基于催化膜耦合颗粒活性炭阴极的微生物燃料电池体系处理焦化废水

摘要

含难降解污染物的工业废水,处理难度大、成本高,如未达标却大量排放,会造成严重的水体污染并威胁生态平衡和人类健康.为了开发高效、节能和可持续的环保技术,制备了新型催化电极膜组件,并内置活性炭颗粒或负载二氧化锰的活性炭颗粒,以扩大阴极的总体积,研究了其在11 L上流式微生物燃料电池与膜生物反应器耦合系统中对焦化废水的处理效果,考察了其对系统的产电性能和废水处理效果.结果表明,在产电和水处理成效上,催化电极膜内放置负载二氧化锰的活性炭颗粒阴极的耦合体系＞催化电极膜内置活性炭颗粒阴极的体系＞碳纤维布电极内置活性炭颗粒阴极的体系.碳纤维负载催化剂电极膜及内置活性炭颗粒阴极的系统,最大功率密度为1 041.35 mW·m-3,比仅用碳纤维布的电极膜内置活性炭颗粒阴极的对照组,提高了7.4倍,系统内阻也由309Ω减小至104Ω,有效降低了能量损耗.催化电极膜内置负载二氧化锰活性炭颗粒阴极的耦合系统,可高效去除焦化废水中的COD和NH4+-N,去除率最高可达95.75％和92.81％;COD去除负荷为1.55kg·(m3·d)-1,比对照组提高了 25％.增大阴极曝气速率,可提高COD去除效率(另一焦化废水,出水COD值低于40mg·L-1,达到一级排放标准);COD去除负荷达到1.67 kg·(m3·d)-1.该耦合体系对焦化废水具有较好的处理效果和较高的产电能力,可为焦化废水等工业废水的处理提供一种有效可行的新方法.