微生物電化學(xué)系統(tǒng)處理含硫有機(jī)廢水及硫回收技術(shù)研究.pdf

1、含硫廢水是一類環(huán)境污染嚴(yán)重的廢水類型,環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)極大,亟待需要對(duì)環(huán)境中的含硫廢水進(jìn)行有效的處理,而且單質(zhì)硫作為一種資源的回收也逐漸受到重視。在含硫酸鹽廢水的處理工程中,面臨著處理成本高、單質(zhì)硫回收純度低以及能源消耗大等難點(diǎn),為了解決以及克服工程技術(shù)中的這些難點(diǎn),有針對(duì)的進(jìn)行分析和探討,提出一種具有低能源消耗以及處理效果達(dá)標(biāo)并且具有高純度單質(zhì)硫回收的技術(shù)。從而在工程意義上給出具有建設(shè)性的意見以及指導(dǎo)。
　　微生物燃料電池(Microb

2、ialfuelcells,MFCs)是一種以微生物為“催化劑”,將底物中的化學(xué)能部分轉(zhuǎn)化為電能的裝置。通過微生物的催化作用,MFC技術(shù)可以使廢水中的能量以清潔能源電能的形式回收,因此,MFC技術(shù)是集廢水處理、資源、能源回收于一體的新型的水處理技術(shù)。
　　為實(shí)現(xiàn)含硫廢水的有效處理和單質(zhì)硫的有效回收,將MFC和電輔助電化學(xué)技術(shù)相耦合,探討了有機(jī)含硫廢水處理的能源利用最大化和單質(zhì)硫回收效益。通過在MFC中添加硫酸鹽,考察MFC系統(tǒng)添加硫

3、酸鹽前后系統(tǒng)內(nèi)的電壓輸出、功率密度輸出、庫倫效率等因素。分析MFC含硫酸鹽廢水的處理能力和電能轉(zhuǎn)化能力,并根據(jù)結(jié)果說明MFC處理含硫酸鹽廢水的意義。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在硫酸鹽添加到MFC系統(tǒng)中,系統(tǒng)的庫倫效率增加9.6％,硫酸鹽在系統(tǒng)中促進(jìn)了有機(jī)物向電能的轉(zhuǎn)化能力。通過檢測(cè)系統(tǒng)中的硫酸鹽可以發(fā)現(xiàn),MFC系統(tǒng)中反應(yīng)前為7mmol/L的硫酸鹽,還原率能達(dá)到89.4%,產(chǎn)物為硫化物含量最高為4.2mmol/L。在這一過程中,為硫酸鹽污水使用MFC

4、技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化脫除摸索出一組最優(yōu)化的技術(shù)參數(shù)。
　　為了實(shí)現(xiàn)含硫酸鹽廢水的硫資源回收以及優(yōu)化MFC的性能,將MFC出水引入電輔助電化學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)硫化物到單質(zhì)硫氧化過程與MFC產(chǎn)電和硫酸鹽還原相分離。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,碳布電極的單質(zhì)硫回收率能夠達(dá)到64.2%,明顯優(yōu)于鈦板電極的13%。利用電輔助電化學(xué)陽極氧化技術(shù)回收單質(zhì)硫,而利用碳布做電極能夠得到更好的單質(zhì)硫回收率,能夠?qū)崿F(xiàn)含硫廢水的資源化、能源化利用。并且利用電化學(xué)測(cè)量技術(shù)與原

5、理,對(duì)電化學(xué)處理階段的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了合理優(yōu)化。
　　構(gòu)建了組合MFC和電輔助電化學(xué)系統(tǒng)的微生物能量內(nèi)循環(huán)碳硫去除與單質(zhì)硫回收綜合系統(tǒng)。結(jié)果表明:電容充放電時(shí)間控制在30min,串聯(lián)3個(gè)電容放電能夠得到效果最好單質(zhì)硫回收率46.2%,硫酸鹽去除率達(dá)到了89.4%,COD降解率為80.5%。從而開發(fā)了結(jié)合電容充放電特性的MFC和電輔助電化學(xué)反應(yīng)器耦合技術(shù),這一含硫廢水有機(jī)能回收利用與硫資源回收提供了新方法。實(shí)驗(yàn)中對(duì)技術(shù)工藝條件進(jìn)行摸索

6、,通過對(duì)停留時(shí)間,電路通斷時(shí)間等參數(shù)的優(yōu)化,將MFC污水處理階段和電化學(xué)污水處理階段良好的匹配。
　　為了達(dá)到最佳的運(yùn)行及匹配效果,調(diào)控個(gè)反應(yīng)階段的電流密度,分別進(jìn)行了硫酸鹽還原率、硫化物去除率、單質(zhì)硫回收率以及運(yùn)行效果耦合的分析。結(jié)果表明:MFC最佳硫酸鹽還原率的電流密度為1.41A/m2,電沉積最佳硫化物去除及單質(zhì)硫回收電流密度為1.50A/m2,MFC-電沉積耦合的最佳電流密度為1.53A/m2,因而能夠?qū)崿F(xiàn)很好的匹配。