[发明专利]一种微生物燃料电池电能原位利用的硫酸盐处理系统及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微生物燃料电池系统及其使用方法。

背景技术

随着我国工业的迅猛发展，特别是一些重污染行业，在生产过程中，会产生大量的含硫废水。据统计数据显示，我国涉及含硫的制药、化工等各类工业企业已超过了5万户，排放的含硫有机污水废水量超过60亿吨，同时，这类含硫废水中硫污染物浓度高、毒性大、易腐蚀废水构筑物、且处理往往无法达标，因此，含硫废水亟待处理。

含硫废水中往往含有多种硫化合物，其中包括：SO₄^2-、HS^-、S^2-等多种形态，不同的硫化物进入到环境水体中后，会导致环境水体水质严重恶化。当含硫化合物在厌氧条件下会被微生物还原，产生有毒气体硫化氢，会引起生物腐蚀，且气味恶臭，对人体健康及大气环境污染严重；未处理完全的硫酸盐废水排入水体环境后，会造成水体pH值降低、土壤酸化、对水体及水生生物产生严重污染，影响受纳水体的生态环境安全。同时，如果未经处理的含硫废水进入到传统的废水处理系统后，会对废水构筑物的正常运转产生很大影响，因此，急需对含硫废水进行有效的去除，从而从根本上解决含硫废水带来的严重环境污染问题。

传统的含硫废水处理方法通常采用物化方法和生化方法等2类处理方法进行，物化方法由于在处理过程中会增加额外的能耗并引入其他的化学试剂，因此，还需要进行后续的二次处理，而生化方法由于具有反应条件温和，操作条件简便、无需二次处理，因而被广泛的使用。在生化处理方法中，由于处理后产生的单质硫往往和污泥结合，收集具有较大的困难，从而使得系统中的单质硫回收率低，因此，如何在降低系统的运行成本的同时将产生的单质硫有效地回收是含硫废水生化处理过程的一个关键问题。

微生物燃料电池技术是环境工程领域近年来新兴的废水处理手段。微生物燃料电池技术是通过微生物作为催化剂，将废水中的有机底物进行分解代谢，同时将底物中的化学能转化为电子、质子，电子通过外电路传递到微生物燃料电池系统的阴极，质子通过内电路到达阴极，电子、质子和阴极的最终电子受体进行结合，完成最终的反应过程。通过微生物燃料电池系统，可以从有机废水中提取清洁能源电能，因此，微生物燃料电池技术是可以实现废水能源化的有效手段。微生物燃料电池系统作为一个生物处理过程，同样可以处理含硫废水，但是微生物燃料电池系统同样存在着单质硫难于回收的难题，为有效的解决单质硫的回收问题，急需对现有的微生物燃料电池系统进行改造。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有含硫有机废水处理中存在的能源消耗、运行成本高及单质硫回收率低的问题，而提供了一种微生物燃料电池电能原位利用的硫酸盐处理系统及其使用方法。

本发明的一种微生物燃料电池电能原位利用的硫酸盐处理系统，由硫酸盐还原微生物燃料电池系统、电池升压模块系统和电化学硫氧化系统构成，硫酸盐还原微生物燃料电池系统与电化学硫氧化系统分别通过外部导线与电池升压模块系统连接；

所述的硫酸盐还原微生物燃料电池系统由阳极盖板、阳极电极、阴极电极、阴极盖板、进水口和出水口构成；其中，硫酸盐还原微生物燃料电池系统底端和上端密封，硫酸盐还原微生物燃料电池系统上端设置有进水口和出水口；阳极盖板与阳极电极通过硅胶垫片进行密封连接，阴极盖板与阴极电极通过硅胶垫片进行密封连接，阳极电极、阴极电极分别与钛丝相连，并通过硅胶垫片进行密封连接，钛丝通过外部导线与电池升压模块系统连接；

所述的电化学硫氧化系统由阳极盖板、阳极电极、阴极电极、阴极盖板、进水口和出水口构成，其中，电化学硫氧化系统底端和上端密封，电化学硫氧化系统上端设置有进水口和出水口；阳极盖板与阳极电极通过硅胶垫片进行密封连接，阴极盖板与阴极电极通过硅胶垫片进行密封连接，阳极电极与阴极电极分别与钛丝相连，并通过硅胶垫片进行密封连接，钛丝通过外部导线与电池升压模块系统连接。

本发明的一种微生物燃料电池电能原位利用的硫酸盐处理系统的操作方法如下：将含硫废水通过进水口注入到硫酸盐还原微生物燃料电池系统中，在设定的固定外阻下，启动硫酸盐还原微生物燃料电池，利用该系统中的硫酸盐还原菌代谢硫酸盐，将硫酸盐转化成硫化物，产生的电能通过电池升压模块系统进行能量的收集和捕获，存储和利用，将硫酸盐还原微生物燃料电池系统中处理的出水通过出水口注入到电化学硫氧化系统中，利用来自升压模块系统储存的电能，驱动电化学硫氧化系统，实现能量的自供给和利用，从而实现硫化物向单质硫的转化。

本发明包含以下有益效果：