专利名称：高新垃圾渗滤液的高效处理新技术
技术领域：
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种以低成本、稳定且高效无污染的微生物燃料电池来处理高有机污染性垃圾渗滤液的新方法。
背景技术：
随着经济的发展，人们生活水平的不断提高，城市垃圾逐年增多，垃圾处理成为亟待解决的问题。目前，卫生填埋、高温堆肥、热解、焚烧等是国内外普遍采用的垃圾处置方法，但无论何种处置方法在处置后期或处理过程中都将大量的垃圾渗滤液。渗滤液是一种水质水量变化大、营养比例失调、氨氮含量高、成分复杂的高浓度有机废水，如不经处理直接排放，将对周围环境、土壤和地下水造成严重污染。目前渗滤液的处理方法主要有以下几种(I)物化处理法如混凝沉淀、化学沉淀、吸附、膜分离等；(2)生物处理法如好氧生物处理、厌氧生物处理、好氧-厌氧联合处理、氧化塘等；(3) 土地处理法等。其中，物化处理成本较高，而生物处理虽然能高效的去除渗滤液中的有机污染物，但会产生大量的污泥以及释放出大量可污染环境的气体。另外，我国垃圾渗滤液处理研究仍处于起步阶段，对处理工艺、渗滤液处理的设计及运行参数都有还待进一步探索，目前尚无较为完善的适合各种垃圾渗滤液、处理效率高且工艺简单的渗滤液处理方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种处理效率高、操作简单稳定且适应性较强的垃圾渗滤液的高效处理新方法。本发明的垃圾渗滤液的高效处理新方法，其特征在于，包括以下步骤(a)微生物燃料电池的启动以活性污泥为接种液启动微生物燃料电池，培养阳极产电菌株，启动微生物燃料电池，所述的微生物燃料电池为单室微生物燃料电池，以阳离子交换膜与碳布直接热压在一起作为阴极电极，以空气作为阴极；(b)微生物燃料电池的驯化电池启动成功后，将活性污泥分次逐步替换成垃圾渗滤液，对阳极产电微生物就行驯化培养，直至驯化完毕；(C)微生物燃料电池的运行菌株驯化完毕后，采用间歇式或连续流方式将垃圾将渗滤液载入微生物燃料电池中，让微生物燃料电池处理垃圾渗滤液，并监测输出电压变化和有机物浓度在电池中变化情况。所述的步骤(a)的微生物燃料电池的启动，其启动期间的微生物燃料电池的运行温度为30±1°C，外接电阻1000 Ω。步骤(2)所述的将活性污泥分次逐步替换成垃圾渗滤液，其活性污泥替换成垃圾渗滤液的比例依次为阳极液体积的1/3、1/2、1。当更换不同垃圾渗滤液时，电池输出电压在短时间内可迅速回复至换液前最高输出且扫描电镜检测到阳极生物膜已成型，说明电池驯化完毕。
本发明采用单室微生物燃料电池结构，以阳离子交换膜与碳布直接热压在一起作为阴极电极，制作成本低，以空气作为阴极，节省阴极液的损耗，运行成本低，再以活性污泥作为接种液启动微生物燃料电池，由于活性污泥中菌体繁多，可以获得更多的高效产电菌株，活性污泥本身成份复杂，其培养的高效产电菌株更易于适应垃圾渗滤液组份，将活性污泥分次逐步替换垃圾渗滤液，可以减轻垃圾渗滤液组份对产电菌株的冲击，有利于适应于垃圾渗滤液成分产电菌株的驯化培养，驯化培养可以获得大量适应于渗滤液组分的产电菌株，电池具有更强的稳定性，且电池可获得稳定的电压输出同时渗滤液中有机污染物得到有效处理，驯化完毕的微生物燃料电池能够有效的处理垃圾渗滤液，采用间歇式进样，垃圾渗滤液在电池中运行10天后有机污染物被大量分解，如其中BOD去除率可约达98. 0%、氨氮去除率可约达89. 1%。由此可见，利用本发明的方法处理垃圾渗滤液，微生物燃料电池的制作和运行成本均较低、输出电压和有机物去除效果高效稳定、操作简单且无二次污染。
图I是本发明的微生物燃料电池的结构示意图；图2本发明中微生物燃料电池启动及驯化过程中输出电压变化；图3本发明中微生物燃料电池启动及驯化过程中电池性能；图4本发明微生物燃料电池中有机污染物B0D、氨氮的去除率。
具体实施例方式以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。实施例I :一种垃圾渗滤液的高效处理新方法，该方法所采用的微生物燃料电池如图I所示，主要由阳极室、阳极电极、阳极微生物、阴极电极和外电路组成，其阴极电极是将阳离子交换膜与碳布直接热压在一起作为阴极电极，以空气作为阴极；其工作原理为(I)废水中的有机物污染物于阳极室在微生物作用下被氧化，产生电子、质子及代谢产物；(2)产生的电子从微生物细胞传递至阳极表面，使电极还原；(3)电子经由外电路到达阴极；(4)产生的质子从阳极室扩散到达阴极表面；(5)在阴极电极，空气中的氧气与阳极传递来的质子和电子于阴极表面发生还原反应，氧化态物质被还原。利用该微生物燃料电池处理垃圾渗滤液的步骤如下I)以经MFCs驯化后的活性污泥为阳极液接种启动微生物燃料电池，电池运行温度为(30+1) °C，外接电阻为1000 Ω，培养阳极产电菌株。电池在启动约12h后，可以达到 270+50mV的稳定输出电压，电池启动完成；2)电池启动完成后，将阳极液中1/3的活性污泥更换成垃圾渗滤液，由于受渗滤液中重金属、氨氮等组分影响，反应器阳极中的微生物活性降低，在换液初期电池的输出电压迅速降低，然经6h后逐渐恢复至250+50mV，见图2和图3。随后，依次将1/2和I的阳极液更换成垃圾渗滤液，增大阳极液中垃圾渗滤液成分以进一步驯化阳极产电菌株，从而获得适应垃圾渗滤液组分的高效产电菌株，启动和驯化过程的电池性能见图2和图3。经过初步驯化后，阳极产电微生物已可耐受垃圾渗滤液成分，垃圾渗滤液组分的增加对输出电压的影响不显著，且电池性能也较稳定，电池内阻维持在150Ω左右。驯化约IOd后，通过扫描电镜观察到阳极电极上已形成一层厚厚的生物膜且电池输出电压稳定，电池的阳极微生物驯化完毕；3)电池驯化完毕后，将pH、BOD浓度、氨氮浓度分别为7. 0、7600mg/L、260mg/L的垃圾渗滤液以间歇进样的方式加入驯化好的微生物燃料电池中，电池输出电压由换液瞬间的132. 2mV在6h内上升到300. OmV,且在未来的6d中一直稳定于300+10mV。另外，电池运行6、8、10、12d后，渗滤液中BOD去除率可分别达88. 8%,94. 6%,98. 0%^P 98. 7%，氨氮去除率可分别达81. 7%、86. 5%、89. 1%和89.7%，见图4。
权利要求
1.一种垃圾渗滤液的高效处理新方法，其特征在于，包括以下步骤(a)微生物燃料电池的启动以活性污泥为接种液启动微生物燃料电池，培养阳极产电菌株，启动微生物燃料电池，所述的微生物燃料电池为单室微生物燃料电池，以阳离子交换膜与碳布直接热压在一起作为阴极电极，以空气作为阴极；(b)微生物燃料电池的驯化电池启动成功后，将活性污泥分次逐步替换成垃圾渗滤液，对阳极产电微生物就行驯化培养，直至驯化完毕；(C)微生物燃料电池的运行菌株驯化完毕后，采用间歇式或连续流方式将垃圾将渗滤液载入微生物燃料电池中，让微生物燃料电池处理垃圾渗滤液，并监测输出电压变化和有机物浓度在电池中变化情况。
2.根据权利要求I所述的垃圾渗滤液的高效处理新方法，其特征在于，所述的步骤(a) 的微生物燃料电池的启动，其启动期间的微生物燃料电池的运行温度为30 ± I °C，外接电阻 1000 Ω。
3.根据权利要求I所述的垃圾渗滤液的高效处理新方法，其特征在于，步骤(2)所述的将活性污泥分次逐步替换成垃圾渗滤液，其活性污泥替换成垃圾渗滤液的比例依次为阳极液体积的1/3、1/2、I。
全文摘要
本发明公开了一种垃圾渗滤液的高效处理新方法。它包括微生物燃料电池的启动以活性污泥为接种液启动微生物燃料电池，培养阳极产电菌株，启动微生物燃料电池，所述的微生物燃料电池为单室微生物燃料电池，以阳离子交换膜与碳布直接热压在一起作为阴极电极，以空气作为阴极；微生物燃料电池的驯化电池启动成功后，将活性污泥分次逐步替换成垃圾渗滤液，对阳极产电微生物就行驯化培养，直至驯化完毕；微生物燃料电池的运行菌株驯化完毕后，采用间歇式或连续流方式将垃圾将渗滤液载入微生物燃料电池中，让微生物燃料电池处理垃圾渗滤液，并监测输出电压变化和有机物浓度在电池中变化情况。本发明的方法处理效率高、操作简单稳定且适应性较强。
文档编号C02F3/34GK102583768SQ201210005430
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者熊祖鸿, 袁浩然, 邓丽芳, 郭华芳, 陈勇 申请人:中国科学院广州能源研究所
