[发明专利]一种处理焦化废水同步产氢的装置及方法

说明书

本发明属于污水处理装置及方法技术领域，具体涉及一种以焦化细菌作为生物催化剂，利用微生物电解池阳极降解焦化废水同步阴极产生氢气的装置及方法。本发明以活化焦化菌为催化剂，以碳毡为阳极，以碳棒及碳球为阴极，以焦化废水为基质，构建微生物电解池。在阳、阴极之间施加0.5V电压，驯化成熟抗毒性生物阳极膜及析氢生物阴极膜。最后外加一定电压运行微生物电解池。通过本发明的装置及方法用于去除焦化废水中污染物同步产氢，本发明仅需外加电压0.3V‑1.1V，运行70h，化学耗氧量、挥发酚、氨氮、硫化物的去除率均超过95％，同时产生清洁能源氢气300mL，本发明耗时短，高效，废水处理效果好，具有非常优良的经济效益和环保效益。

技术领域

本发明属于污水处理装置及方法技术领域，具体涉及一种以焦化细菌作为生物催化剂，利用微生物电解池阳极降解焦化废水同步阴极产生氢气的装置及方法。

背景技术

焦化废水是一种典型的有毒难降解有机废水。主要来自焦炉煤气初冷和焦化生产过程中的生产用水以及蒸汽冷凝废水。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。

当前，焦化废水的处理技术包括生物处理法、化学处理法和物理化学处理法等，其中目前应用最广泛的是生化法。生化技术A₂O工艺操作简单、处理效果好，尤其是曝气池起主要降解作用。但缺点是曝气能耗非常大，且生化池占用场地大，人员配置多及设备维护费用高。但是焦化废水生化处理车间好氧池中含有丰富的抗毒性物质菌落，为微生物电解池处理焦化废水同步产氢提供了菌种的基础。

其中制氢技术主要有光催化分解水制氢，电解水制氢，生物制氢等。传统电解水制氢所需分解电压为1.65～2.2V，制氢成本很高，离实际应用有很远的距离。微生物燃料电解池制氢所需分解电压≥0.4V即可，其具有耗能低，效率高等优点而具有良好的应用前景。

公开号为CN105280940A的专利公开了一种以焦化活性菌作为生物催化剂降解焦化废水同步产电的方法，该专利中利用焦化活性菌为催化剂通过微生物燃料电池的方式降解焦化废水，其中最大输出功率密度为630mW/m²，化学耗氧量去除率94.1％，酚去除率99.9％，氨氮去除率98.4％，硫化物去除率99.5％，氰化物去除率90.4％，库伦效率70％。但是该方法在达到上述效果时消耗七天时间，耗时长，因而存在实际应用的技术问题。

公开号为CN106630177A专利公开了一种利用微生物电解池处理焦化废水并产氢的方法，该专利中利用焦化活性菌为催化剂，碳毡为阳极，载Pt碳布为阴极，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，用于处理焦化废水同步产氢。但是，该发明中所采用的阴极载Pt碳布比表面积小，价格比较昂贵，尤其是碳布上的Pt催化剂在微生物电解池氢气环境中发生失活现象，析氢催化活性及稳定性大受影响。

发明内容

本发明的目的是解决现有焦化废水的处理方法存在耗时长、成本高和稳定性差的技术问题，提供一种处理焦化废水同步产氢的装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种处理焦化废水同步产氢的装置，包括焦化废水储罐、缓冲溶液储罐、活化焦化菌营养液储罐、阳极室、阴极室、阳离子交换膜、直流电源、氢气收集袋和回收池，所述废水储罐、缓冲溶液储罐、活化焦化菌营养液储罐的出液口分别与阳极室的进液口连接，阳极室的出液口与阴极室的进液口连接，氢气收集袋设置在阴极室的上方并与阴极室的氢气出口连接，阴极室的废水出液口分别与回收池和焦化废水储罐的进液口连接，阳离子交换膜设在阳极室和阴极室之间，直流电源用于为电解池提供电压；

所述阴极室由阴极罐体、碳棒、碳球和多层支架组成，所述多层支架水平设置在阴极罐体的内腔中，碳球分别放置在多层支架的上板面，碳棒垂直穿过多层支架的板面并贯穿于碳球中。