[发明专利]一种利用微生物电解池处理焦化废水并产氢的方法及装置

说明书

本发明属于污水处理方法及装置技术领域，具体涉及一种利用微生物电解池处理焦化废水并产氢的方法及装置。本发明以焦化细菌作为生物催化剂，利用微生物电解池降解焦化废水中有毒物质并且产生氢气的方法及装置。通过利用焦化废水菌活化、阳极电极碳毡及阴极电极载Pt碳布的处理，构建微生物燃料电池，待电流达到稳定最高值后转为微生物电解池，同样待电流达到稳定最高值后采用稀释法对微生物电解池生物膜进行抗毒性驯化，随后可直接处理焦化废水，去除其中的有害物质。通过本发明的方法及装置用于去除焦化废水中的有害物质，该发明只需72h便可达到有害物质的去除率均在90％以上，具有良好的经济效益和环保效益。

技术领域

本发明属于污水处理方法及装置技术领域，具体涉及一种以焦化细菌作为生物催化剂，利用微生物电解池降解焦化废水中有毒物质并且产生氢气的方法及装置。

背景技术

焦化废水是在炼焦、煤气净化和焦化产品回收的过程中产生的工业废水。其中含有的污染物种类多样，成分复杂，具有生物降解难、毒性大、部分污染物致癌等特点。其中污染物主要有硫化物、氨氮、酚和氰等。我国目前的焦化废水年排放量大约为3亿吨，由于焦化废水不仅会污染水体及土壤，破坏生态环境，并且会进一步影响人们的生活，严重危害人类生产生活活动。

焦化废水的处理方法主要有物理法、化学法和生化法等，其中目前应用最广泛的是生化法。而生化法的最大缺陷为需要大量曝气，从而消耗大量能源，增加成本。

由于能源的短缺，可再生能源及清洁能源氢能的制备尤为重要。目前，制氢的主要方法有化学制氢、电解水制氢、生物制氢三种。化学制氢的制氢产率为70％～90％，电解水制氢的制氢产率为85％～95％，其消耗能量过大，故不能用于大规模生成。而生物制氢则只需消耗少量电能即可。

电解水制氢的理论电解电压是1.23V。实际上，由于氧和氢生成过程中的过电位、电解液电阻及其他阻抗，实际需要的电压比理论值要高，约1.65～2.2V，过电位造成的能量损失增加了制氢成本。微生物燃料电解池结合了电解水制氢的技术以及生物制氢两种方法，其所需的实际电压≥0.4V即可。该技术不仅能够降解废水，并且同时可以获得氢能源。该技术选取传统生化法中的细菌为菌源，经过合理驯化，作为微生物催化剂，构建微生物燃料电解池用于处理焦化废水。它属于一种新型生物质能源技术，融合了微生物电化学降解焦化废水污染物及电解水制氢技术，是一种降解处理焦化废水同时获得清洁氢能源的技术。故该技术具有广泛的应用价值。

Jenna Ditzig(Ditzig J,Liu H,Logan B E.Production of hydrogen fromdomestic wastewaterusing a bioelectrochemically assisted microbial reactor(BEAMR)[J].Hydrogen Energy, 2007:2296-2304.)等利用微生物电解池处理生活污水，COD的去除率在87％～100％，其能量需求相当于产生8％的净产率氢气，氢气产率很低，产生氢气量过少且COD的去除也有待提高。

Rachel C.Wagner(Wagner R C,Regan J M,Oh S E,Zuo Y,Logan B E.Hydrogenand methane productionfrom swine wastewater using microbial electrolysiscells[J].Water Research, 2009；43:1480-1488.)通过微生物电解池处理养猪废水并同步电解制氢，在使用全浓度废水的较长测试(184小时)中，COD去除率为69％至75％，产生氢气的过程中伴随较多含量的甲烷。该方法中在有效时间内COD的去除效果未达到90％以上，且对于气体来说含有较高量的甲烷，并不是完全的清洁能源。