利用微生物電芬頓燃料電池降解聚醚廢水的方法與流程

本發明涉及污水處理的技術，具體涉及一種微生物電芬頓燃料電池陰極降解聚醚廢水的方法。

背景技術：

聚醚又稱聚醚多元醇，是由含活潑氫分子化合物(醇類、胺類)作起始劑，與環氧化合物(eo、po、bo)在催化劑作用下開環聚合而成。同時聚醚廢水的cod很高(10～30g/l)，可生化性極差(bod5/codcr<0.05)，傳統的物理化學方法難以處理。由于作為消泡劑、潤濕劑和乳化劑等的聚醚在人們生活中扮演越來越重要的角色，所以帶來了許多環境問題，例如水體富營養化，影響水產養殖業發展，危害生態環境等。許多研發者也采用一些技術來降解聚醚廢水，但存在一些缺陷。例如張赟等(工業水處理，2006，26(6)，23-25)用陶瓷膜處理聚醚廢水，容易造成膜污染；釋秀鵬等(水處理技術，2012，38(5)，77-79)對聚醚廢水生化強化，成本大且遺留藥劑容易造成水污染。

針對上述問題，需要采用新型環保工藝來處理聚醚廢水。在降解聚醚廢水時，同時也要注意控制成本和不造成二次污染。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：本發明提供一組環保節能且低成本工藝，應用于聚醚廢水當中。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：環保節能且低成本工藝－微生物電芬頓燃料電池。微生物電芬頓燃料電池是利用發電微生物在陽極室厭氧降解聚醚廢水中有機物，釋放電子和質子，即產生電能。電子通過外電路傳遞到陰極室，質子通過質子交換膜傳遞到陰極室。在不斷通氧氣的陰極室的電子、質子形成h2o2，h2o2再和二價鐵離子相結合，形成原位芬頓反應，產生有強氧化能力·oh來氧化陰極室中的聚醚廢水。

本發明的一種利用微生物電芬頓燃料電池降解聚醚廢水的方法，包括制作碳氈電極，馴養微生物，啟動電池，取樣測樣。

所述的制作碳氈電極是先將2塊5*5cm²碳氈放在1m的naoh溶液中放置2h，然后放在蒸餾水中浸泡6h后，去除碳氈表面雜質。接著將去除雜質的碳氈放在熱反應爐中，以氨氣為氣體介質，在溫度600℃、時間為30s的條件下反應，以增加碳氈比表面積。最后用銅導線穿插在碳氈中，制成碳氈電極。

所述的馴養微生物是在cod為10000mg/l的1000ml聚醚廢水，添加氮源co(nh2)2和磷源kh2po4，使c：n：p≈100：5：1，然后倒200ml的深紅紅螺菌397菌液于聚醚廢水中，攪拌混合均勻，密封厭氧培養。接著每隔3天測一次cod、n和p。測試完，立即添加碳氮磷源，維持先前的c、n、p之比。微生物在電池啟動前3個月內馴養。

所述的啟動電池是先將菌液和10000mg/l聚醚廢水放在安裝攪拌器的陽極室，厭氧且攪拌溶液，加速微生物降解有機物。然后將2500mg/l聚醚廢水放在通氧氣的陰極室，外添加feso4·7h2o來調節鐵離子濃度。然后將兩塊碳氈電極等距地插在電池的陰陽極室，用銅導線連接兩電極構成外電回路。

所述的取樣測樣是分別在1，2，4，8，12，24h時取陰極室水樣采用盛奧華cod速測儀，分光光度法測定cod。在測樣前要對水樣預處理即添加1m的naoh溶液通過rpb10型筆式ph計將水樣ph調到10±0.2，再用離心機將沉淀分離，取上層清液進行cod測定。

本發明采用上述技術方案后具有的有益效果是：

1.本發明自身輸出電能，不需要外接電源，節能。微生物電芬頓燃料電池陽極室微生物厭氧有機物產生的電子從微生物細胞傳遞至陽極表面經由外電路到達陰極電極，電子不斷地產生、傳遞、流動形成電流，完成產電過程，節約能源。

2.本發明綠色環保，沒有二次污染。微生物燃料電芬頓電池產生高氧化還原電位·oh(e＝2.8v)，發生鏈式反應降解去除聚醚廢水中難降解有機污染物并礦化為co2、h2o，沒有產生二次污染，是清潔型工藝。

3.本發明可以有效降解聚醚廢水。聚醚是主鏈含有醚鍵，端基或側基含有大于2個羥基的低聚物。·oh可以有效切段醚鍵和羥基，發生鏈式反應轉化為co2、h2o，來降解聚醚廢水。

4.本發明成本比一般處理聚醚廢水組合工藝低。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是微生物電芬頓燃料電池的結構示意圖。

圖1中：1.外電阻，2.電壓表，3.硅膠墊圈和墊片，4.陽離子交換質子膜，5.銅導線，6.碳氈電極，7.攪拌器，8.曝氣裝置，9.陽極室，10.陰極室。

圖2是一個周期內微生物電芬頓燃料電池的輸出電壓與時間的關系圖。

圖3是一個周期內微生物電芬頓燃料電池產生的h2o2的濃度與時間的關系圖。

圖4是微生物電芬頓燃料電池在24h內ph為3時，不同fe²⁺對聚醚廢水cod降解與時間的關系圖。

具體實施方式

現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。

如圖1～圖4所示，本發明的一種利用微生物電芬頓燃料電池降解聚醚廢水的方法，包括制作碳氈電極，馴養微生物，啟動電池，取樣測樣。

所述的制作碳氈電極是先將2塊5*5cm²碳氈放在1m的naoh溶液中放置2h，然后放在蒸餾水中浸泡6h后，去除碳氈表面雜質。接著將去除雜質的碳氈放在熱反應爐中，以氨氣為氣體介質，在溫度600℃、時間為30s的條件下反應，以增加碳氈比表面積。最后用銅導線穿插在碳氈中，制成碳氈電極。

所述的馴養微生物是在cod為10000mg/l的1000ml聚醚廢水，添加氮源co(nh2)2和磷源kh2po4，使c：n：p≈100：5：1，然后倒200ml的深紅紅螺菌397菌液于聚醚廢水中，攪拌混合均勻，密封厭氧培養。接著每隔3天測一次cod、n和p。測試完，立即添加碳氮磷源，維持先前的c、n、p之比。微生物在電池啟動前3個月內馴養。

所述的啟動電池是是按圖1搭建微生物電芬頓燃料電池，采用h型雙池式結構，具有體積相等的陽極室9和陰極室10，陽極室9和陰極室10之間用質子交換膜4相隔開，質子交換膜4的頂端和底端通過硅膠墊圈和墊片3密封。碳氈陽陰極6用銅導線5連接1000ω外電阻1和電壓表2構成回路。陽極室9安裝攪拌器7，陰極室10安裝曝氣裝置8。將搭建好的微生物電芬頓燃料電池在無菌凈化操作臺用紫外燈照射30min，吹風約15min將紫外照射后產生的臭氧吹出。陽極室9中具有cod10000mg/l聚醚廢水底物和深紅紅螺菌微生物液，溫度控制在30±1℃左右，同時啟動攪拌器，聚醚廢水在微生物厭氧作用下被氧化釋放電子和質子。陰極室10中是cod2500mg/l聚醚廢水，開始調節陰極室聚醚廢水的ph為3，外添加feso4·7h2o來調節鐵離子濃度，然后同時啟動曝氣器，提供氧氣。用萬用電壓表(優利德ut30)每隔1小時測一次電壓，電壓表數據逐漸升高，說明電池啟動成功。

所述的取樣測樣是分別在1，2，4，8，12，24h時取陰極室水樣采用盛奧華cod速測儀，分光光度法測定cod。在測樣前要對水樣預處理即添加1m的naoh溶液通過rpb10型筆式ph計將水樣ph調到10±0.2，再用離心機將沉淀分離，取上層清液進行cod測定。從陰極室取3ml溶液，經0.45um濾膜處理，然后由選用h2o2快速測定儀(lovibond－et8600，germany)測定，測試波長為528nm，檢測限為0.05mg/l。

以下提供本發明的1個實施例以進一步闡述本發明的技術實施方案：

實施例1

按圖1搭建微生物電芬頓燃料電池，在陽極室9倒入110mlcod10000mg/l聚醚廢水底物和深紅紅螺菌微生物液，溫度控制在30±1℃左右，同時啟動攪拌器7。陰極室10中是110mlcod2500mg/l聚醚廢水，調節陰極室聚醚廢水的ph為3，外添加feso4·7h2o來調節鐵離子濃度(0mm；1mm；2mm；5mm；7mm；10mm；12mm)，然后同時啟動曝氣器8，提供氧氣。用電壓表測電壓，繪制出如附圖2和3所示的一個周期內輸出電壓和h2o2濃度隨時間變化的關系曲線圖，如圖2所示，最大電壓為450mv；如圖3所示，h2o2最大濃度為2.5mg/l。待電壓穩定時，取3ml水樣進行cod測試，繪制出如附圖4所示電池在24h內ph為3時，不同fe²⁺對聚醚廢水cod降解與時間的關系圖。如附圖4所示，24h內cod最大降解率達51.9％。

以上述依據本發明的理想實施例為啟示,通過上述的說明內容,相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內,進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容,必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。