一种微生物燃料电池耦合硫自养反硝化控制硫化氢的方法及系统与流程

本发明属于污水处理，特别是涉及一种微生物燃料电池耦合硫自养反硝化控制硫化氢的方法及系统。

背景技术：

1、自养反硝化脱氮工艺无需投加有机碳源，具有运行成本低，出水水质好等特点，具有良好的工程应用前景。自养反硝化电子供体可为单质硫、铁粉硫代硫酸钠等或不同比例组合构成，投加量应根据滤池需去除氮的量计算电子供体性质及投加量。但是当no3-n低于0mg/l时候，硫氢根、硫离子等硫化物会与h离子结合，h2s会逸散到空气中，形成恶臭气体。

2、硫化氢气体（h2s）为可燃性无色酸性气体，具有臭鸡蛋味，可经过呼吸道进入人体，引起为硫化氢中毒。轻度中毒可出现眼及呼吸道刺激症状，中度中毒出现化学性肺炎和化学性肺水肿，重度中毒可在吸入后数秒内昏迷倒地，甚至会导致呼吸中枢麻痹、死亡。硫化氢排放会对环境造成严重影响，包括空气和水污染，对水生生物和植物也具有毒害作用，此外硫化氢能与空气形成爆炸性混合物，遇到明火或高热时，会燃烧甚至爆炸，具有较大的安全隐患。

3、燃料电池是一种新型的潜在脱硫技术，不仅可以脱硫，还能获取绿色能源（电能和单质硫），在微生物燃料电池（mfc）的电化学反应过程中，其原理依赖于有机基质在阳极室被电活性细菌氧化并产生电子和质子，电子通过细胞中的一系列呼吸酶，以三磷酸腺苷（atp）的形式为细胞提供能量，产生的电子通过直接电子转移、纳米导线或外部介体三种形式传递到阳极，再经由外部电路转移到阴极，电子受体得到电子并被还原，例如，氧可以通过电子和质子的催化反应还原为水。许多电子受体，如氧、硝酸盐、硫酸盐等，很容易扩散到细胞内，在那里它们接受电子并发生还原反应。微生物燃料电池（mfc）具有运行条件温和、产泥率低和能量转化率高等优点，可以有效控制与去除硫化氢。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中的缺点，本发明提供一种微生物燃料电池耦合硫自养反硝化控制硫化氢的方法及系统，用于解决现有技术自养反硝化脱氮工艺中产生h2s，逸散到空气中，经过呼吸道进入人体，引起为硫化氢中毒，危害人体健康等问题。

2、本发明第一方面提供了一种微生物燃料电池耦合硫自养反硝化控制硫化氢的方法，包括如下步骤：

3、1）脱氮处理：提供电解槽，所述电解槽中包括复合填料层，所述复合填料层包括细砂层、改性活性炭层、硫自养填料层、石英砂滤层和鹅卵石衬托层，将污水通入电解槽，通过所述改性活性炭层富集培养污水中的硫自养反硝化菌，并利用所述硫自养填料层中的单质硫作为电子供体，将污水中的硝态氮和/或亚硝态氮还原为氮气，获得脱氮后的水，脱氮后的水中含有硫离子；

4、2）控制硫化氢生成：在所述电解槽中构建微生物燃料电池，所述微生物燃料电池包括阳极室，所述阳极室提供电子，使步骤1）中脱氮后的水中的硫离子生成硫单质和/或硫酸盐，从而实现控制硫化氢生成；所述阳极室的反应式为s2-+2e-=s0和/或s2-+8e-+4h2o=so42-+8h+。

5、本发明第二方面提供了一种微生物燃料电池耦合硫自养反硝化控制硫化氢的系统，包括：

6、电解槽，所述电解槽中包括复合填料层，用于将废水进行脱氮，获得脱氮后的水；

7、微生物燃料电池单元，所述微生物电池单元包括交换膜、阳极和阴极，所述交换膜将所述电解槽分隔为两室，分别为阳极室和阴极室，所述阳极设于阳极室，所述阴极设于阴极室，所述阳极和所述阴极通过导线连接，用于控制脱氮后的水中的硫离子形成硫化氢。

8、本发明具有以下有益效果：

9、本发明通过改性生物炭层富集培养硫自养反硝化菌，通过硫自养填料层提供硫单质作为电子供体，将污水中的硝态氮和/或亚硝态氮还原为氮气，实现脱氮。对于污水中剩余的硫离子，通过构建微生物燃料电池，将硫离子转化为硫单质和硫酸盐，实现控制硫化氢生成。本发明相比传统含氮废水处理方法有效控制了硫化氢的生成，环境友好，可以减少对化学药剂的需求，能耗低，具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种微生物燃料电池耦合硫自养反硝化控制硫化氢的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的微生物燃料电池耦合硫自养反硝化控制硫化氢的方法，其特征在于，包括如下特征的任一项或多项：

3.如权利要求1所述的微生物燃料电池耦合硫自养反硝化控制硫化氢的方法，其特征在于，所述微生物燃料电池包括阳极、阴极和交换膜，所述交换膜将所述电解槽分隔为两室，分别为阳极室和阴极室，所述阳极设于所述阳极室中，所述阴极设于所述阴极室中。

4.如权利要求3所述的微生物燃料电池耦合硫自养反硝化控制硫化氢的方法，其特征在于，所述污水分别从所述阳极室和/或所述阴极室进入；质子通过所述交换膜进入所述阴极室，所述阴极室通过所述阳极传递的电子与质子进行反应，反应式为2h++2e-＝h2和/或o2+4h++4e-＝2h2o。

5.如权利要求3所述的微生物燃料电池耦合硫自养反硝化控制硫化氢的方法，其特征在于，包括如下特征的任一项或多项：

6.一种微生物燃料电池耦合硫自养反硝化控制硫化氢的系统，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的微生物燃料电池耦合硫自养反硝化控制硫化氢的系统，其特征在于，还包括滤池，所述滤池包括依次连通的带孔圆盘（31）、支撑层（3）、反冲洗区（4）和污水收集区（7），所述带孔圆盘（31）与电解槽（1）底部流体连通，用于排出脱氮后的水；所述电解槽（1）的上端设有入水口（10）。

8.如权利要求7所述的微生物燃料电池耦合硫自养反硝化控制硫化氢的系统，其特征在于，所述滤池还包括水反冲洗管(5)和气反冲洗管(6)，分别与所述反冲洗区(4)连通；所述滤池靠近所述污水收集区(7)底部处设有出水管(8)。

9.如权利要求6所述的微生物燃料电池耦合硫自养反硝化控制硫化氢的系统，其特征在于，所述复合填料层（2）按照污水流动方向依次包括层叠设置的细砂层（21）、改性活性炭层（22）、硫自养填料层（23）、石英砂滤层（24）和鹅卵石衬托层（25）。

10.如权利要求9所述的微生物燃料电池耦合硫自养反硝化控制硫化氢的系统，其特征在于，包括如下特征的任一项或多项：

技术总结本发明属于污水处理技术领域，提供一种微生物燃料电池耦合硫自养反硝化控制硫化氢的方法及系统。本发明包括1）脱氮处理：将污水通入电解槽，通过电解槽中的改性活性炭层富集培养污水中的硫自养反硝化菌，并利用硫自养填料层中的单质硫作为电子供体，将污水中的硝态氮和/或亚硝态氮还原为氮气，获得脱氮后的水，脱氮后的水中含有硫离子；2）控制硫化氢生成：在电解槽中构建微生物燃料电池，微生物燃料电池包括阳极室，通过阳极室提供的电子，使脱氮后的水中的硫离子生成硫单质和/或硫酸盐，从而实现控制硫化氢生成。本发明相比传统含氮废水处理方法有效控制了硫化氢的生成，环境友好，能耗低，具有广泛的应用前景。技术研发人员：周维奇,郭亚丽,方宁,李玉,次瀚林受保护的技术使用者：上海勘测设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20