[发明专利]一种含磷有机废水多段除磷产磷化氢的方法

说明书

技术领域

本发明属于废水处理的技术领域，涉及一种含磷有机废水除磷产磷化氢的方法，特别涉及一种厌氧生物处理与微生物电解电池联合使用处理有机废水并实现多段除磷产磷化氢的方法。

背景技术

磷化氢(PH₃)是磷元素在自然环境中的一种重要的还原态形式，这一观点已经被普遍接受。自从1988年Devai等人在污水厂挥发物中首次检测到磷化氢的存在，越来越多的科研人员参与到了磷化氢相关领域的研究当中。目前，全球水体富营养化问题严重，磷作为水体富营养的主要限制性物质之一，设法高效的去除污水中的磷，并将其回收利用，避免二次污染，是解决磷资源匮乏和水体磷污染这一矛盾的关键。但传统的除磷工艺难以满足实际运行的要求，水处理行业急需新的技术出现，而将污水中磷酸盐通过微生物转化成为磷化氢释放成为了污水除磷新的方向。

大量的科学研究证明微生物在厌氧环境中可将环境中的磷元素还原形成磷化氢。因此一些旨在对污水进行除磷产磷化氢的厌氧反应器开始得到研究人员的重视。但目前尽管观察到了这些反应器中的确有磷化氢的不断产生，但由于磷化氢的微生物产生机理仍然不明确，因此难以定量确定水中总磷转化为磷化氢的效率，使得持续的研究难以继续进行。并且采用微生物厌氧除磷产磷化氢，其磷化氢的得率也比较低。

微生物电解池是由池体、阴极、阳极、外电路及电源组成的，主要利用微生物作为反应主体，在阴阳极间施加电流，产生氢气或甲烷的一种电解池。微生物代谢底物在微生物电解池的阳极产生质子、电子和二氧化碳，其中电子通过外电路到达阴极，质子通过质子交换膜扩散到阴极；其阴极反应为质子和电子反应形成氢气。由于这一反应过程为吸热反应不能自发进行，需要通过外加电源提高阴极的电极电位才能实现。已有试验证明外加电源达到0.13V即可促进阴极产生氢气。

磷化氢可以由磷酸盐转化而成。我们可以利用微生物电解电池通过电解方式以氢气或乳酸盐为电子供体将磷酸盐转化为磷化氢。当然我们可以类似于产氢过程一样解决磷化氢产生需要能量的问题使得微生物产生磷化氢的过程变得简单清晰，提供了高磷化氢的产生率的方法。

发明内容

针对现有微生物除磷产磷化氢技术的缺失，本发明的目的在于提供一种有机废水多段除磷产磷化氢的方法。本法除磷产磷化氢机理明确、技术可行，通过微生物厌氧发酵和微生物电解池的技术，实现了微生物高效除磷产磷化氢。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种有机废水多段除磷产磷化氢的方法，包括配置厌氧序批式反应器、微生物燃料电池以及微生物电解池，三者依次连接，所述微生物燃料电池的外接电路设置有蓄电池，所述蓄电池通过稳压装置为微生物电解池提供稳定电源；采用厌氧序批式反应器、微生物燃料电池以及微生物电解池依次处理含磷有机废水，具体包括以下步骤：

(1)厌氧发酵除磷产磷化氢

调节含磷有机废水的pH，引入到接种有厌氧微生物污泥的厌氧反应器中，进行厌氧微生物处理，控制反应器中水力停留时间，通过厌氧处理将废水中的有机磷初步降解为磷酸盐并将废水中部分磷转化形成磷化氢，收集磷化氢；所述厌氧微生物为产磷化氢的菌种；所述pH为6.0-7.5；所述水力停留时间为12-36h；

所述厌氧微生物污泥在反应器中的浓度为3-4.5g/L；所述厌氧反应器为厌氧序批式反应器；

(2)微生物燃料电池产电

微生物燃料电池包括阳极室、阳极液、阴极室、阴极液以及质子交换膜；将厌氧微生物处理后的废水从厌氧反应器出水口引入到接种有厌氧产电菌的微生物燃料电池阳极室中，作为微生物燃料电池的阳极液；阳极室的内部为厌氧的环境，废水中有机物在厌氧产电菌的代谢作用下形成CO₂、质子和电子，质子穿过质子交换膜进入微生物燃料电池的阴极室，电子通过外接导线传输至微生物燃料电池阴极，在阴极室内，质子、电子和空气中氧气反应形成水；所述微生物燃料电池的外接电路中设置有蓄电池，既存储微生物燃料电池产生的电能又通过连接稳压装置为微生物电解池提供稳定电源；所述生物燃料电池的阴极室通过曝气处理；

所述厌氧产电菌与废水的体积比为1：(1-20)；

(3)微生物电解池除磷产磷化氢