[发明专利]一种微生物燃料电池辅助强化厌氧污泥消化的复合系统

说明书

本发明将微生物燃料电池与厌氧消化池相互耦合，通过引入微生物燃料电池实现污泥的预处理工艺，该预处理是通过在阴极区自发生产的过氧化氢，与阴极室中的铁元素发生芬顿反应，极大的促进污泥中微生物细胞的破碎，释放出细胞中能够促进污泥降解的酶，从而有效的解决厌氧污泥中存在污泥体积大、含水率高、含有病原体、持久性有机污染物难清除的问题。

技术领域

本发明涉及微生物燃料电池，尤其涉及一种微生物燃料电池辅助强化厌氧污泥消化的复合系统，将微生物燃料电池与厌氧消化池相耦合，属于污水处理与资源化领域。

背景技术

污泥是污水处理后的产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。随着我国经济的高速发展，城市污水厂的数量和规模都呈急剧上升趋势，在净化污水的过程中剩余污泥的产量也日益增加，目前我国约有80％的污泥未经处理。同时，由于污泥体积大、含水率高、含有病原体、持久性有机污染物等，对环境造成极其严重的污染。

微生物燃料电池(MicrobialFuelCell，MFC)是一种利用微生物作为催化剂直接将污水中的有机化学能转化为电能的装置。在实验室中最常用的微生物燃料电池是双室的微生物燃料电池，它包括一个阴极室、一个阳极室以及分隔这两个室的质子交换膜。微生物在厌氧条件下在阳极室生长。微生物能够氧化有机质产生电子，并将电子转移到阳极表面，再通过外电路达到阴极产生电流。质子通过质子交换膜到达阴极，并且结合阴极的电子和氧气生成水，是一种集净水与产能为一体的生物膜技术。而低电流可以刺激微生物代谢的关键酶系，提高难降解有机污染物的降解效率。理论上，氧还原生成过氧化氢所需的阴极电势约为0.260V(vs SHE)，比阳极电位(约为-280Vvs SHE)高，因此MFC系统可以自发生成过氧化氢，同时，外加0.5V电压相较于普通MFC，可以进一步促进过氧化氢的生产速率及产量，有效推进阴极芬顿反应。

厌氧消化是一种利用微生物在无氧状态下分解有机物，使有机物稳定化的工艺。主要包括三阶段，第一阶段为水解发酵阶段，大分子有机物首先在水解发酵菌的作用下转化为小分子有机物以及氢和二氧化碳；第二阶段为产氢产乙酸阶段，上阶段产物在产氢产乙酸菌作用下被转化成氢、二氧化碳和乙酸；第三阶段是产甲烷阶段，在产甲烷菌作用下，将上阶段产物转化为甲烷和二氧化碳。

综合微生物燃料电池和厌氧消化工艺对污泥的降解优点，构建一套新的复合厌氧污泥处理系统和方法，对全面提高对有机物的降解效率，促进污泥减量，全面解决环境问题具有重要意义。目前已经有CN107758836A一种微生物燃料电池原位藕合过硫酸盐类芬顿技术强化难降解有机物去除方法，公开了通过将微生物燃料电池与过硫酸盐类芬顿技术原位藕合，提高对难降解有机物去除能力的方法，主要是通过制备MnFez04纳米颗粒负载型电极，并将其作为双室型微生物燃料电池的阴极，通过向阴极室内加入含过硫酸盐的电解液，通过过硫酸盐产生的自由基SO产及电化学产生的和HO.联合作用强化阴极室内难降解有机污染物的去除，同时回收电能；CN104108845A一种微生物燃料电池利用剩余污泥同步产电产甲烷的方法，其公开了主要由污泥厌氧消化和微生物产电两部分组成，其操作方法是将剩余污泥先进行浓缩，与厌氧消化污泥进行混合，然后加入到微生物燃料电池阳极室中，进行厌氧消化和产电；CN104868146A一种藕合A²/0工艺处理生活污水并产电的微生物燃料电池，其公开的内容为硝酸根离子或者氧气可直接作为阴极的电子受体；CN104386826A基于微生物燃料电池的含铬电镀废水的处理和检测方法，公开的是在阳极室注入厌氧污泥，在阴极使用含有六价铬的电镀废水作为电子受体。

现有技术中主要包括单独使用微生物燃料电池进行污泥处理，以及将厌氧消化污泥微生物燃料电池处理后剩余污泥混合，加入微生物电池阳极室进行污泥处理，存在资源利用率不高，不便进行大规模污泥消化的问题，且并没有解决厌氧污泥技术中存在污泥体积大、含水率高、含有病原体、持久性有机污染物难清除的问题。

发明内容