CN108640417A - 一种电化学和微生物燃料电池组合处理染料废水的新方法 - Google Patents

Abstract

染料废水属于难处理的工业废水之一，已有染料废水处理技术能耗大、成本高，操作麻烦。本发明公开了一种电化学和微生物燃料电池组合处理染料废水的新方法，其特征在于：将电解池与微生物燃料电池耦合，充分发挥各自的特点，提高了染料废水的处理效果。本发明处理染料废水的方法是：将电解池与微生物燃料电池串联，待处理的染料废水先通入电解池进行初步降解，提高可生化性；然后通入微生物燃料电池进行进一步降解，同时产电。本发明的优点是：染料废水处理效果好，可回收电能；能量消耗低，水处理成本低；操作方便，可自动运行；保护环境，利于染化企业发展。

Description

一种电化学和微生物燃料电池组合处理染料废水的新方法

技术领域

本发明涉及一种染料废水的处理方法，更具体地说是涉及一种利用电化学和微生物电化学系统耦合处理染料废水的方法。

背景技术

染料企业是生产酸性染料、中性染料、媒介染料以及染料中间体等产品的化工企业。染料生产过程中产生的母液和洗涤水的混合物，成为水体环境污染重要的污染源之一，其排放总量约占工业废水排放量的1/10.由于染料废水具有高COD、高色度、高含盐量、低BOD₅/COD及三致(致畸、致癌、致突变)等特点，对水环境和人类健康构成极大危害，因此是公认的难降解的工业有机废水。

由于染料废水多以芳烃和杂环化合物为母体且带有显色基团，发色物质为单苯环形成的阴离子型小分子有机物，极溶于水；容易被氧化产生醌式化合物，产生较强的发色能力；与金属离子络合后，发色能力更强，反色现象给废水处理带来了极大的困难。

现有技术对于染料废水的处理主要有以下几种方法：

(1)絮凝沉淀法：这种方法的缺点是，由于染料废水为水溶性，絮凝沉淀效果不好，沉淀上清液在阳光照射下反色形成二次污染。

(2)吸附法：

A、活性炭吸附剂吸附，缺点是再生困难、成本太高。

B、生物活性炭吸附法，受到微生物浓度限制，微生物浓度低时降解效果差；微生物浓度高时堵塞活性炭孔道，造成吸附效果差。

C、微孔树脂吸附,吸附容量有限，不能满足染料废水的处理要求，而且吸附剂吸附饱和后，易形成二次污染。

(3)电化学和膜分析法：如电氧化技术、光氧化技术、微波协同技术、电气浮以及微电解等，这些方法虽然具有处理效果好，不产生二次污染，占地面积小的优点，但是其缺点是能耗大，处理高含盐量的染料废水极易结垢堵塞，增加处理成本。

(4)生物处理法：生物处理法成本低，但在高含盐量的情况下，由于菌种驯化效果不理想，影响降解效果。

中国专利公开号：CN 201310670975(本课题组前期研究成果)，介绍了“一种高级氧化技术和生物膜法组合处理染料废水的新工艺”，该工艺尽管处理后出水可以达到指标，但是这种方法能耗大、处理时间长、处理成本高。

迄今为止染料污水处理仍然是一个难以解决的技术问题。

发明内容

为解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供一种电解和微生物燃料电池组合处理染料废水的新方法，以期可以提高染料废水的降解效率，能源资源化再利用，且不形成二次污染。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明处理染料废水的方法，其特点在于：设置电化学和生物电化学耦合工艺，所述电化学和生物电化学耦合工艺是将电解池和微生物染料电池耦合；

电解池作为微生物染料电池前处理，通过物理和电化学作用提高染料废水的可生化性，促进后续的微生物染料电池对难降解有机物的去除和同步产电。

本发明处理染料废水的方法，其特点也在于：所述将电解池和微生物染料电池耦合是指将电解池和微生物染料电池通过软管串联。

所述电解池以石墨碳棒为阳极，不锈钢柱为阴极，所述石墨碳棒直径为2cm，高度为13cm，所述不锈钢柱内径为6cm，高度为12cm；

所述微生物燃料电池以两片不锈钢丝网作为阳极室电极和阴极室电极，在阳极室填充有高度为8cm颗粒活性炭层，在阴极室填充有高度为2cm颗粒活性炭层，所述颗粒活性炭的粒径为3-5mm。

微生物燃料电池阳极产生的电子通过不锈钢丝网和钛丝外电路传递到阴极，传递到阴极的电子与质子和空气中的氧气结合生成水，从而构成一个回路。

采用电解池作为前处理，将染料大分子降解为小分子中间体，然后在微生物燃料电池中进一步降解，同时产电，确保水质达标排放和能源回收利用。

与已有技术相比，本发明突出的创造性体现在：

本发明处理染料废水的方法，将电解池和微生物染料电池耦合，电解池将染料大分子降解为小分子中间体，提高废水的可生化性；微生物燃料电池进一步降解电解池出水，提高水质且产生电能。电解池与微生物燃料电池耦合，与单独使用电解池相比节约能源。

附图说明

图1为本发明电解池和微生物燃料电池耦合工艺的示意图；

图中标号：(1)进水；(2)不锈钢柱(阴极)；(3)石墨碳棒(阳极)；(4)搅拌器；(5)直流稳压电源；(6)蠕动泵；(7)电脑；(8)电压采集器；(9)可变外阻；(10)布水板；(11)支撑层；(12)阳极；(13)碳布；(14)支撑层；(15)阴极；(16)出水堰；(17)不锈钢支架；(18)出水口；(19)钛丝；(20)钛丝；(21)厌氧区

具体实施例

如图1所示，本实施例处理染料废水的方法是：

下面通过具体实施例对本发明做进一步说明。

实例1：

通过蠕动泵连续进浓度为20mg/L甲基红染料废水于电解池(EC)和微生物燃料电池(MFC)耦合系统中，电解池工作电压为2V，水力停留时间为3d；电解池出水COD去除率为20.6％，色度去除率为89.8％；微生物燃料电池出水COD去除率90.5％，色度去除率为100％，输出电压为0.59V。

实例2：

取安徽某染料化工有限公司染料废水50L，连续通入电解池(EC)和微生物燃料电池(MFC)耦合系统中，电解池工作电压为2V，水力停留时间为3d；电解池出水COD去除率为18.9％，色度去除率为86.5％；微生物燃料电池出水COD去除率89.5％，色度去除率为100％，输出电压为0.53V。

由上述实例可以看出，无论是模拟染料废水还是实际染料废水，本发明对于染料废水的处理，具有良好的处理效果。

上述实施例仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，凡在本发明的原则之内，所做的任何等同替代、修改和变化，均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电化学和微生物燃料电池组合处理染料废水的新方法，其特征在于：将电解池与微生物燃料电池耦合，充分发挥各自的特点，提高了染料废水的处理效果。

2.根据权利要求书1所述的电化学和微生物燃料电池组合处理染料废水的新方法，其特征在于：电解池与微生物燃料电池耦合是指将电解池与微生物燃料电池通过软管串联。

3.根据权利要求书1所述的电化学和微生物燃料电池组合处理染料废水的新方法，其特征在于：

所述电解池以石墨碳棒为阳极，不锈钢柱为阴极，所述石墨碳棒直径为2cm，高度为13cm，所述不锈钢柱内径为6cm，高度为12cm；

所述微生物燃料电池以两片不锈钢丝网作为阳极室电极和阴极室电极，在阳极室填充有高度为8cm颗粒活性炭层，在阴极室填充有高度为2cm颗粒活性炭层，所述颗粒活性炭的粒径为3-5mm。