降解剩余污泥和处理六价铬废水方法
申请日期：2015.12.02
公佈（公告）日期：2016.02.03
IPC分类号/04;C02F1/46;H01M8/16;/16;/24;/20
概括
一种同时降解剩余污泥并处理六价铬废水的方法，本发明涉及一种资源化利用剩余污泥并处理含铬废水的方法。本发明旨在解决利用微生物燃料电池处理剩余污染物处理成本高的问题。该方法：1、搭建双槽结构反应器；2、将剩余污泥和营养液加入反应器阳极室，向阴极室加入亚铁氰化钾阴极液，进行培养，当电压输出大于0.6V时启动成功； 3、将待处理的剩余污泥和营养液加入阳极室，将待处理的六价铬废水加入阴极室，处理，剩余污泥的处理周期为40～50天，剩余污泥的降解率可达38％～62％，六价铬废水的减量周期为2～10天，六价铬的减量率可达66.4％～93.2％，达到了同时降解剩余污泥和处理六价铬废水的目的。
摘要及附图
索赔
1.一种同时降解剩余污泥并处理六价铬废水的方法，其特征在于：该方法按照以下步骤进行：
1、搭建双室结构反应器：双室结构反应器由壳体（1）、阳离子交换膜（2）、碳纤维刷（3）、参比电极（4）和搅拌器（5）组成。壳体（1）内设置有阳离子交换膜（2），壳体（1）分为阳极室（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。阳极室（1-1）和阴极室（1-2）的底部分别设置有取样管（1-3），阳极室顶部设置有集气管（1-4）；阳极与阴极通过外电路连接；阳极室内插入有参比电极（4）；阳极室内设置有搅拌器（5）；
2、启动：在双室结构反应器的阳极室（1-1）中加入剩余污泥和营养液，其中剩余污泥与营养液的体积比为（20-30）：1，在阴极室（1-2）中加入亚铁氰化钾阴极溶液，向阳极室通入氮气，保证厌氧环境。培养过程中，阳极室中的搅拌器（5）每隔1小时搅拌3-5分钟，每隔2-3天更换一次阳极室和阴极室中的基质；当双室结构反应器的电压输出大于0.6V时，表示启动成功；
3、将待处理的剩余污泥和营养液加入阳极室（1-1），向阳极室通入氮气，保证厌氧环境，将待处理的六价铬废水加入阴极室（1-2），每小时用搅拌器（5）搅拌阳极室3～5分钟。阳极室剩余污泥处理40～50天后，更换新的待处理的剩余污泥；阴极室六价铬废水处理2～10天后，更换新的待处理的六价铬废水，从而完成同时降解剩余污泥和处理六价铬废水的操作。
2.根据权利要求1所述的一种同时降解剩余污泥并处理六价铬废水的方法，其特征在于：步骤2中的亚铁氰化钾阴极液由水中添加亚铁氰化钾和磷酸二氢钾配制而成，浓度为亚铁氰化钾30～35g/L，磷酸二氢钾25～30g/L。
3.根据权利要求1或2所述的一种同时降解剩余污泥和处理六价铬废水的方法，其特征在于步骤1所述的阴、阳极电极在使用前进行处理，先用水冲洗电极，然后分别在1mol/L HCl和1mol/L NaOH溶液中浸泡2h，以除去电极材料表面的杂质，最后在去离子水中浸泡5h备用。
4.根据权利要求1或2所述的一种同时降解剩余污泥和处理六价铬废水的方法，其特征在于步骤1所述的质子交换膜使用前处理如下：阳离子交换膜先用30％H2O2煮沸30分钟，再在1mol/L HCl和1mol/L NaOH溶液中各浸泡2小时，去除膜面污染物和杂质，最后在去离子水中浸泡5小时备用。
5.根据权利要求1或2所述的一种同时降解剩余污泥并处理六价铬废水的方法，其特征在于步骤2中剩余污泥与营养液的体积比为25:1。
手动的
一种同时降解剩余污泥和处理六价铬废水的方法
技术领域
本发明属于微生物燃料电池技术领域，具体涉及一种实现剩余污泥资源化利用、含铬废水减量化及同步发电的方法。
背景技术
生物质能作为唯一可以固定碳的可再生能源，因其高效转化和清洁利用而日益受到世界范围的重视，许多国家已将生物质能确定为未来能源发展目标。针对全球能源短缺以及传统污水/污泥处理处置工艺能耗高、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以电能形式回收，实现污染物的资源化和能源化利用。微生物燃料电池可在常温常压条件下将有机废弃物中的化学能直接转化为清洁电能，在生物修复、污水及污泥处理等领域有着潜在的应用前景，具有高效、低成本、环境友好、操作条件温和等优点。
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，在阴极区域添加亚铁氰化钾、高锰酸钾等进行微生物化学反应。例如，2010年6月《哈尔滨工程大学学报》第31卷第6期发表的《微生物燃料电池处理剩余污泥及同步发电性能》一文公开了一种利用微生物燃料电池技术处理剩余污泥的方法，利用亚铁氰化钾作为阴极电子受体，将污泥中的化学能直接转化为电能。但这种方法需要添加阴极电子受体，增加了处理成本。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有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，提供一种同时降解剩余污泥和处理六价铬废水的方法。
本发明的同时降解剩余污泥及处理六价铬废水的方法按照以下步骤进行：
1、搭建双室结构反应器：双室结构反应器由壳体、阳离子交换膜、碳纤维刷、参比电极和搅拌器组成。壳体内设置阳离子交换膜，壳体分为阳极室和阴极室，设置在阳极室的碳纤维刷为阳极，设置在阴极室的碳纤维刷为阴极。阳极室和阴极室底部分别设置有取样管，阳极室顶部设置有集气管；阳极与阴极通过外电路连接；阳极室内插入参比电极；阳极室内设置有搅拌器；
2、启动：在双槽结构反应器的阳极室中加入剩余污泥和营养液，其中剩余污泥与营养液的体积比为（20-30）：1，在阴极室中加入亚铁氰化钾阴极液，并向阳极室通入氮气，保证其处于厌氧环境。培养过程中，阳极室中的搅拌器每隔1小时搅拌3-5分钟，每隔2-3天更换一次阳极室和阴极室中的基质；当双槽结构反应器的电压输出大于0.6V时，表示启动成功；
3、将待处理的剩余污泥和营养液加入阳极室，向阳极室通入氮气，保证其处于厌氧环境，将待处理的六价铬废水加入阴极室，每隔1小时开启阳极室搅拌器5搅拌3～5分钟。阳极室剩余污泥处理40～50天后，更换新的待处理的剩余污泥；阴极室六价铬废水处理2～10天后，更换新的待处理的六价铬废水，完成剩余污泥降解和六价铬废水处理同时进行的操作。
铬及铬盐是工业生产中不可缺少的原料，广泛应用于电镀、印染、制革等行业。这些行业会产生大量的含铬废水，污染环境。环境中的铬可直接或间接进入人体，对人体健康造成危害。因此，应及时采取有效的方法处理含铬废水，防止铬污染。铬是一种重金属元素，有多种价态，包括二价、三价、六价等，其中以三价和六价的化合物较多。在铬的化合物中，六价铬的生物毒性最强，三价铬次之，二价铬毒性最小。六价铬的毒性约为三价铬的100倍。六价铬也是公认的环境致癌物之一。因此将六价铬转化为三价铬不仅是一种有效的解毒方法，也是最终去除水环境中铬的关键步骤。本发明利用六价铬转化为三价铬过程理论氧化还原电位达到较高1.33V的特性，以六价铬作为微生物燃料电池的阴极电子受体，从而达到去除六价铬的效果，并能获得一定的能量输出，与典型的亚铁氰化钾阴极相比阴极电位有所提高，在一定程度上促进了整个电池的运行，而这种阳极和阴极污染物双向去除的反应模式对于新型环境工程设备的研发也有一定的积极意义。其工作原理为：微生物燃料电池阳极室中的污泥处于厌氧环境中，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，即有机物缓慢降解。经过启动阶段后，在阳极室污泥中逐渐驯化出具有电化学活性的细菌（等），该类细菌利用阳极污泥厌氧发酵过程中产生的可溶性小分子有机物进行代谢，获得连续的电子，同时加速阳极室的厌氧发酵过程，从而加速污泥的降解，这是以污泥为阳极底物的微生物燃料电池的反应原理。与其他污泥燃料电池相比，阴极液利用六价铬废水提高阴极电位，从而加快阳极室电子的输出速度，提高电化学活性菌的发电效率和活性，进而提高污泥降解效果和发电效率。因此，该工艺不仅能实现剩余污泥的稳定化和六价铬废水的减量化，还能提高污泥的降解效果和发电效果。阳极室剩余污泥的处理周期为40～50天，剩余污泥降解率可达38％～62％。阴极室六价铬废水的减量化周期为2～10天，六价铬减量化率可达66.4％～93.2％。该方法同时处理剩余污泥和六价铬废水，投资成本低，能耗低，无污染。本发明同时实现了剩余污泥的资源化利用、含铬废水的减量化、同步发电。