聚醚废水，添加氮源co(nh2)2和磷源kh2po4，使c：n：p≈100：5：1，然后倒200ml的深红红螺菌397菌液于聚醚废水中，搅拌混合均匀，密封厌氧培养。接着每隔3天测一次cod、n和p。测试完，立即添加碳氮磷源，维持先前的c、n、p之比。微生物在电池启动前3个月内驯养。

所述的启动电池是是按图1搭建微生物电芬顿燃料电池，采用h型双池式结构，具有体积相等的阳极室9和阴极室10，阳极室9和阴极室10之间用质子交换膜4相隔开，质子交换膜4的顶端和底端通过硅胶垫圈和垫片3密封。碳毡阳阴极6用铜导线5连接1000ω外电阻1和电压表2构成回路。阳极室9安装搅拌器7，阴极室10安装曝气装置8。将搭建好的微生物电芬顿燃料电池在无菌净化操作台用紫外灯照射30min，吹风约15min将紫外照射后产生的臭氧吹出。阳极室9中具有cod10000mg/l聚醚废水底物和深红红螺菌微生物液，温度控制在30±1℃左右，同时启动搅拌器，聚醚废水在微生物厌氧作用下被氧化释放电子和质子。阴极室10中是cod2500mg/l聚醚废水，开始调节阴极室聚醚废水的ph为3，外添加feso4·7h2o来调节铁离子浓度，然后同时启动曝气器，提供氧气。用万用电压表(优利德ut30)每隔1小时测一次电压，电压表数据逐渐升高，说明电池启动成功。

所述的取样测样是分别在1，2，4，8，12，24h时取阴极室水样采用盛奥华cod速测仪，分光光度法测定cod。在测样前要对水样预处理即添加1m的naoh溶液通过rpb10型笔式ph计将水样ph调到10±0.2，再用离心机将沉淀分离，取上层清液进行cod测定。从阴极室取3ml溶液，经0.45um滤膜处理，然后由选用h2o2快速测定仪(lovibond－et8600，germany)测定，测试波长为528nm，检测限为0.05mg/l。

以下提供本发明的1个实施例以进一步阐述本发明的技术实施方案：

实施例1

按图1搭建微生物电芬顿燃料电池，在阳极室9倒入110mlcod10000mg/l聚醚废水底物和深红红螺菌微生物液，温度控制在30±1℃左右，同时启动搅拌器7。阴极室10中是110mlcod2500mg/l聚醚废水，调节阴极室聚醚废水的ph为3，外添加feso4·7h2o来调节铁离子浓度(0mm；1mm；2mm；5mm；7mm；10mm；12mm)，然后同时启动曝气器8，提供氧气。用电压表测电压，绘制出如附图2和3所示的一个周期内输出电压和h2o2浓度随时间变化的关系曲线图，如图2所示，最大电压为450mv；如图3所示，h2o2最大浓度为2.5mg/l。待电压稳定时，取3ml水样进行cod测试，绘制出如附图4所示电池在24h内ph为3时，不同fe²⁺对聚醚废水cod降解与时间的关系图。如附图4所示，24h内cod最大降解率达51.9％。

以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。