基于微生物燃料电池的含铬电镀废水的处理和检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于微生物燃料电池的含铬电镀废水的处理和检测方法。它的步骤如下：1）在双室微生物燃料电池的阳极室注入厌氧污泥和乙酸钠溶液以接种微生物，在阴极室注入阴极液，并在阴阳两极连接电阻形成闭合回路，电池在恒温箱中反应，阳极室每天注入乙酸钠直到输出电压稳定；2）将阳极室溶液换成除去氧气的阳极液，阴极液换成含铬电镀废水；3)启动后，调节废水pH值，注入阴极室，外接电阻后开始处理过程。本发明实现了微生物与六价铬不直接接触，避免了六价铬对微生物的毒害，使得微生物处理高浓度六价铬废水成为可能。六价铬的标准氧化还原电势为1.33V，利用微生物燃料电池处理六价铬废水，实现了废水处理同步电能回收的目的。
【专利说明】基于微生物燃料电池的含铬电镀废水的处理和检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微生物燃料电池的【技术领域】，尤其涉及一种基于微生物燃料电池的含 铬电镀废水的处理和检测方法。
【背景技术】
[0002] 电镀工业产生的含有重金属（如镉、铜、铬）的废水是目前面临的典型环 境污染问题之 一（Algarra,M.;Jime'nez,M.V.;Rodrl'guez-Castello'n,E.; Jime'nez-Lo'pez,A. ；Jime'nez-Jime'nez，J. ?Chemosphere，2005,59,779 - 86)〇 重 金属，尤其是铬对人类、动物以及环境具有严重的危害。六价铬的溶解度很大，而且一般以 高毒性的阴离子形式存在，被怀疑具有致癌性和致畸性。通过食物链在活体中积累的六价 铬引发了许多健康问题。饮用水中六价铬的浓度超过〇.〇5mg/l是有毒的。因此，处理含铬 的电镀废水是十分有意义的。
[0003]目前已有的处理含铬电镀废水的方法有：化学沉淀法、絮凝法、离子交换法、膜过 滤法以及生物吸附法。虽然常规的去除金属的技术是十分有效的，但是它们还存在一些不 足之处：高能耗、高化学试剂消耗以及大量的有毒污泥。
[0004] 微生物燃料电池能够实现化学能到电能的转化。那么理论上，微生物燃料电池能 够处理含六价铬的电镀废水并且产生电能。在实验室中最常用的微生物燃料电池是双室的 微生物燃料电池，它包括一个阴极室、一个阳极室以及分隔这两个室的质子交换膜。微生物 在厌氧条件下在阳极室生长。微生物能够氧化有机质产生电子，并将电子转移到阳极表面， 再通过外电路达到阴极产生电流。质子通过质子交换膜到达阴极，并且结合阴极的电子和 氧气生成水。近年来，微生物燃料电池已经能够利用如食品废水、生活废水、猪场废水、化 学废水等复杂的有机废水产生电能。科学家利用双室微生物燃料电池处理猪场废水，C0D 和氨氮的去除率分别为86%和83%，最大功率密度达到45mW/m2(Min，B. ;Kim，J.R. ;0h，S. E. ;Regana,J.M. ;Logan,B.E. ?WaterRes. 2005, 39, 4961 - 8)。用单室微生物燃料电池处理 生活污水，最大功率密度达到26mW/m2并且COD去除率为80% (Liu,H. ;Ramnarayanan，R.; Logan,B.E. ?Environ.Sci.Technol. 2004, 38, 2281 - 5)。先前的研究报道已经证明利用微 生物燃料电池来处理废水是十分具有前景的技术。但是，在大多数体系下，废水是在阳极室 通过微生物的作用而产生电子。阴极室的作用仅仅是接受电子和质子。
[0005] 氧气、铁氰化钾或者高锰酸盐是很常见的电子受体。因此，如果在阴极室使用一 种能够接受电子和质子作为氧化剂的污染物，并且阳极的微生物通过污染物产生足够的电 能，那么这将组合成一个十分高效的微生物燃料电池。基于上述设想，含有六价铬的电镀废 水能够作为阴极的电子受体。在酸性条件下，六价铬接受六个电子还原成为三价铬：
【权利要求】
1. 一种基于微生物燃料电池的含铬电镀废水的处理方法，其特征在于它的步骤如下： 1) 在双室微生物燃料电池的阳极室注入50ml厌氧污泥和150ml乙酸钠溶液以接种微 生物，在阴极室注入200ml阴极液，并在阴阳两极连接一个1000 Ω的电阻形成闭合回路，电 池在35°C恒温箱中反应，阳极室每天注入80mg的乙酸钠直到输出电压稳定在240-260mV， 所述阴极液的组成：KH 2PO4 为 13. 60g/l、NaCl 为 11. 70g/l、Na0H 为 2. 33g/l ; 2) 将阳极室溶液换成200ml除去氧气的阳极液，阴极液换成含铬电镀废水，利用石 墨纸、碳纸或碳毡作为阴极材料，利用碳毡为阳极材料，所述的阳极液的组成：KH 2PO4S 13. 60g/l、CH3COONa 为 I. 00g/l、NaCl 为 11. 70g/l、NaOH 为 I. 164g/l、NH4Cl 为 0· 454g/ 1、MgCl2 · 6H20 为 0· 165g/l、FeCl3 · 6H20 为 I. 00mg/l、MnCl2 · 4H20 为 23. Omg/1、CaCl2 为 15. Omg/1、ZnCl2 为 7 μ g、FeCl2 · 4H20 为 70 μ g、CoCl2 · 6H20 为 24 μ g、NiCl2 · 6H20 为 2 μ g、 Na2MoO4 · 2Η20为4μ g，含铬电镀废水中六价铬含量为50ppm-500ppm ; 3) 微生物燃料电池启动后，将含铬电镀废水pH值用50%硫酸溶液调节至2,注入阴极 室，外接电阻为1000 Ω，处理25小时。
2. 如权利要求1所述的一种基于微生物燃料电池的含铬电镀废水的处理方法，其特征 在于所述的双室微生物燃料电池包括：阳极室（1)、阴极室（2)、质子交换膜（3)、法兰（4)、 橡胶塞（5)、取样孔（6)、排气孔（7)、阳极材料（8)、曝气管道（9)、磁力搅拌子（10)、阴极材 料（11)、电阻（12)、万用表（13); 电池本体内垂直设有质子交换膜（3)并用法兰（4)固定，将电池本体分隔成阳极室（1) 和阴极室（2)，阳极室（1)内垂直设有阳极材料（8)，阳极室（1)底部设有磁力搅拌子（10)， 阳极室（1)顶部设有橡胶塞（5)，橡胶塞（5)上设有取样孔（6)，阴极室（2)内垂直设有阴极 材料（11)，阴极室（2)底部设有曝气管道（9)，阴极室（2)顶部设有橡胶塞（5)，橡胶塞（5) 上设有排气孔（7)，电阻（12)和万用表（13)并接，其两端连接导线分别穿过橡胶塞（5)与 阳极材料（8)上端和阴极材料（11)上端相连。
3. -种基于微生物燃料电池的含铬电镀废水的检测方法，其特征在于包括六价铬去除 率的测定、总铬去除率的测定和电池最大功率密度的测定，其中： 采用GB7467-87二苯碳酰二肼分光光度法进行六价铬浓度的测定，根据
，计算六价络的去除率，其中ω表不六价络的去除率，c表不测定的处理 后六价铬的浓度，Ctl表示六价铬的初始浓度； 采用原子吸收法进行总铬浓度的测定，其具体步骤为，取样品Iml用超纯水稀释10倍， 用0. 22 μ m微孔滤膜过滤后用岛津ΑΑ6800原子吸收仪进行测定，根据
计算总铬去除率，其中ω表示总铬的去除率，c表示测定的处理后总铬的浓度，C(l表示总铬 的初始浓度； 改变外电阻从9000 Ω到10 Ω进行电池最大功率密度的测定，根据
计算 最大功率密度和内阻，其中P表示功率密度，单位mW/m2, V表示电压，单位V，R表示外接阻 值，单位Ω，A表示电极面积，单位m2。
【文档编号】C02F103/16GK104386826SQ201410481785
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】雷乐成, 李中坚, 李飞芳, 包晗, 杨彬, 张兴旺 申请人:浙江大学