一种低处理成本的废水脱色方法技术

本发明专利技术提供的是一种低处理成本的废水脱色方法。以富含产电菌的碳材料为阳极，以含有α-FeOOH铁源的空气电极为阴极，阳极表面上的产电菌将阳极室中废水降解并且利用电活性微生物的胞外电子传递能力，将电子传递到阳极表面，然后通过外电路向阴极提供，同时在空气阴极表面氧气得到电子被还原产生H2O2，与阴极负载的铁源α-FeOOH发生非均相Fenton反应，实现α-FeOOH非均相生物电Fenton过程，产生羟基自由基，进行染料废水的脱色。本发明专利技术不仅适用于处理染料类废水，还可用于各种有机废水的处理，在实际应用中具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种污水处理方法，具体地说是一种利用a-FeOOH非均相生物电Fenton技术处理染料废水和同步产生电能、降低处理成本的方法。
技术介绍
目前，大约有2000多种不同的染料广泛的应用于纺织、食品、印刷、化妆品等各种行业，各行业产生大量的染料废水，污染面越来越广，已成为最主要的水体污染源之一。染料废水对环境有很大的影响，另外，一些染料对人类健康造成潜在的威胁。大部分染料废水属于难处理的工业废水，色度大、COD和无机盐含量高、成份复杂、可生化性差、且处理成本较高，因此，迫切需要探索处理成本低的新型处理方法。Fenton氧化法作为一种经典的高级氧化技术，具有许多优点:反应没有选择性，几乎能降解所有的有机物；反应条件温和，操作简单等，因此Fenton体系是一种有效地使染料废水脱色的方法。但是普通的Fenton(Fe2YH2O2)反应H2O2利用效率低，反应体系要求PH值较低(一般2 3左右)，另外，均相体系中的铁离子的存在使得溶液带有颜色，随着反应结束pH值升高，又会形成大量难处理和再生的含铁污泥。为解决上述问题，近10年来，人们开始研究采用含铁的固体物质或载体固定铁离子，构成非均相Fenton或类Fenton体系。非均相Fenton反应适用的pH值范围较宽，能避免均相Fenton反应产生铁泥沉淀的缺点。电Fenton法相对普通化学Fenton法有许多优点，如可原位产生H2O2或Fe2+，可以省去化学试剂的运输和储存的费用，避免了 H2O2的分解，利用率较高，但电Fenton法的电能消耗在其处理成本中占了较大的比例。开发节能的电Fenton法，降低废水的处理成本尤为重要。近年，以微生物催化电化学反应的生物电化学系统(BES)废水处理方法备受青睐。BES是利用电活性微生物强大的胞外电子传递能力，直接(或间接)的向电极提供(或从电极获得)电子，并通过微生物 体内一系列酶对目标物质的作用，从而形成生物与电化学有机结合的功能体系，实现水中污染物去除。系统运行时，当阳极电位低于阴极电位时，可将阴阳两极接到负载上，按原电池模式运行，不但不外加电压，而且还可产电，这是传统电化学处理工艺根本做不到的；当为进一步增加阳极向阴极传递的电子数量时，也可外加电压系统提高阴极电化学反应能力，从而提高废水处理效果，此情况下BES系统阴极物质反应所需的电子来源于阳极微生物降解有机污染物产生的生物电和外部输入的能量，同时阳极采用的是微生物催化剂，与化学催化剂相比，微生物催化剂的催化能力强、催化剂寿命长、电极极化小，因此相对普通的电化学法，可大大降低外部电能的输入，从而降低处理成本。生物电Fenton系统即是一种利用微生物代谢产生的生物电子将阴极氧还原生成H2O2来运行电Fenton过程的一种低运行成本的技术，可无需外供电能，还可输出能量，具有广阔的应用前旦o但均相Fenton体系，其运行中需要外加化学试剂作为铁源，并且均相Fenton体系只有在PH值较低的条件下才有较好的效果，pH值适用范围窄，实际应用受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种脱色效率较高、不外加化学试剂、不用曝气供氧、不产生铁泥、PH值适用范围较广、处理成本低的低处理成本的废水脱色方法。本专利技术的目的是这样实现的:以富含产电菌的碳材料为阳极，以含有a -FeOOH铁源的空气电极为阴极，阳极表面上的产电菌将阳极室中废水降解并且利用电活性微生物的胞外电子传递能力，将电子传递到阳极表面，然后通过外电路向阴极提供，同时在空气阴极表面氧气得到电子被还原产生H2O2，与阴极负载的铁源a -FeOOH发生非均相Fenton反应，实现a -FeOOH非均相生物电Fenton过程，产生羟基自由基，进行废水的脱色。所述碳材料为碳纤维、碳纸、碳租、碳布、板状石墨、颗粒状石墨或活性炭中的一种。所述富含产电菌的阳极是 将阳极碳材料放入阳极室，将城市污水处理厂的活性污泥作为接种污泥，连续的供给阳极液，所述阳极液包括葡萄糖和营养液，外接1000欧姆的电阻，连接电路后，BES的电压逐渐升高，经过15天的时间，待输出电压达到稳定，阳极上的产电微生物培养和驯化完成所得到的产电菌的阳极。所述的含有a -FeOOH铁源的空气电极阴极由不锈钢网+a -FeOOH催化剂层+活性碳层+防水透气层压制而成。本专利技术提供了一种新型的利用a-FeOOH非均相生物电Fenton技术处理染料废水和降低处理成本、同步产生电能的方法，具有脱色效率较高、不外加化学试剂、不用曝气供氧、不产生铁泥、PH值适用范围较广、处理成本低的优点，该技术不仅适用于处理染料废水脱色，还可用于其他难降解有机物的处理。本专利技术以富含大量的产电菌的碳毡为阳极，含有a-FeOOH铁源的空气电极为阴极。阳极表面上的高活性产电菌将阳极室中燃料降解并且利用电活性微生物强大的胞外电子传递能力，直接(或间接)的将电子传递到阳极表面，然后通过外电路向阴极提供，同时在空气阴极表面氧气得到电子被还原产生H2O2，与阴极负载的铁源a-FeOOH发生非均相Fenton反应,从而实现a -FeOOH非均相生物电Fenton过程,产生轻基自由基，可用于染料废水的脱色。本专利技术的方法中非均相Fenton反应的铁源不是外加的Fe2+，而是以涂敷在阴极上的a-FeOOH为铁源代替，H2O2是氧气还原原位产生的，同时阳极上的产电菌代谢过程中提供大量的生物电子供给阴极反应需要，形成一种非均相生物电Fenton系统，不仅整个反应过程中不用外加化学试剂，原位产生H2O2,而且相对于以Fe2+为铁源的均相电Fenton技术来讲，具有不产生铁泥、PH值适用范围较广、处理成本低等优点。所述的一种新型的利用a-FeOOH非均相生物电Fenton技术处理染料废水的方法的装置包括容器、阳极、阴极。这所述的容器为双室方形反应器，反应器包括阴极室和阳极室，两室之间由质子交换膜隔开，阴极室和阳极室下端分别有进水口、上端有出水口，阳极室的上部密封，阳极位于阳极室的内部，阴极位于阴极室的外侧，两极间通过铜导线连接，并与负载(或外电源)连接组成闭合回路。本专利技术阳极室为厌氧环境，可以在两极室设有搅拌器搅拌或采用上升流，以保证溶液的均匀混合。所述的阳极为碳纤维、碳纸、碳毡、碳布、板状及颗粒状石墨、活性炭中的一种。阳极材料上富含高活性产电菌，将阳极材料放入阳极室，将城市污水处理厂的活性污泥作为接种污泥，连续的供给阳极液，包括葡萄糖和营养液，外接1000欧姆的电阻，连接电路后，BES的电压会逐渐升高，经过约15天的时间，系统的输出电压达到稳定，阳极上的产电微生物培养和驯化完成，得到富含高活性产电菌的阳极。所述的阴极为气体电极，由不锈钢网+ a -FeOOH催化剂层+活性碳层+防水透气层压制而成。附图说明图1是本专利技术 的实验装置示意图；图2是本专利技术的产电性能；图3是本专利技术外接负载50 Q时的脱色效果；图4是本专利技术外加0.2V电压时的脱色效果。具体实施例方式下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述:结合图1，本专利技术的反应器组成包括阴极室I和阳极室2，两极室之间由质子交换膜3隔开，阳极4和空气阴极5分别置于阳极室I内部和阴极室2外侧，阳极材料采用碳毡等，阴极5采用负载a-FeOOH催化剂的空气阴极。方形反应器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低处理成本的废水脱色方法，其特征是：以富含产电菌的碳材料为阳极，以含有α?FeOOH铁源的空气电极为阴极，阳极表面上的产电菌将阳极室中废水降解并且利用电活性微生物的胞外电子传递能力，将电子传递到阳极表面，然后通过外电路向阴极提供，同时在空气阴极表面氧气得到电子被还原产生H2O2，与阴极负载的铁源α?FeOOH发生非均相Fenton反应，实现α?FeOOH非均相生物电Fenton过程，产生羟基自由基，进行废水的脱色。

【技术特征摘要】
1.一种低处理成本的废水脱色方法，其特征是:以富含产电菌的碳材料为阳极，以含有a-FeOOH铁源的空气电极为阴极，阳极表面上的产电菌将阳极室中废水降解并且利用电活性微生物的胞外电子传递能力，将电子传递到阳极表面，然后通过外电路向阴极提供，同时在空气阴极表面氧气得到电子被还原产生H2O2，与阴极负载的铁源a -FeOOH发生非均相Fenton反应,实现a -FeOOH非均相生物电Fenton过程,产生轻基自由基,进行废水的脱色。2.根据权利要求1所述的一种低处理成本的废水脱色方法，其特征是:所述碳材料为碳纤维、碳纸、碳毡、碳布、板状石墨、颗粒状石墨或活性炭中的一种。3.根据权利要求1或2所述的一种低处理成本的废水脱色方法，其特征是:所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：温青，陈野，矫彩山，李凯峰，姚楠，荣景瑶，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：