一种同步污泥水解液产电和回收金属的方法技术

本发明专利技术涉及一种同步污泥水解液产电和回收金属的方法，包括以下步骤：S1、取污泥于容器中，加入水、淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶，搅拌均匀，得混合溶液；S2、混合溶液静置至分层，通过离心取上清液，并用滤纸过滤去除残留固态物质，得污泥水解液；S3、将污泥水解液和缓冲溶液混合，与厌氧污泥一起倒入双室MFC反应器的阳极室中，阴极室中加入含铜废水；S4、污泥水解液产电，同时回收铜；S5、当电压降到50mV以下时，更换阴极室与阳极室内的底液；S6、在产电性能稳定后，通过改变电阻的值，作出极化曲线与功率密度曲线。本发明专利技术产电稳定，产电周期长，不仅可以有效利用污泥产电，同时可以在阴极回收金属，流程简单，耗时短，可有效缓解我国的资源压力。

【技术实现步骤摘要】
一种同步污泥水解液产电和回收金属的方法
本专利技术涉及微生物燃料电池
，特别是一种同步污泥水解液产电和回收金属的方法。
技术介绍
随着我国生活污水排放量的增加和处理率的提高，剩余污泥的产生量也迅速增加，大量积累的污泥如果不经有效处理而排放或简单填埋，不仅会对环境造成二次污染，更会造成资源的浪费。传统的污泥处理方式包括填埋、焚烧及土地利用等方式，但这些方式不仅存在着二次污染，还存在着污泥发酵时间长，不能使污泥得到及时的处理和利用等问题。微生物燃料电池(MFC)处理剩余污泥，不仅可以使污泥减量，还可以有效避免二次污染等问题。目前双室微生物燃料电池处理剩余污泥的研究鲜有报道，一般阳极室采用热处理后的污泥或浓缩污泥为燃料，阴极室一般加入铁氰化钾溶液，虽然可以回收金属，但污泥处理效果不好，并没有使污泥得到充分的利用。经过酶处理后的污泥可以有效将大分子转化为小分子，且酶的反应条件温和，耗时短。酶水解后的污泥上清液投入双室MFC反应器阳极室，阴极室投入含铜废水。目前含铜废水处理方式大都为化学沉淀法、吸附法、离子交换法和电解法等，但存在着二次污染和成本高等问题，且含铜废水若未经有效处理而排放到水体中会对人体健康造成一定的危害。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种同步污泥水解液产电和回收金属的方法，流程简单、耗时短且具有一定的经济性，产电稳定的同时回收金属，降低我国污水处理成本。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种同步污泥水解液产电和回收金属的方法，包括以下步骤：S1、取一定量的污泥于容器中，加入水、淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶，搅拌均匀，得混合溶液；S2、停止搅拌后，混合溶液静置至分层，通过离心取上清液，并用滤纸进行过滤去除残留固态物质，得污泥水解液；S3、将步骤S2中取得的水解液和缓冲溶液进行混合，与厌氧污泥一起倒入双室MFC反应器的阳极室中，其中厌氧污泥与水解液的体积比为1:1，双室MFC反应器的阴极室中加入含铜废水，阴阳极接通电阻和数据采集器；S4、产电微生物通过自身代谢作用，将底物氧化并释放质子和电子，电子被介体传递至阳极表面，使阳极接受电子发生还原反应，同时电子也通过外电路传递至阴极从而形成有效电流，质子则通过质子交换膜传递至阴极，阴极接收从阳极传递过来的质子和电子，使阴极表面发生还原反应，从而形成闭合回路，产生稳定电压；S5、当电压降到50mV以下时，更换阴极室与阳极室内的底液；S6、在产电性能稳定后，通过改变电阻的值，作出极化曲线与功率密度曲线。进一步地，步骤S1中，将污水处理厂取回的污泥取100～400g于容器中，加水至1000ml，同时分别称取1.0～2.0g淀粉酶、1.0～2.0g蛋白酶和1.0～2.0g纤维素酶加入容器，放入恒温磁力搅拌器中进行恒温搅拌5～7h。进一步地，所述双室MFC反应器的阳极室内的阳极以及阴极室内的阴极上分别裹有一层碳布，所述碳布的处理步骤如下：a1、裁剪两块7cm*7cm的正方形碳布；a2、采用去离子水将碳布冲洗干净；a3、将冲洗后的碳布浸入甲醇溶液中；a4、浸泡后用去离子水进行冲洗；a5、将碳布放入440～460℃马弗炉灼烧25～35min，取出后冷却；a6、将A型环氧树脂胶和B型环氧树脂胶按照1：1的量混合均匀，混合制得的环氧树脂胶，然后采用环氧树脂胶将阳极和阴极分别与碳布粘合，最终进行风干固定。进一步地，所述双室MFC反应器的阴极室与阳极室采用质子交换膜隔开，质子交换膜的处理过程如下：b1、将质子交换膜在75～85℃的2～4％过氧化氢中浸泡1～2h；b2、用75～85℃的去离子水冲洗3～5次；b3、再将质子交换膜放入75～85℃的硫酸溶液中浸泡1～2h；b4、用75～85℃的去离子水冲洗3～5次；b5、将质子交换膜放在去离子水中密封保存，当需要使用质子交换膜时，将封存的质子交换膜取出并在空气中自然风干。进一步地，步骤S1中，恒温磁力搅拌器的温度设在40～45℃，转速调至污泥可被搅动，但不溢出即可。进一步地，步骤S2中，采用离心机进行离心，离心机的离心速率为6000～8000rpm，离心时间为4～6min。进一步地，步骤S3中，每升所述缓冲溶液中含有：3.13gNaHCO3、0.31gNH4Cl、6.338gNaH2PO4·H2O、6.8556gNa2HPO4·12H2O、0.13gKCl、0.2gMgSO4·7H2O、0.015gCaCl2、0.02gMnSO4·7H2O。进一步地，步骤S3中，所述厌氧污泥取自实验室附近的污水处理厂，取回后将其依次经过若干次沉淀和淘洗后得到浓缩污泥，将浓缩污泥投入阳极室，并投入污泥水解液进行污泥厌氧培养驯化15-20d。进一步地，所述双室MFC反应器的阳极室上连接进液管和取液管，进液管和取液管均竖直设置，在产电并回收铜开始后，分别于0.25h、0.5h、1h、2h、4h、8h、24h、48h、72h、96h、120h、144h和电压下降至0.05V时取样，观察阳极室COD含量的变化。本专利技术具有以下优点：1、该方法不仅可以有效利用剩余污泥产电，同时可以回收金属，且流程简单，耗时短，可有效缓解我国的资源压力。2、该方法处理效果显著，有效避免了常用污泥处理方法的弊端，实现了能源的高效利用。3、该方法操作稳定，产电稳定，且产电周期长，处理效率高，且成本不高，符合我国的发展理念。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术的实施例2的污泥水解时COD变化图；图3为本专利技术的实施例2的产电情况图；图4为本专利技术的实施例2的极化曲线；图5为本专利技术的实施例3的污泥水解时COD变化图；图6为本专利技术的实施例3的产电情况图；图7为本专利技术的实施例3的极化曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的描述，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。【实施例1】一种同步污泥水解液产电和回收金属的方法，包括以下步骤：S1、将污水处理厂取回的污泥取100g于容器中，加水至1000ml，同时分别称取1.0g淀粉酶、1.0g蛋白酶和1.0g纤维素酶加入容器，放入恒温磁力搅拌器中进行恒温搅拌5h，恒温磁力搅拌器的温度设在40℃，转速调至污泥可被搅动，但不溢出即可，得混合溶液；S2、停止搅拌后，混合溶液静置至分层，通过离心取上清液，离心机的离心速率为6000rpm，离心时间为6min，并用滤纸进行过滤去除残留固态物质，得污泥水解液；S3、将步骤S2中取得的污泥水解液和缓冲溶液进行混合，与厌氧污泥一起倒入双室MFC反应器的阳极室中，其中厌氧污泥与水解液的体积比为1:1，双室MFC反应器的阴极室中加入含铜废水，阴阳极接通电阻和数据采集器；其中，每升所述缓冲溶液中含有：3.13gNaHCO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同步污泥水解液产电和回收金属的方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1、取一定量的污泥于容器中，加入水、淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶，搅拌均匀；/nS2、停止搅拌后，混合溶液静置至分层，通过离心取上清液，并用滤纸进行过滤去除残留固态物质，得污泥水解液；/nS3、将步骤S2中取得的污泥水解液和缓冲溶液进行混合，与厌氧污泥一起倒入双室MFC反应器的阳极室中，其中厌氧污泥与水解液的体积比为1:1，双室MFC反应器的阴极室中加入含铜废水，阴阳极接通电阻和数据采集器；/nS4、产电微生物通过自身代谢作用，将底物氧化并释放质子和电子，电子被介体传递至阳极表面，使阳极接受电子发生还原反应，同时电子也通过外电路传递至阴极从而形成有效电流，质子则通过质子交换膜传递至阴极，阴极接收从阳极传递过来的质子和电子，使阴极表面发生还原反应，从而形成闭合回路，产生稳定电压；/nS5、当电压降到50mV以下时，更换阴极室与阳极室内的底液；/nS6、在产电性能稳定后，通过改变电阻的值，作出极化曲线与功率密度曲线。/n

【技术特征摘要】
1.一种同步污泥水解液产电和回收金属的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、取一定量的污泥于容器中，加入水、淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶，搅拌均匀；
S2、停止搅拌后，混合溶液静置至分层，通过离心取上清液，并用滤纸进行过滤去除残留固态物质，得污泥水解液；
S3、将步骤S2中取得的污泥水解液和缓冲溶液进行混合，与厌氧污泥一起倒入双室MFC反应器的阳极室中，其中厌氧污泥与水解液的体积比为1:1，双室MFC反应器的阴极室中加入含铜废水，阴阳极接通电阻和数据采集器；
S4、产电微生物通过自身代谢作用，将底物氧化并释放质子和电子，电子被介体传递至阳极表面，使阳极接受电子发生还原反应，同时电子也通过外电路传递至阴极从而形成有效电流，质子则通过质子交换膜传递至阴极，阴极接收从阳极传递过来的质子和电子，使阴极表面发生还原反应，从而形成闭合回路，产生稳定电压；
S5、当电压降到50mV以下时，更换阴极室与阳极室内的底液；
S6、在产电性能稳定后，通过改变电阻的值，作出极化曲线与功率密度曲线。


2.根据权利要求1所述的一种同步污泥水解液产电和回收金属的方法，其特征在于：步骤S1中，将污水处理厂取回的污泥取100～400g于容器中，加水至1000ml，同时分别称取1.0～2.0g淀粉酶、1.0～2.0g蛋白酶和1.0～2.0g纤维素酶加入容器，放入恒温磁力搅拌器中进行恒温搅拌5～7h。


3.根据权利要求1所述的一种同步污泥水解液产电和回收金属的方法，其特征在于：所述双室MFC反应器的阳极室内的阳极以及阴极室内的阴极上分别裹有一层碳布，所述碳布的处理步骤如下：
a1、裁剪两块7cm*7cm的正方形碳布；
a2、采用去离子水将碳布冲洗干净；
a3、将冲洗后的碳布浸入甲醇溶液中；
a4、浸泡后用去离子水进行冲洗；
a5、将碳布放入440～460℃马弗炉灼烧25～35min，取出后冷却；
a6、将A型环氧树脂胶和B型环氧树脂胶按照1：1的量混合均匀，混合制得的环氧树脂胶，然后采用环氧树脂胶将阳极和阴极分别与碳布粘合，最终进行风干固定。


4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩伟，郭盛楠，刘彦旭，方俊，唐俊红，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33