[发明专利]厌氧-好氧一体的微生物燃料电池废水处理系统

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种厌氧-好氧一体的微生物燃料电池废水处理系统，属于环境保护与资源综合-水污染防治领域。

发明背景

近年来，随着全球能源危机的发展，燃料电池技术的进步，利用电化学活性微生物(产电微生物)进行污染治理及能源回收的研究日益引起国内外研究者的关注(Rabaey et al.，2005；Logan et al.，2006；Lovley，2006)。电化学活性微生物的典型特征是代谢有机物的同时能够使电子从胞内向胞外传递，借助电极和导线形成闭路来回收电能。微生物燃料电池(Microbial fuel cell，MFC)是当前利用电化学活性微生物产电的主要系统。利用微生物燃料电池系统可同步达到电能回收和废水处理的目的。常规的微生物燃料电池系统，通常将阳极室通过氮吹控制在厌氧状态，以保持产电微生物的活性同时减少氧存在对产电的影响。目前，微生物燃料电池系统已经尝试用于多种高浓度有机废水的处理及能量回收，如啤酒废水、糠醛废水、化工废水和含酚废水等。高浓度有机废水经过微生物燃料电池系统回收电能后，废水中有机物往往得不到彻底去除，阳极室出水还含有原水20～30％的有机物，需要进一步处理后方可排放。此外，当某些高浓度有机废水中含有一定量的有毒有害难降解有机物时，如何实现难降解有机物分解和电能回收也是一亟待解决的问题。目前大多数微生物燃料电池相关专利都没能够实现在燃料电池系统内污染物的彻底转化。专利(CN101924228A)公开了一种微生物燃料电池及其处理苯胺废水的方法，它是一种基于双室的微生物燃料电池，产电系统对苯胺废水的去除率达到70％，但该专利没有给出产电后苯胺废水的处理方法。发明专利(CN1364146A)提出了一种用于废水处理的使用废水和活性污泥的生物燃料电池，它是采用双室型燃料电池，利用化粪池废水和畜禽养殖废水产电，但产电后废水COD浓度仍然为250～350mg/l，有待于进一步处理。据申请者调研，目前仅有一专利(公开号101383425A)涉及微生物燃料电池系统实现产电和污水彻底净化，它提出了两段式的微生物燃料电池工艺，将阳极室产电后的废水导入到微生物作为催化剂的阴极室，在好氧条件下继续进行废水处理。

产电微生物种类很多，主要有Aeromonas hydrophila，Desulfuromonas acetoxidans，Geobacter metallireducens，Geobacter sulfurreducens，Geopsychrobacter elcetrodophilus，Pseudomonas aeruginosa，Rhodopseudomonas ferrireducens，Shewanella putrefaciens，Geothrix fermentan(Schaetzle et al.，2008)。这些菌有一些是严格厌氧菌，但多数是兼性菌。兼性微生物的适应范围广，在有氧或无氧的环境中均能生长。一般以有氧生长为主，有氧时靠呼吸产能；兼具厌氧生长能力，无氧时通过发酵或无氧呼吸产能。因此，阳极室内的产电微生物对氧的存在并非异常敏感。有时，在好氧条件下反而表现出更好的产电活性。如Biffinger et al(2007)在微型微生物燃料电池系统内研究了Shewanella oneidensis DSP 10在厌氧和好氧条件下利用不同有机物产电的情况。发现当阳极液中有氧气时，利用葡萄糖产电的功率密度达到270±10W/m³，在严格好氧条件下，该菌利用葡萄糖产电的功率密度则小于100W/m³，说明该菌不仅能够在厌氧条件下产电，在好氧条件下也具有良好的产电效能和降解功能。一些废水处理工艺，如序批式活性污泥法，也常常采用厌氧、好氧交替的运行模式，通过兼性微生物在厌氧、好氧条件下的功能转化达到污染物去除和脱氮除磷的目的。因此，在微生物燃料电池废水处理系统的阳极室内，可充分利用兼性产电菌和兼性降解菌在厌氧和好氧条件下能够共存的机制，通过厌氧、好氧交替的运行模式实现产电和有机物彻底分解。

发明内容