[发明专利]零价铁还原耦合微生物燃料电池降解偶氮染料废水的方法

说明书

本发明公开一种零价铁还原耦合微生物燃料电池阴极降解偶氮染料废水的方法，属于污水处理技术领域。首先采用零价铁对偶氮染料废水进行还原预处理，零价铁具有较强的还原性能与偶氮染料发生还原反应，使得偶氮染料的发色基团氮氮双键发生断裂，提高废水的可氧化性，降低后续处理难度。然后利用微生物燃料电池阴极发生的芬顿反应生成的过氧化氢(H₂O₂)和羟基自由基(·OH)降解经还原预处理后的偶氮染料废水，可以有效提高有机污染物去除率，改善降解效果。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及零价铁还原耦合微生物燃料电池降解偶氮染料废水的方法。属环境保护中污水处理技术领域。

背景技术

随着我国经济的迅猛发展，工业废水排放量逐步增加，水环境污染问题也日趋严重。染料废水作为最主要的工业废水之一，对生态环境及人体健康存在较大的危害。首先，水体污染易危害人体健康。水体受有毒有害化学物质污染后，通过饮水或食物链便可能造成人类中毒。著名的水俣病、痛痛病是由水污染引起的。其次，水污染会破坏生态系统。自然水体受到污染后，化学物质会消耗水中溶解氧，导致水体缺氧，致使水生动植物死亡，降低水体生物的多样性，影响水体生态系统。最后，由于工农业发展离不开水，受污染后的水无法满足工农业用水需求，从而制约工农业发展。因此，有效解决水污染问题显得尤为重要。

现有的污水处理技术主要包括物理法、化学法以及生物法。但大多存在操作复杂，处理效果不稳定，或者处理周期较长等问题，无法满足实际应用需求。近年来，利用微生物燃料电池构建的生物电芬顿体系降解染料废水的方法也得到了广泛研究。微生物燃料电池（MFC）阳极微生物降解底物后产生质子和电子，电子与质子传递到阴极后与氧气原位生成过氧化氢（H₂O₂），通过外投Fe²⁺，Fe²⁺与H₂O₂反应生成羟基自由基（·OH），其较高的氧化还原电位，能有效降解有机污染物。然而由于MFC阳极输出功率偏低、过氧化氢产量低以及偶氮染料废水有机物浓度高、降解难度大等限制因素，无法实现对偶氮染料废水的高效率降解。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对微生物燃料电池阴极降解偶氮染料废水去除率不高的问题。提供一种零价铁还原耦合微生物燃料电池用于提高偶氮染料废水降解效果的方法。采用零价铁对偶氮染料废水进行还原处理，破坏发色基团氮氮双键(-N=N-键)；经零价铁还原后，废水的可生化性及可氧化性得到大幅提高，再利用微生物燃料电池阴极的电芬顿体系降解经还原预处理后的偶氮染料废水，提高有机污染物去除率，改善降解效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：零价铁具有较强的还原性能与偶氮染料发生还原反应，使得偶氮染料的发色基团氮氮双键发生断裂，废水的可生化性和可氧化性得到大幅提高，降低了后续处理难度。将经零价铁还原后的偶氮染料废水再置于微生物燃料电池阴极，利用微生物燃料电池阴极的生物电芬顿体系近一步处理经还原后的偶氮染料，微生物燃料电池阴极的生物电芬顿体系是利用产电微生物在阳极室降解底物后产生质子和电子，质子经质子交换膜传递到阴极，电子经外电路传递到阴极，氧气在阴极作电子受体与阳极传递来的电子、质子反应生成过氧化氢。由于经零价铁还原处理后的偶氮染料废水中含有Fe²⁺，Fe²⁺会与微生物燃料电池阴极原位生成的过氧化氢反应生成·OH氧化降解有机物，提高对偶氮染料废水的处理效率。

本发明的有益效果是：

1.本发明降解偶氮染料废水效果佳。采用零价铁还原耦合微生物燃料电池降解偶氮染料废水，经零价铁还原后的染料废水发色基团断裂，可氧化性得到提高。有利于提高微生物燃料电池进一步降解染料废水的效果。同时还原后的染料废水中含有的铁离子能和微生物燃料电池阴极产生的过氧化氢产生强氧化性的羟基自由基，对有机物质的去除效果较好。