微生物電化學系統處理含硫有機廢水及硫回收技術研究.pdf

1、含硫廢水是一類環境污染嚴重的廢水類型,環境風險極大,亟待需要對環境中的含硫廢水進行有效的處理,而且單質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、單質硫回收純度低以及能源消耗大等難點,為了解決以及克服工程技術中的這些難點,有針對的進行分析和探討,提出一種具有低能源消耗以及處理效果達標并且具有高純度單質硫回收的技術。從而在工程意義上給出具有建設性的意見以及指導。
　　微生物燃料電池(Microb

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

3、酸鹽前后系統內的電壓輸出、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化能力,并根據結果說明MFC處理含硫酸鹽廢水的意義。實驗結果表明:在硫酸鹽添加到MFC系統中,系統的庫倫效率增加9.6％,硫酸鹽在系統中促進了有機物向電能的轉化能力。通過檢測系統中的硫酸鹽可以發現,MFC系統中反應前為7mmol/L的硫酸鹽,還原率能達到89.4%,產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、技術進行轉化脫除摸索出一組最優化的技術參數。
　　為了實現含硫酸鹽廢水的硫資源回收以及優化MFC的性能,將MFC出水引入電輔助電化學系統進行處理,實現硫化物到單質硫氧化過程與MFC產電和硫酸鹽還原相分離。實驗結果表明,碳布電極的單質硫回收率能夠達到64.2%,明顯優于鈦板電極的13%。利用電輔助電化學陽極氧化技術回收單質硫,而利用碳布做電極能夠得到更好的單質硫回收率,能夠實現含硫廢水的資源化、能源化利用。并且利用電化學測量技術與原

5、理,對電化學處理階段的技術參數進行了合理優化。
　　構建了組合MFC和電輔助電化學系統的微生物能量內循環碳硫去除與單質硫回收綜合系統。結果表明:電容充放電時間控制在30min,串聯3個電容放電能夠得到效果最好單質硫回收率46.2%,硫酸鹽去除率達到了89.4%,COD降解率為80.5%。從而開發了結合電容充放電特性的MFC和電輔助電化學反應器耦合技術,這一含硫廢水有機能回收利用與硫資源回收提供了新方法。實驗中對技術工藝條件進行摸索

6、,通過對停留時間,電路通斷時間等參數的優化,將MFC污水處理階段和電化學污水處理階段良好的匹配。
　　為了達到最佳的運行及匹配效果,調控個反應階段的電流密度,分別進行了硫酸鹽還原率、硫化物去除率、單質硫回收率以及運行效果耦合的分析。結果表明: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,因而能夠實現很好的匹配。