[发明专利]一种无需外加电源的电吸附处理废水装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源与环境工程技术领域，涉及无需外加电源的电吸附处理废水的装置及方法。

背景技术

微生物燃料电池(MFCs)是一种能够将有机物转化为电能的新型装置，阳极室中的有机物在微生物的作用下，被氧化产生质子和电子，电子然后转移到阳极，通过外电路到达阴极；质子从阳极室中透过质子交换膜到达阴极室，在阴极表面，电子、质子以及电子受体(通常是氧气)在阴极催化剂的帮助下反应生成水。虽然MFCs能够同时进行废水的处理和电能的产生，但是目前其很难应用于实际，主要是由于低的产电量和较高的运行成本。因此，对于MFCs新功能的开发，目前已经越来越受到关注。

电吸附(Electrosorption)技术是近些年来发展起来的一种新型的废水处理技术，对于有机污染物和无机离子均具有较好的去除效果。电吸附法主要是在电吸附阳极和阴极之间施加一定的电压，溶液中的离子或极化的有机分子能够在电场的作用下，朝着带相反电荷的电极迁移，在电极表面的双电层中富集，从而实现离子和有机分子的去除。尽管电吸附通常所需要的电压是较低的，但是它仍然是需要外加电源的，因此就会产生一定量的能耗。而MFCs(1，2或多个串联)是完全能够满足电吸附的电压需要的，这就使得电吸附在没有外加电能供应的条件下实现污染物的去除。这对于减轻能源危机、低耗高效处理废水具有很好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是以微生物燃料电池产生的电能为驱动实现无需外加电源的电吸附处理废水的装置及方法。

本发明的废水处理装置，主要包括电吸附单元、微生物燃料电池和外电阻。电吸附单元主要包括池体、阴极和阳极组成，可用于苯酚等难降解有机污染物去除；阴极为导电性较好金属材料，阳极为多孔性的碳质材料；MFCs、电吸附单元以及外阻通过导线相连。MFCs利用生活污水等易生物降解废水作为底物，将其转化为电能并不断地向电吸附单元提供电能。

该装置处理废水的过程如下：

将含一定浓度电解液(0.001～0.1M)的有机废水加入到电吸附单元中；将一定量的废水(COD500～5000mg/L)加入到已经驯化好的MFCs中，然后将MFCs的阴阳极与电吸附的阴阳极对应相连，让MFCs作为电吸附的电源。这就实现了无外电能输入下多种废水的同时去除。

本发明具有以下的突出特点和有益效果：

(1)本装置巧妙的将电吸附与MFCs结合在一起，使得电吸附单元在无外加电源的条件下良好的运行。以MFCs作为电吸附的电源可以大大的降低电吸附的能耗，从而节约了能源。

(2)能够实现电吸附单元、MFCs中分别去除多种废水。

附图说明

图1为本发明装置的原理图；

具体实施方式

本发明通过以下实施例结合附图进一步详述。

(1)本发明装置的组成

本发明装置主要由电吸附单元，MFCs以及一个外电阻组成，三者串联连接(如图1所示)。电吸附单元由阴极和阳极组成，阳极为铂丝连接的活性炭纤维(ACFs)，阴极为钛丝连接的泡沫镍，两电极间的间距为3.5cm，电吸附单元中苯酚的溶液体积为100mL；MFCs为一个无膜的空气阴极MFCs，MFCs中使用的底物为1g/L的葡萄糖溶液，本装置采用的是两个MFC串联作为电吸附单元的电源；外电阻主要是用来监测电路中的电流。外电阻和电吸附装置的电压使用的是数据自动采集装置进行监测。

(2)该实施例所获得效果

不同处理模式(普通吸附，电吸附和MFC-电吸附)下，苯酚在电极表面12小时后的吸附容量如下表所示。从表中可见，电吸附和MFC-电吸附条件下苯酚的吸附容量要高于普通吸附，分别提高了51.7％和41.7％。另外，MFC-电吸附(1.70mmol/g)和电吸附(1.82mmol/g)的苯酚吸附容量是相近的。