CN117342688A - 一种耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统 - Google Patents
一种耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117342688A CN117342688A CN202311639505.8A CN202311639505A CN117342688A CN 117342688 A CN117342688 A CN 117342688A CN 202311639505 A CN202311639505 A CN 202311639505A CN 117342688 A CN117342688 A CN 117342688A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fuel cell
- microbial fuel
- fenton
- chamber
- biological
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 122
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 title claims abstract description 121
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 31
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 30
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 claims description 21
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims description 17
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000010405 anode material Substances 0.000 claims description 15
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 14
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 11
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 10
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 7
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims description 5
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims description 5
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 4
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M Sodium acetate Chemical compound [Na+].CC([O-])=O VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 2
- 235000017281 sodium acetate Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000001632 sodium acetate Substances 0.000 claims description 2
- 239000012028 Fenton's reagent Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 abstract description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract description 2
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 abstract description 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 12
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 5
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 3
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000010170 biological method Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/005—Combined electrochemical biological processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/722—Oxidation by peroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
- C02F2201/009—Apparatus with independent power supply, e.g. solar cells, windpower, fuel cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/02—Specific form of oxidant
- C02F2305/026—Fenton's reagent
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
Abstract
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统。所述耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统包括单室微生物燃料电池、微生物燃料电池组合单元、蠕动泵和Fenton氧化沉淀单元。本发明提供的Fenton废水处理系统不需要外加电源，通过串联单室微生物燃料电池来获得持久且稳定的电压，省去了电能的消耗。该系统可原位产生H2O2并从Fenton铁泥中再生Fe2+，作为Fenton氧化沉淀单元中试剂的持续来源，实现了无需外部添加Fenton试剂的效果，又可以通过Fenton氧化沉淀单元对废水实现高效降解，具有安全无毒、无二次污染、可持续处理的优点，为电Fenton技术的进一步发展提供了技术支撑。
Description
技术领域
本发明属于废水处理领域，尤其涉及一种耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统。
背景技术
随着工业化的不断发展，有机废水的数量和种类迅速增加，废水中污染物的成分也越来越复杂，目前，普遍用于处理有机废水的生物法虽然成本低廉，但面对一些难生物降解的有机污染物时效果不佳。而Fenton法作为一种高级氧化技术，产生的羟基自由基(·OH)具有很强的氧化性，能够氧化降解大多数有机物。但传统的均相Fenton技术在处理废水时，需要投加大量的Fenton试剂(即：H2O2和Fe2+)，而H2O2在制备、运输和存储中存在较大风险，同时Fe2+氧化后会产生大量铁泥，增加了后续处理费用，这些缺点限制了其在实际应用中发展。
电Fenton技术从某种程度上减少了传统Fenton药剂投加和铁泥的产生，但需要消耗大量的电能；此外，现有的电Fenton系统中还存在Fe2+不能良性循环的问题，产生的铁泥沉淀会覆盖电极，不仅造成二次污染还会降低处理效率。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
根据本发明实施例的第一方面，提供了一种耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统，包括单室微生物燃料电池、微生物燃料电池组合单元、蠕动泵和Fenton氧化沉淀单元，
所述微生物燃料电池组合单元包括生物阳极室、生物阴极室和非生物阴极室，所述生物阴极室和所述非生物阴极室分别与所述生物阳极室通过质子交换膜分隔；
所述微生物燃料电池组合单元中生物阳极室填充有待处理废水；
所述微生物燃料电池组合单元中生物阴极室填充有铁泥溶液，生物阴极材料包括接种有铁还原菌的生物膜；
所述生物阳极室的生物阳极材料和所述非生物阴极室的非生物阴极材料均为碳基材料；具体的，所述生物阳极室的生物阳极材料为碳纤维刷，所述非生物阴极材料为石墨板；
所述非生物阴极室填充含硫酸钠的导电溶液；
所述单室微生物燃料电池室内填充有机废水或生物碳源，所述单室微生物燃料电池与所述微生物燃料电池组合单元串联；
所述微生物燃料电池组合单元的生物阳极室的出口与所述Fenton氧化沉淀单元的入口连接，所述Fenton氧化沉淀单元还包括进水口和沉降物排出口，所述沉降物排出口与所述微生物燃料电池组合单元的生物阴极室连接。
进一步的，所述Fenton废水处理系统还包括第一蠕动泵，所述生物阳极室的出口与所述第一蠕动泵的入口连接，所述第一蠕动泵的出口与所述Fenton氧化沉淀单元的入口连接。
进一步的，所述Fenton废水处理系统还包括第二蠕动泵，所述微生物燃料电池组合单元中生物阴极室和非生物阴极室分别通过所述第二蠕动泵连接至所述Fenton氧化沉淀单元。
进一步的，所述单室微生物燃料电池包括阴极和生物阳极，所述单室微生物燃料电池的生物阳极与所述微生物燃料电池组合单元的生物阴极和/或非生物阴极连接，所述单室微生物燃料电池的阴极与所述微生物燃料电池组合单元的生物阳极连接。
进一步的，所述单室微生物燃料电池中的生物阳极包括碳毡，阴极材料包括石墨棒。
进一步的，所述微生物燃料电池组合单元中生物阳极材料包括碳纤维刷；非生物阴极材料包括石墨板；生物阴极材料包括碳毡。
进一步的，所述单室微生物燃料电池中有机废水为易降解有机废水，所述易降解有机废水是指B/C＞0.58的有机废水；所述生物碳源包括葡萄糖或乙酸钠。
进一步的，所述Fenton废水处理系统还包括搅拌机构和曝气装置，所述搅拌机构设置在所述Fenton氧化沉淀单元上，所述曝气装置包括曝气管、进气管和氧气瓶，所述进气管的一端与所述曝气管连接，所述进气管的另一端与所述氧气瓶连接，所述曝气管设置在所述微生物燃料电池组合单元中的非生物阴极室内。
进一步的，所述进气管上设有供气量调节阀和流量计。
进一步的，所述Fenton废水处理系统还包括pH调节装置，所述pH调节装置包括计量加药泵，所述计量加药泵与所述Fenton氧化沉淀单元连接。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
本发明提供一种耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统，该系统不需要外加电源，通过串联单室微生物燃料电池来获得较高且稳定的电压，省去了电能的消耗。该系统可原位产生H2O2并从Fenton铁泥中再生Fe2+，作为 Fenton氧化沉淀单元中试剂的持续来源，实现了无需外部添加Fenton试剂的效果，又可以通过Fenton氧化沉淀单元实现对废水的高效降解，具有安全无毒、无二次污染、可持续处理的优点，为电Fenton技术的进一步发展提供了技术支撑。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明一典型实施例中耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统结构图；
图2为本发明一典型实施例中耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统流程图；
图中标记：1、单室微生物燃料电池；2、碳毡；3、石墨棒；4、微生物燃料电池组合单元；5、铁还原菌；6、碳纤维刷；7、质子交换膜；8、石墨板；9、曝气装置；10、蠕动泵；11、Fenton氧化沉淀单元；12、搅拌机构；13、计量加药泵；14、pH调节系统；15、电阻。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。以下提供的实施例可作为本技术领域普通技术人员进行进一步改进的指南，并不以任何方式构成对本发明的限制。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
如图1所示，本发明实施例的一个方面提供了一种耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统，包括单室微生物燃料电池1、微生物燃料电池组合单元4、Fenton氧化沉淀单元11。在具体实施中，可根据需要使用两个以上的单室微生物燃料电池1，均在本申请的保护范围内。
所述的单室微生物燃料电池1利用微生物对有机物质的降解产生电子来提供一定的电能，保证微生物燃料电池组合单元4中微生物燃料电池有较高且稳定的电压，并增强微生物燃料电池中生物阳极对废水中有机物的降解作用。
所述的微生物燃料电池组合单元4用于对废水中有机物的降解，同时产生一定量质子（H+）和电子（e-），H+通过质子交换膜7分别进入生物阴极室和非生物阴极室，e-通过外电路完成传递，且在微生物燃料电池组合单元4的非生物阴极和生物阴极处分别产生H2O2和Fe2+。
所述的微生物燃料电池组合单元4包括生物阳极室、生物阴极室和非生物阴极室，生物阳极室设置两个生物阳极，生物阴极室和非生物阴极室与阳极室之间均用质子交换膜7隔开，但不仅限于质子交换膜。生物阳极与生物阴极、生物阳极与非生物阴极之间分别通过导线和电阻15与单室微生物燃料电池1连接。
所述的单室微生物燃料电池1中的生物阳极材料为碳纤维刷6或碳毡2。生物阳极材料选择厌氧活性污泥作为接种污泥，于配置的营养液中进行培养。阴极材料为石墨棒3或碳毡2，在生物阳极处和阴极处连接数据采集系统，采集微生物燃料电池产电情况。
所述的微生物燃料电池组合单元4中生物阳极材料为碳纤维刷6或碳毡2，将厌氧活性污泥作为接种污泥于配置的营养液中进行培养。所述的微生物燃料电池组合单元4中生物阴极为碳毡2，生物阴极材料接种于厌氧颗粒污泥和新鲜Fenton铁泥的混合溶液，厌氧颗粒污泥和新鲜Fenton铁泥的混合溶液中富集铁还原菌5。所述的微生物燃料电池组合单元4中非生物阴极材料为石墨板8。所述的微生物燃料电池组合单元4生物阳极与生物阴极、生物阳极与非生物阴极之间均连接数据收集系统。
所述的单室微生物燃料电池1启动时在单室中填充为葡萄糖。所述的微生物燃料电池组合单元4启动时生物阳极室的阳极液为待处理的废水。
所述的Fenton氧化沉淀单元11用于将所述微生物燃料电池组合单元4中产生的H2O2和Fe2+与该单元生物阳极的出水进行充分搅拌混合并发生Fenton氧化反应。由H2O2和Fe2+产生·OH，对废水中的难降解有机物进行降解。待反应完成后根据水质情况进行调节pH，并进行沉淀。待沉淀完成后澄清水通过管道流出，固液混合物回流到所述的微生物燃料电池组合单元4中生物阴极室。
本发明提供的一种耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统还可以采用以下技术措施进一步实现：
优选的，所述的单室微生物燃料电池1中的生物阳极材料为碳毡2，阴极材料为石墨棒3。所述的微生物燃料电池组合单元4中阳极材料选择碳纤维刷6。
优选的，所述的生物阳极材料碳毡2和碳纤维刷6，均在微生物燃料电池中培养1-2月，待数据采集系统中电压稳定在0.65 V即为培养完成。
优选的，所述的微生物燃料电池组合单元4中非生物阴极材料为石墨板8，对H2O2的产生效果较佳。所述的微生物燃料电池组合单元4中生物阴极材料为碳毡2。
优选的，所述的单室微生物燃料电池1的数量为2，也可根据需要进行增加。
优选的，在系统启动时将所述的2个单室微生物燃料电池1与所述的微生物燃料电池组合单元4分别进行串联。
优选的，所述的单室微生物燃料电池1与所述的微生物燃料电池组合单元4中生物阳极室均保持厌氧环境。
优选的，所述的一种于微生物燃料电池的无药剂Fenton处理系统还包括搅拌机构12和曝气装置9。搅拌机构12设置于所述的Fenton氧化沉淀单元11。
优选的，曝气装置9设置于所述的非生物阴极处，控制氧气流量在0.5 L/min ~1.4L/min。
优选的，所述曝气装置9包括曝气管、进气管和氧气瓶，所述进气管的一端与所述曝气管连接，所述进气管的另一端与所述氧气瓶连接，所述曝气管设置在所述微生物燃料电池组合单元中的非生物阴极室内。所述进气管上设有供气量调节阀和流量计。
优选的，在所述的微生物燃料电池组合单元4中生物阳极室出水管、生物阴极室出水管和非生物阴极室出水管分别通过蠕动泵10连接所述的Fenton氧化沉淀单元11。
优选的，所述的Fenton氧化沉淀单元11的污泥斗的排泥管通过蠕动泵10连接所述的微生物燃料电池组合单元4中生物阴极室。
优选的，所述的Fenton氧化沉淀单元11中设置pH调节系统14，通过计量加药泵13实现对药品添加。
如图2所示，一种耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统，包括以下步骤：
(1)培养接种阶段：将单室微生物燃料电池1中阳极材料、微生物燃料电池组合单元4中的阳极材料，均采用污水厂的厌氧活性污泥接种，采用间歇培养，待数据采集系统中电压稳定在0.65 V即为培养完成。微生物燃料电池组合单元4中的生物阴极材料采用含有铁还原菌5的污泥混合液进行接种，直到生物阴极材料上形成明显生物膜且稳定生成Fe2+，即为培养完成。
(2)串联启动阶段：将单室微生物燃料电池1的生物阳极与阴极分别与微生物燃料电池组合单元4的阴极与生物阳极通过导线连接，其中微生物燃料电池组合单元4中阴阳极室通过质子交换膜7隔开。微生物燃料电池组合单元4中的生物阳极室底物替换为待处理废水，单室微生物燃料电池1内仍为葡萄糖。通过串联来增强电压，电压升高并达到稳定值且Fenton试剂的生成量稳定，即为串联启动成功。
(3)运行阶段：微生物燃料电池组合单元4生物阳极上的微生物对废水中的有机物进行降解，产生e-和H+，并分别通过外电路和质子交换膜7传递进入阴极室，产生H2O2和Fe2+。以上发生的反应如下：
生物阳极：CxHyOz+（2x-z）H2O→xCO2+（4x+y-2z）H++（4x+y-2z）e- （1）
非生物阴极：O2+2H++2e-→H2O2 （2）
生物阴极：Fe3++e-→Fe2+ （3）
微生物燃料电池组合单元4生物阳极室的处理出水、非生物阴极室产生的H2O2和生物阴极室产生Fe2+分别通过蠕动泵10泵入Fenton氧化沉淀单元11。通过控制蠕动泵10流量，进而控制进水量以及H2O2和Fe2+投加量。在Fenton氧化过程中需要进行搅拌保证废水与Fenton试剂充分接触，通过Fenton反应将废水中难降解有机物进行了降解。待Fenton处理完成后，调整水的pH，使水进行沉降，带沉降完成后，澄清水通过管道流出，沉降的固液混合物回流到微生物燃料电池组合单元4中生物阴极室中。
以下结合具体实验例对本发明进行详细论述，以便理解本发明的技术方案。
本实验所用的待处理废水为含12种难降解有机污染物的合成废水，所采用的反应器主体均由有机玻璃制成，单室微生物燃料电池1共2个，单个尺寸为7×7×8cm(长×宽×高)，有效体积为350 cm3，室顶有两个直径1 cm的小孔，平时用胶塞封堵。微生物燃料电池组合单元4中生物阳极室的尺寸为16×7×7cm(长×宽×高)，有效体积为700 cm3，生物阴极室和非生物阴极室的尺寸均为7×7×7cm(长×宽×高)，有效体积为300 cm3，生物阳极室与生物阴极室、非生物阴极室通过质子交换膜7隔开(杜邦质子交换膜10N117)。
单室微生物燃料电池1，阳极材料为碳毡2，直径5 cm，厚2 mm，阴极材料为石墨棒3，直径0.8 cm，长度5 cm。微生物燃料电池组合单元4阳极材料采用碳纤维刷6，碳纤维刷6以碳纤维和铁丝为原料拧制而成，刷头长6 cm，直径5 cm，铁丝柄长15 cm；微生物燃料电池组合单元4生物阴极材料为碳毡2，直径6 cm，厚2 mm，非生物阴极材料为石墨板8，尺寸为6×1×7cm (长×宽×高)。所有电极材料均经丙酮浸泡过夜，取出后置入马弗炉450℃，加热30 min。
所述系统启动运行稳定后，待处理废水COD 去除率达96.7%， 废水中12种难降解有机污染物有10种降解率在92%以上，有2种降解率在85%以上。所述系统产电运行时间可达72 h，Fenton铁泥经10次循环后，Fe2+再生率保持在93%。
上述实验表明，本发明的耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统不需要外加电源，也无需额外添加Fenton试剂，可同时实现对废水中有机物的高效去除以及对Fenton铁泥的循环利用，达到减污降碳，绿色环保的目的，为电Fenton技术的进一步发展提供了技术支撑。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统，其特征在于，包括单室微生物燃料电池、微生物燃料电池组合单元、蠕动泵和Fenton氧化沉淀单元；
所述微生物燃料电池组合单元包括生物阳极室、生物阴极室和非生物阴极室，所述生物阴极室和所述非生物阴极室分别与所述生物阳极室通过质子交换膜分隔；
所述微生物燃料电池组合单元中生物阳极室填充有待处理废水；
所述微生物燃料电池组合单元中生物阴极室填充有铁泥溶液，生物阴极材料包括接种有铁还原菌的生物膜；
所述生物阳极室的生物阳极材料和所述非生物阴极室的非生物阴极材料均为碳基材料；
所述单室微生物燃料电池室内填充有机废水或生物碳源，所述单室微生物燃料电池与所述微生物燃料电池组合单元串联；
所述微生物燃料电池组合单元的生物阳极室的出口与所述Fenton氧化沉淀单元的入口连接，所述Fenton氧化沉淀单元还包括进水口和沉降物排出口，所述沉降物排出口与所述微生物燃料电池组合单元的生物阴极室连接。
2.根据权利要求1所述耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统，其特征在于：所述Fenton废水处理系统还包括第一蠕动泵，所述生物阳极室的出口与所述第一蠕动泵的入口连接，所述第一蠕动泵的出口与所述Fenton氧化沉淀单元的入口连接。
3.根据权利要求1或2所述耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统，其特征在于：所述Fenton废水处理系统还包括第二蠕动泵，所述微生物燃料电池组合单元中生物阴极室和非生物阴极室分别通过所述第二蠕动泵连接至所述Fenton氧化沉淀单元。
4.根据权利要求1所述耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统，其特征在于：所述单室微生物燃料电池包括阴极和生物阳极，所述单室微生物燃料电池的生物阳极与所述微生物燃料电池组合单元的生物阴极和/或非生物阴极连接，所述单室微生物燃料电池的阴极与所述微生物燃料电池组合单元的生物阳极连接。
5.根据权利要求1所述耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统，其特征在于：所述单室微生物燃料电池中的生物阳极包括碳毡，阴极材料包括石墨棒。
6.根据权利要求1所述耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统，其特征在于：所述微生物燃料电池组合单元中生物阳极材料包括碳纤维刷；非生物阴极材料包括石墨板；生物阴极材料包括碳毡。
7.根据权利要求1所述耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统，其特征在于：所述单室微生物燃料电池中有机废水为易降解有机废水；所述生物碳源包括葡萄糖或乙酸钠。
8.根据权利要求1所述耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统，其特征在于：所述Fenton废水处理系统还包括搅拌机构和曝气装置，所述搅拌机构设置在所述Fenton氧化沉淀单元上，所述曝气装置包括曝气管、进气管和氧气瓶，所述进气管的一端与所述曝气管连接，所述进气管的另一端与所述氧气瓶连接，所述曝气管设置在所述微生物燃料电池组合单元中的非生物阴极室内。
9.根据权利要求8所述耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统，其特征在于：所述进气管上设有供气量调节阀和流量计。
10.根据权利要求1或8所述耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统，其特征在于：所述Fenton废水处理系统还包括pH调节装置，所述pH调节装置包括计量加药泵，所述计量加药泵与所述Fenton氧化沉淀单元连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311639505.8A CN117342688B (zh) | 2023-12-04 | 2023-12-04 | 一种耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311639505.8A CN117342688B (zh) | 2023-12-04 | 2023-12-04 | 一种耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117342688A true CN117342688A (zh) | 2024-01-05 |
| CN117342688B CN117342688B (zh) | 2024-03-29 |
Family
ID=89371363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311639505.8A Active CN117342688B (zh) | 2023-12-04 | 2023-12-04 | 一种耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117342688B (zh) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060251959A1 (en) * | 2003-06-27 | 2006-11-09 | Dimitre Karamanev | Biofuel cell |
| CN101172742A (zh) * | 2007-10-23 | 2008-05-07 | 浙江大学 | 一种还原溶液中Fe(III)EDTA的方法及其应用 |
| CN104651440A (zh) * | 2015-01-14 | 2015-05-27 | 同济大学 | 电促碳链生物延伸方法及其装置 |
| CN110877956A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-03-13 | 北京城市排水集团有限责任公司 | 处理芬顿铁泥的装置和方法 |
| CN210656331U (zh) * | 2019-08-28 | 2020-06-02 | 华中科技大学 | 一种耦合微生物燃料电池和电芬顿系统的污水处理装置 |
| CN111689571A (zh) * | 2019-03-11 | 2020-09-22 | 北京化工大学 | 控制过氧化氢生成和消除的微生物电化学系统及方法 |
| WO2021075816A1 (ko) * | 2019-10-15 | 2021-04-22 | 박용학 | 높은 환원 전위를 갖는 전자 흡수체를 이용한 미생물 연료전지 및 이를 이용한 전기 에너지 생산방법 |
| CN116177716A (zh) * | 2022-12-20 | 2023-05-30 | 湖南大学 | 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 |
| CN117039087A (zh) * | 2023-09-01 | 2023-11-10 | 中国科学院成都生物研究所 | 一种生物氧化还原铁液流电池及其制备和应用方法 |
| CN117069206A (zh) * | 2023-09-06 | 2023-11-17 | 中复神鹰碳纤维股份有限公司 | 用于降解回收回水中二甲基亚砜的电解-芬顿氧化-电化学铁还原体系 |
-
2023
- 2023-12-04 CN CN202311639505.8A patent/CN117342688B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060251959A1 (en) * | 2003-06-27 | 2006-11-09 | Dimitre Karamanev | Biofuel cell |
| CN101172742A (zh) * | 2007-10-23 | 2008-05-07 | 浙江大学 | 一种还原溶液中Fe(III)EDTA的方法及其应用 |
| CN104651440A (zh) * | 2015-01-14 | 2015-05-27 | 同济大学 | 电促碳链生物延伸方法及其装置 |
| CN111689571A (zh) * | 2019-03-11 | 2020-09-22 | 北京化工大学 | 控制过氧化氢生成和消除的微生物电化学系统及方法 |
| CN210656331U (zh) * | 2019-08-28 | 2020-06-02 | 华中科技大学 | 一种耦合微生物燃料电池和电芬顿系统的污水处理装置 |
| WO2021075816A1 (ko) * | 2019-10-15 | 2021-04-22 | 박용학 | 높은 환원 전위를 갖는 전자 흡수체를 이용한 미생물 연료전지 및 이를 이용한 전기 에너지 생산방법 |
| CN110877956A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-03-13 | 北京城市排水集团有限责任公司 | 处理芬顿铁泥的装置和方法 |
| CN116177716A (zh) * | 2022-12-20 | 2023-05-30 | 湖南大学 | 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 |
| CN117039087A (zh) * | 2023-09-01 | 2023-11-10 | 中国科学院成都生物研究所 | 一种生物氧化还原铁液流电池及其制备和应用方法 |
| CN117069206A (zh) * | 2023-09-06 | 2023-11-17 | 中复神鹰碳纤维股份有限公司 | 用于降解回收回水中二甲基亚砜的电解-芬顿氧化-电化学铁还原体系 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| DONGLIANG WANG等: "Degradation of refractory organics in dual-cathode electro-Fenton using air-cathode for H2O2 electrogeneration and microbial fuel cell cathode for Fe2+ regeneration", 《JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS》, no. 412, pages 1 - 13 * |
| 钱莹等: "微生物燃料电池电极材料及耦合体系研究进展", 《中原工学院学报》, vol. 34, no. 02, pages 43 - 55 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117342688B (zh) | 2024-03-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112573667B (zh) | 一种基于藻菌共生电化学体系的污水处理装置及其方法 | |
| CN108314184B (zh) | 一种促进厌氧反应器启动的方法 | |
| CN107032479B (zh) | 一种生物电化学厌氧/微电解共混耦合强化处理高浓度环丙沙星废水的方法 | |
| CN110240367B (zh) | 一种碳氮磷同步高效去除的污水处理系统及方法 | |
| CN105565494A (zh) | 膜曝气生物膜与生物电化学耦合系统及其应用 | |
| CN103073114A (zh) | 一种低处理成本的废水脱色方法 | |
| CN110078225A (zh) | 一种微生物电解池及有机物氧化降解同步co2甲烷化方法 | |
| CN104261559A (zh) | 一种新型微生物电解强化升流式套筒厌氧消化产甲烷反应器及利用其处理废液的方法 | |
| CN113234590A (zh) | 一种沼气制备装置及方法 | |
| CN109912145B (zh) | 一种好氧颗粒污泥产电装置 | |
| CN112174293A (zh) | 一种去除低浓度抗生素的电强化生物滞留系统 | |
| CN103496789A (zh) | 一种生物电化学辅助膜生物反应器污水处理装置和方法 | |
| CN105502664A (zh) | 一种ab-asbr反应器启动厌氧氨氧化的装置 | |
| CN107010728A (zh) | 一种渐变式全程自养脱氮系统及其处理方法 | |
| CN103865957A (zh) | 一种联合产氢产乙酸菌和产电菌强化生物制氢效能的方法 | |
| CN111186961B (zh) | 一种电化学无泡曝气膜生物反应器及其应用 | |
| CN117342688B (zh) | 一种耦合微生物燃料电池的Fenton废水处理系统 | |
| CN104628134A (zh) | 一种上流式电化学生物膜反应器 | |
| CN105541051B (zh) | 一种ab‑asbr反应器启动厌氧氨氧化的工艺 | |
| CN108217915A (zh) | 用于污水处理的微生物电化学生物转盘 | |
| CN109319924B (zh) | 一种强化好氧污泥颗粒化过程的装置及其方法 | |
| CN106946351A (zh) | 一种自发电微电流有机物降解装置及其应用 | |
| CN111370725A (zh) | 一种基于生物动态膜的mfc系统及强化产电方法 | |
| CN110451636A (zh) | 一种膜生物反应器、污水处理系统及处理方法 | |
| CN115974288A (zh) | 一种利用电场耦合磁场强化硝酸盐异化还原为铵过程的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |