[发明专利]利用微生物燃料电池同时降解苯酚和氨氮的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种利用微生物燃料电池同时降解苯酚和氨氮的装置及方法。

背景技术

日趋严重的环境污染问题和探寻新的能源是人类在可持续发展道路上面临的两大根本性问题。随着经济的发展，废弃物的处理成为一个重要难题。其中工业废水成分复杂，毒性强，对环境影响恶劣，处理起来难度极大。炼焦、石油化工、合成氨及制药废水等工业废水中含有大量的苯酚和氨氮等污染物质。美国环保部把苯酚列为优先优染物，苯酚具有腐蚀性、有毒等特性，当水中的苯酚浓度达5～25mg L^-1会对鱼类产生毒害作用，饮用水中低浓度的苯酚亦会对人类健康产生不良影响；而含氮废水排入水体中会引起富营养化并导致水质恶化。含氮废水的处理方式以能耗低、处理效率高的生物法占据主导地位，但是水体中的苯酚物质浓度达到50mg L^-1时会对微生物产生抑制作用，如何提高微生物群落在脱氮过程中对苯酚浓度的适应性是有效处理酚类污染物质与含氮污染物的关键。

目前处理苯酚废水的主要方法有吸附光催化、厌氧降解、好氧降解等。而以活性污泥为主的好氧、厌氧方式因成本低、效率高成为处理多种混合污染物的最佳选择。据报导降解苯酚与氨氮的细菌种类丰富，但因苯酚对产甲烷菌有较强的抑制作用，限制了厌氧法的应用。而以好氧法协同降解苯酚与氨氮废水成为人们关注的焦点。微生物燃料电池以其同时具有降解复杂有机物并产电的能力得到了极大的关注。目前以复杂有机物作为微生物燃料电池电子供体产电的研究已屡见不鲜，利用微生物燃料电池生物阴极进行反硝化与硝化反应也得到了广泛报导。因此为实现苯酚与氨氮废水同步降解，同时回收电能、实现资源的有效利用，我们必须改变传统微生物燃料电池处理废水的方式，发明一种利用微生物燃料电池技术与水处理技术相结合的方法与装置，来实现苯酚与氨氮同步降解，同时回收能量，为拓展传统微生物燃料电池技术在水处理中应用提供新的思路。

发明内容

为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种利用微生物燃料电池同时降解苯酚和氨氮的装置。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述装置同时降解苯酚和氨氮的方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种利用微生物燃料电池同时降解苯酚和氨氮的装置，由阳极室和阴极室组成，阳极室和阴极室通过阴离子交换膜分隔开，阳极室设置电池阳极加液口和阳极电极，阴极室设置阴极加液口、曝气装置和阴极电极，曝气装置设置在阴极室底部，阳极电极和阴极电极通过外电路连接，外电路设置负载电阻和电路开关。

所述的阳极电极和阴极电极的材料优选碳纸、碳布、石墨毡、不锈钢网或泡沫镍；更优选经过预处理的石墨毡，所述的预处理方法为将石墨毡置于质量分数为10％的双氧水溶液中，在温度为90℃条件下水浴煮2h，接着用去离子水在同一温度下水浴煮2h，再用烘箱烘干。

所述的负载电阻的电阻值优选1000Ω。

一种利用上述装置同时降解苯酚和氨氮的方法，包括以下操作步骤：

向阳极室接种经过驯化的产电混合菌液和反硝化菌，加入乙酸钠作为电子供体，以0.1mol L^-1pH 7.0的磷酸缓冲溶液与培养液的混合液为营养物质，同时提供相对严格的厌氧环境；阴极室加入含不同浓度含苯酚和氨氮的污水和经过氨氮与苯酚驯化的硝化细菌与苯酚降解菌为主的混合污泥，并通过曝气装置通入空气，然后闭合电路开关连通外电路，微生物燃料电池运行启动，阴极室的氨氮与苯酚被同时降解。

所述的驯化是指用乙酸钠进行驯化。

所述的0.1mol L^-1pH 7.0的磷酸盐缓冲溶液与培养液的混合液的成分包括22.2g L^-1Na₂HPO₄、5.92g L^-1NaH₂PO₄、1.0g L^-1NaHCO₃、0.10g L^-1FeSO₄、0.10g L^-1KCl、0.015g L^-1CaCl₂、0.25g L^-1NH₄Cl、10mL L^-1矿物质溶液和10mL L^-1维他命。