一种微生物燃料电池阴极电芬顿反应处理四环素废水的实验装置与方法

本发明于污水处理与资源化领域，具体涉及一种微生物燃料电池阴极电芬顿反应处理四环素废水的实验装置与方法。

背景技术：

1、四环素作为一种抗生素，被广泛用于人类医药和畜禽养殖，然而75％以上的四环素以活性形式随尿液、粪便等排出体外。四环素排入到环境后，因其杀菌性和抑菌性，对环境生物具有毒害作用，并且会诱导环境中抗性基因的增殖。然而四环素难以生物降解，传统的活性污泥法对四环素的主要去除方式是吸附，去除率从负数到百分之百来回波动极其不稳定，而传统的厌氧消化法对四环素的去除率则仅有百分之十五，都不能对四环素有很好的去除作用。

2、高级氧化技术在污水处理方面有着广泛的应用，芬顿反应由于其出色的有机物降解能力在处理四环素污水方面效果突出。芬顿反应中，过氧化氢与二价铁离子反应生成羟基自由基，羟基自由基具有极强的氧化性，可以使有机物降解矿化。但目前而言，芬顿反应仍有一些不足之处，需要多次添加过氧化氢和硫酸亚铁，造成了药物与人力的浪费。

3、微生物燃料电池(mfc)在处理废料的同时，可以将污水中的生物质能转化为电能，从而减少了能量浪费，是一种具有发展潜力的污水处理技术，mfc阳极氧化有机物产生电子，并通过外电路将电子传递到阴极，阴极发生电子还原反应生成水或过氧化氢。mfc的阴极电子还原特性和过氧化氢原位生成能力，可以弥补芬顿反应的不足，因此本发明提出一种微生物燃料电池阴极电芬顿反应处理四环素废水的实验装置与方法，用于四环素废水处理。

技术实现思路

1、针对四环素生物处理去除率低和高级氧化处理成本高的缺陷，本发明提供了一种微生物燃料电池阴极电芬顿反应处理四环素废水的实验装置与方法。

2、本发明所述的微生物燃料电池阴极电芬顿反应处理四环素废水的实验装置分为阳极室和阴极室，两者用质子交换膜隔开，同时阳极和阴极通过导线连接，

3、导线上置有250ω负载形成电流回路。

4、所述装置中阳极室和阴极室为一侧中心有开口的方形玻璃瓶，开口连有玻璃通道(直径约为30mm)，玻璃瓶有效体积为300ml。

5、所述装置中阳极由5条多孔碳毡条(每条1.27cm×1.5cm×6.5cm；alfaaesar)连接到不锈钢棒上，并垂直放置在阳极室的中心。

6、所述装置中阴极由5条多孔碳毡条制成(每条1.27cm×1.5cm×6.5cm；alfaaesar)连接到不锈钢棒上，并垂直放置在阴极室的中心。

7、所述装置中阳极室和阴极室各设有一个参比电极ag/agcl参比电极(0.199v she；basi)，邻近阳极或阴极放置。

8、所述装置中阳极室和阴极室的玻璃通道对齐并用nafion117质子交换膜(ionpower)隔开，使用不锈钢玻璃卡槽夹紧。

9、所述装置在使用时，阳极盛有250ml阳极液，阳极液(1l)成分为0.31g nh4cl、0.13g kcl、2.45gnah2po4·h2o、4.58gna2hpo4、12.5ml微量金属溶液、2.5ml维生素溶液和1g乙酸钠。

10、所述阳极液中微量金属溶液(1l)成分为1.5g川氨三乙酸、3g mgso4·7h2o、0.5gmnso4·h2o、1g nacl、0.1g feso4·7h2o、0.1g cocl2·6h2o、0.1g cacl2、0.1g znso4·7h2o、0.01g cuso4·5h2o、0.01g alk(so4)2·12h2o和0.01g na2moo4·2h2o。

11、所述阳极液中维生素溶液(1l)成分为0.01g叶酸、0.05g盐酸吡哆醇、0.025g核黄素、0.01g维生素h、0.025g硫胺素、0.025g烟酸、0.025g泛酸钙、0.0005g维生素b12、0.025g对氨基苯甲酸、0.025g硫辛酸。

12、所述装置在使用时，阴极盛有250ml阴极液，阴极液(1l)成分为100mmna2so4、1mgfeso4和一定含量的四环素，用硫酸溶液调节使阴极液ph为3。

13、所述装置在使用时，阴极室不断曝入经预湿处理后的空气，以提供足够的溶解氧(do 8.4mg/l)作为电子受体。

14、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

15、本发明专利将微生物燃料电池与电芬顿系统进行耦合，使微生物燃料电池的阴极发生芬顿反应，更加有效的利用了微生物燃料电池所产生的电能，并且不需要人为多次添加硫酸亚铁和过氧化氢，减少了人力和药品成本。

技术特征：

1.本发明所述的微生物燃料电池耦合电芬顿系统的污水处理装置分为阳极室和阴极室，两者用质子交换膜隔开，同时阳极和阴极通过导线连接，导线上置有有250ω负载形成电流回路。

2.如权利要求书1所述的污水处理装置，其特征在于所述装置中阳极由5条多孔碳毡条(每条1.27cm×1.5cm×6.5cm；alfaaesar)连接到不锈钢棒上，并垂直放置在阳极室的中心。

3.如权利要求书1所述的污水处理装置，其特征在于，所述装置中阴极由5条多孔碳毡条制成(每条1.27cm×1.5cm×6.5cm；alfaaesar)连接到不锈钢棒上，并垂直放置在阴极室的中心。

4.如权利要求书1所述的污水处理装置，其特征在于，所述装置中阳极室和阴极室各设有一个参比电极ag/agcl参比电极(0.199vshe；basi)，邻近阳极或阴极放置。

5.如权利要求书1所述的污水处理装置，其特征在于，所述装置中阳极室和阴极室的玻璃通道对齐并用nafion117质子交换膜(ionpower)隔开，使用不锈钢玻璃卡槽夹紧。

6.如权利要求书1所述的污水处理装置，其特征在于，所述装置中阳极液(1l)含有0.31gnh4cl、0.13gkcl、2.45gnah2po4·h2o、4.58gna2hpo4、12.5ml微量金属溶液、2.5ml维生素溶液和1g乙酸钠。

7.如权利要求书1所述的污水处理装置，其特征在于，所述阳极液中微量金属溶液成分为1.5g/l川氨三乙酸、3g/lmgso4·7h2o、0.5g/lmnso4·h2o、1g/lnacl、0.1g/lfeso4·7h2o、0.1g/lcocl2·6h2o、0.1g/lcacl2、0.1g/lznso4·7h2o、0.01g/lcuso4·5h2o、0.01g/lalk(so4)2·12h2o、0.01g/lna2moo4·2h2o。

8.如权利要求书1所述的污水处理装置，其特征在于，所述阳极液中维生素溶液成分为0.01g/l叶酸、0.05g/l盐酸吡哆醇、0.025g/l核黄素、0.01g/l维生素h、0.025g/l硫胺素、0.025g/l烟酸、0.025g/l泛酸钙、0.0005g/l维生素b12、0.025g/l对氨基苯甲酸、0.025g/l硫辛酸。

9.如权利要求书1所述的污水处理装置，其特征在于，所述装置中阴极液为100mmna2so4溶液，1mg/lfeso4，用1m硫酸溶液调节使其ph＝3。

10.如权利要求书1所述的污水处理装置，其特征在于，所述装置中，阴极室不断曝入经预湿处理后的空气，以提供足够的溶解氧(do8.4mg/l)作为电子受体。

技术总结
本发明属于污水处理与资源化领域，具体涉及一种微生物燃料电池阴极电芬顿反应处理四环素废水的实验装置与方法，本发明中微生物燃料电池阴极原位生成过氧化氢，二价铁离子与过氧化氢发生芬顿反应使污水中四环素高效降解，同时阴极产生的电子使三价铁离子还原生成二价铁离子，进而促进铁的循环利用，避免持续添加硫酸亚铁，同时达到提高污染物降解效率和降低药品成本的效果。

技术研发人员：孙璐阳,任德江,龙莎,郭伊可,王冬波
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12