CN104478185A - 一种利用mfc从污泥中回收磷的方法 - Google Patents

一种利用mfc从污泥中回收磷的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104478185A
CN104478185A CN201410742293.0A CN201410742293A CN104478185A CN 104478185 A CN104478185 A CN 104478185A CN 201410742293 A CN201410742293 A CN 201410742293A CN 104478185 A CN104478185 A CN 104478185A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phosphorus
mfc
reactor
sludge
mud
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410742293.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104478185B (zh
Inventor
余震
袁勇
唐家桓
岳艳利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Eco Environmental and Soil Sciences of Guangdong Academy of Sciens
Original Assignee
Guangdong Institute of Eco Environment and Soil Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong Institute of Eco Environment and Soil Sciences filed Critical Guangdong Institute of Eco Environment and Soil Sciences
Priority to CN201410742293.0A priority Critical patent/CN104478185B/zh
Publication of CN104478185A publication Critical patent/CN104478185A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104478185B publication Critical patent/CN104478185B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02—Biological treatment
    • C02F11/04—Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B25/00—Phosphorus; Compounds thereof
    • C01B25/16—Oxyacids of phosphorus; Salts thereof
    • C01B25/26—Phosphates
    • C01B25/32—Phosphates of magnesium, calcium, strontium, or barium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B25/00—Phosphorus; Compounds thereof
    • C01B25/16—Oxyacids of phosphorus; Salts thereof
    • C01B25/26—Phosphates
    • C01B25/45—Phosphates containing plural metal, or metal and ammonium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F9/00—Multistage treatment of water, waste water or sewage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/66—Treatment of water, waste water, or sewage by neutralisation; pH adjustment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2301/00—General aspects of water treatment
    • C02F2301/08—Multistage treatments, e.g. repetition of the same process step under different conditions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Abstract

本发明公开了一种利用MFC从污泥中回收磷的方法。该方法为将含磷污泥进行厌氧消化，取污泥消化液上清即为含磷污泥消化液；将含磷污泥消化液过滤取滤液，往滤液中加入白云石，调pH为3.5～5，即得电解液；向MFC中接种产电微生物，加入稀释的含磷污泥消化液驯化培养，当外接电流稳定后，将电解液泵入MFC中，试调使外界电压稳定即可；MFC在后续运行时，阴极附近Mg2+、Ca2+、NH4 +以及HnPO4n-3便会形成沉淀，从而实现磷的回收。本发明克服了现有磷回收技术的不足，以白云石为钙源和镁源，以MFC回收污泥厌氧消化液中的磷，不仅实现污泥中有效资源的高效回收，还能缓解磷矿资源日益匮乏和水体富营养化的矛盾局面。

Description

一种利用MFC从污泥中回收磷的方法
技术领域
本发明涉及污泥资源化技术领域，特别是涉及一种利用微生物燃料电池装置（MFC）从污泥中回收磷的方法。
背景技术
磷既是造成水体富营养化的重要因素，又是一种不可再生、日益匮乏的战略性资源，它因此推动着“去除磷”向“回收磷”理念的快速转变与研发技术的实际应用。当前国内采用的生物法脱氮除磷工艺，并没有从根本上实现对磷的去除，只是将磷从污水中转移到了污泥中。调查发现，污泥经 厌氧消化后的消化液中氨氮和正磷浓度可以分别达到330~650 mg/L和40~290 mg/L，发掘污泥中的“第二磷矿”成为国内外诸多研究者努力的方向。
磷回收工艺方法主要分为沉淀法和结晶法等，沉淀法回收磷是使磷酸根以鸟粪石、磷酸钙盐和磷酸铝盐等形式沉淀下来；结晶法回收磷是在碱性条件下以含Ca、Mg等的矿物小颗粒作为晶种，使磷酸根以磷酸铵镁、羟基磷酸钙等形式结晶出来。然而这些方法均需要额外投加单一钙源、镁源以及调节pH所用的大量化学药剂。因此，寻找廉价易得的钙源或镁源、开发经济高效的磷回收工艺，最大程度降低污泥中磷回收成本并提高产品的磷含量，是当前研究的热点。
MFC是利用微生物的催化氧化作用，将储存在有机物中的化学能直接转化为电能的装置，是生物技术与电池技术相结合的产物。MFC具有去除污染与产电的双重功效，在污水处理、原位生态修复、传感器等方面应用广泛。随着全球范围内磷矿资源匮乏与水体富营养化的矛盾日益激化，近年来国内外开始探索利用MFC反应器回收污水中磷的可行性，但关于这方面的研究仍处于起步阶段。而采用白云石作为钙源和镁源，利用MFC反应器进行污泥磷回收的方法尚未见报道。
发明内容
本发明的目的在于一种利用MFC从污泥中回收磷的方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种利用MFC从污泥中回收磷的方法，包括以下步骤：
1）将含磷污泥进行厌氧消化，在厌氧条件下污泥中的磷被释放，并以磷酸盐溶解态富集于污泥消化液中，收集污泥消化液上清部分，即得含磷污泥消化液；
2）将上述含磷污泥消化液过滤取滤液，按固液比为3.0～7.0 g：100mL往滤液中加入白云石，然后再加入盐酸，搅拌使白云石溶解，即得电解液；其中，盐酸用量为使液体pH为3.5～5；
3）MFC反应器的启动：向MFC反应器中接种能在酸性条件下产电的微生物，加入稀释5～20倍数的步骤1）中所述的含磷污泥消化液进行驯化培养，并逐渐减少含磷污泥消化液的稀释倍数，继续驯化培养2～3天，直到外接电流稳定之后，将步骤2）中制备好的电解液泵入MFC反应器中，并对反应器的外阻进行调试运行，以使外界电压稳定；
4）磷回收和产电：在MFC反应器运行过程中，附着于阳极的产电微生物作为催化剂降解含磷污泥消化液中的有机物产生电子和质子，产生的电子传递到阳极，经外电路到达阴极，由此产生外电流；产生的质子通过MFC反应器隔膜达阴极，与阴极附近的磷酸盐形成HnPO4n-3，与此同时，质子与氧气在阴极氧还原催化剂的作用下结合生成水，使得阴极附近的局部pH 明显高于反应器中其他区域，当阴极附近Mg2+、Ca2+、NH4 +以及HnPO4n-3达到一定浓度后，便会形成鸟粪石、磷酸钙盐等沉淀，从而实现磷的回收。
进一步，上述步骤2）中所述白云石为过35~55目筛的白云石。
进一步，上述步骤2）中所述白云石中CaO、MgO和烧失量的重量百分比分别为27.2%~31.4%、20.8%~22.5%和44.5%~47.0%。
进一步，上述步骤2）中盐酸用量为使液体pH为4。
进一步，上述MFC反应器为单室空气阴极MFC反应器，隔膜材料为防水透气布，阴极氧还原催化剂为锰氧化物/Co-PPy-C钴聚吡咯碳，阴极材料为碳布，阳极材料为碳毡，分别用导线从阴极、阳极导出形成闭合回路。
进一步，上述步骤3）中所述的电解液泵入MFC反应器中的流速为2～10mL/min。
进一步，上述随着MFC反应器阴极沉淀物的逐渐积累，会在一定程度上影响阴极的传质，从而影响MFC反应器性能，因此当MFC运行时外电流降低为正常电流的10%及以下时，停止进水并收集阴极沉淀物，并对阴极碳布进行清洗，然后按照步骤3）进行MFC反应器的重新启动。
本发明的有益效果是：
本发明采用白云石作为镁源和钙源、基于MFC原理的污泥中磷回收***，有效结合了电化学方法和常规磷回收工艺，起到了集污泥中磷资源的高效回收与清洁电能产生的双重功效，实现了真正意义上的污泥资源化利用。采用廉价易得且富含钙源和镁源的白云石，无需额外投加单一钙源或镁源，大大降低了磷回收成本。MFC反应器以防水透气布作为低成本隔膜材料代替质子交换膜，以低价碳布作为反应器阴极，以锰氧化物/Co-PPy-C（钴聚吡咯碳）作为廉价阴极氧还原催化剂，从而有效降低了MFC的构建及运行成本。
本发明给出了在最优条件下MFC反应器中阴极最大磷回收率、最大功率密度以及COD平均去除率分别为32.7%、1760 mW/m2和76%，在反应器阴极回收的磷酸盐沉淀物主要成分是鸟粪石和磷酸钙，磷含量占进水总磷含量的32.7%。
本发明克服了现有磷回收技术的不足，采用白云石作为钙源和镁源，利用MFC反应器回收污泥厌氧消化液中的磷，不仅能够实现污泥中有效资源的高效回收，还能缓解磷矿资源日益匮乏和水体富营养化的矛盾局面。
附图说明
图1为不同pH值对含磷污泥消化液中Ca2+溶出的影响；
图2为不同pH值对含磷污泥消化液中Mg2+溶出的影响；
图3为不同固液比对Ca2+溶出的影响，图中S:L=3、S:L=4、S:L=5、S:L=6、S:L=7分别表示白云石与消化液的固液比分别为（3g：100mL）、（4g：100mL）、（5g：100mL）、（6g：100mL）、（7g：100mL）；
图4为不同固液比对Mg2+溶出的影响，图中S:L=3、S:L=4、S:L=5、S:L=6、S:L=7分别表示白云石与消化液的固液比分别为（3g：100mL）、（4g：100mL）、（5g：100mL）、（6g：100mL）、（7g：100mL）。
具体实施方式
一种利用MFC从污泥中回收磷的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将含磷污泥进行厌氧消化，在厌氧条件下污泥中的磷被释放，并以磷酸盐溶解态富集于污泥消化液中，收集污泥消化液上清部分，即得含磷污泥消化液；
2）将上述含磷污泥消化液过滤取滤液，按固液比为3.0～7.0 g：100mL往滤液中加入白云石，然后再加入盐酸，搅拌使白云石溶解，即得电解液；其中，盐酸用量为使液体pH为3.5～5；
3）MFC反应器的启动：向MFC反应器中接种能在酸性条件下产电的微生物，加入稀释5～20倍数的步骤1）中所述的含磷污泥消化液进行驯化培养，并逐渐减少含磷污泥消化液的稀释倍数，继续驯化培养2～3天，直到外接电流稳定之后，将步骤2）中制备好的电解液泵入MFC反应器中，并对反应器的外阻进行调试运行，以使外界电压稳定；
4）磷回收和产电：在MFC反应器运行过程中，附着于阳极的产电微生物作为催化剂降解含磷污泥消化液中的有机物产生电子和质子，产生的电子传递到阳极，经外电路到达阴极，由此产生外电流；产生的质子通过MFC反应器隔膜达阴极，与阴极附近的磷酸盐形成HnPO4n-3，与此同时，质子与氧气在阴极氧还原催化剂的作用下结合生成水，使得阴极附近的局部pH 明显高于反应器中其他区域，当阴极附近Mg2+、Ca2+、NH4 +以及HnPO4n-3达到一定浓度后，便会形成鸟粪石、磷酸钙盐等沉淀，从而实现磷的回收。
优选的，上述步骤2）中所述白云石为过35~55目筛的白云石。
优选的，上述步骤2）中所述白云石中CaO、MgO和烧失量的重量百分比分别为27.2%~31.4%、20.8%~22.5%和44.5%~47.0%。
优选的，上述步骤2）中盐酸用量为使液体pH为4。
优选的，上述步骤2）中固液比为5g：100mL。
优选的，上述MFC反应器为单室空气阴极MFC反应器，隔膜材料为防水透气布，阴极氧还原催化剂为锰氧化物/Co-PPy-C钴聚吡咯碳，阴极材料为碳布，阳极材料为碳毡，分别用导线从阴极、阳极导出形成闭合回路。
优选的，上述步骤3）中所述的电解液泵入MFC反应器中的流速为2～10mL/min。
最优选的，上述步骤3）中所述的电解液泵入MFC反应器中的流速为5mL/min。
优选的，随着MFC反应器阴极沉淀物的逐渐积累，会在一定程度上影响阴极的传质，从而影响MFC反应器性能，因此当MFC运行时外电流降低为正常电流的10%及以下时，停止进水并收集阴极沉淀物，并对阴极碳布进行清洗，然后按照步骤3）进行MFC反应器的重新启动。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。
以下所有实施例中采用的白云石为过35~55目筛的白云石；白云石中CaO、MgO和烧失量的重量百分比分别为27.2%~31.4%、20.8%~22.5%和44.5%~47.0%。
以下所有实施例中采用的MFC反应装置均为有机玻璃制成的方形单室空气阴极MFC反应器，有效容积为150 mL，以防水透气布作为低成本隔膜材料代替质子交换膜，以锰氧化物/Co-PPy-C（钴聚吡咯碳）作为低成本阴极氧还原催化剂，以低价碳布作为反应器阴极材料，使用碳毡作为阳极材料，分别用导线从阴极、阳极导出。
实施例1：利用MFC从污泥中回收磷的方法
1）将含磷污泥进行厌氧消化12 天，在厌氧条件下污泥中的磷被释放，并以磷酸盐溶解态富集于污泥消化液中；收集污泥消化液上清部分，即得含磷污泥消化液，其相关指标检测结果如表1所示。
其中厌氧消化是指污泥在无氧条件下，由兼性菌和厌氧细菌将污泥中的可生物降解的有机物分解成二氧化碳、甲烷和水等，使污泥得到稳定的过程。厌氧消化是污泥处理的基本工艺，消化时间从几天到几十天的均可。
表1 含磷污泥消化液的性质
2）将上述含磷污泥消化液经0.45 μm滤膜过滤，取滤液，按固液比为5g：100mL，往滤液中加入过35~55目筛的白云石，再加入盐酸，搅拌5h使白云石溶解，盐酸用量为使液体pH为4.0，即得电解液；酸化的电解液起到降低碳酸盐含量的作用，能够为MFC反应器在磷回收过程中提供缓释型钙源和镁源，同时，电解液中的有机物可为MFC反应器中产电微生物提供能源；
其中，上述白云石中的CaO、MgO和烧失量的重量百分比分别为27.2%~31.4%、20.8%~22.5%和44.5%~47.0%；
3）MFC反应器的启动：MFC反应器启动初期，向MFC反应器中接种从酸化污泥中分离筛选的高效产电混合菌群，并加入稀释5倍数的步骤1）中所述的含磷污泥消化液进行驯化培养，并逐渐减少含磷污泥消化液的稀释倍数，继续驯化培养2～3天，直到外接电流稳定之后，将步骤2）中制备好的电解液以5 mL/min的流速连续泵入MFC反应器中，并对反应器的外阻和外电流进行调试运行；运行一段时间，待外界电压基本稳定时，分别测定出水的COD、TP、PO4 3--P、TN、NH4 +-N浓度（如表2所示）；
4）磷回收和产电：在MFC反应器运行过程中，附着于阳极的产电微生物作为催化剂，降解含磷污泥消化液中的有机物产生电子和质子，产生的电子传递到阳极，经外电路到达阴极，由此产生外电流；产生的质子通过隔膜材料达阴极，与阴极附近的磷酸盐形成Hn PO4n-3，与此同时，质子与氧气在氧还原催化剂锰氧化物/Co-PPy-C（钴聚吡咯碳）的作用下结合生成水，使得阴极附近的局部pH 明显高于反应器中其他区域，当阴极附近Mg2+、Ca2+、NH4 +以及HnPO4n-3达到一定浓度，便会形成鸟粪石、磷酸钙盐等沉淀，从而实现磷的回收；
5）收集阴极沉淀物并进行反应器重启：随着MFC反应器阴极沉淀物的逐渐积累，会在一定程度上影响阴极的传质，从而影响MFC反应器性能，因此在MFC运行过程中当发现外电流明显降低时（外电流降低为正常电流的10%及以下时），应停止进水并收集阴极沉淀物，并对阴极碳布进行清洗，然后按照步骤3）进行MFC反应器的重新启动。
表2 MFC反应器进出水水质指标
由表2结果可得，进水COD平均值为1183 mg/L，出水COD平均值为283.9 mg/L，COD平均去除率为76.0%，最高去除率为82.5%。TP和PO4 3--P的平均去除率分别为67.4%和69.8%。TN和NH4 +-N的平均去除率分别为21.7%和34.1%。
另外，本实施例中MFC的最大输出功率密度为1760 mW/m2。将阴极上的沉淀物进行XRD晶型分析，发现沉淀物主要成分是鸟粪石和磷酸钙，反应器阴极沉淀物中的磷含量占进水中正磷含量的32.7%。
实施例2  pH值的优化
按照实施例1所述的利用MFC从污泥中回收磷的方法，研究电解液的最佳pH值。
分别取200 mL经0.45μm的滤膜过滤后的含磷污泥消化液于5个500 mL烧杯中，分别投加10g白云石，用盐酸调节并控制消化液pH分别为3.0、3.5、4.0、4.5和5.0，缓慢搅拌酸化5h，每小时取样测定消化液中Ca2+、Mg2+浓度，考察不同pH对含磷污泥消化液中钙、镁溶出效果的影响。结果如图1和图2所示。
由图1和图2可知，在不同的pH条件下，Ca2+和Mg2+的溶出具有相同的变化趋势，均随着酸化程度的增大而增大。当pH在4.5~5.0范围时，含磷污泥消化液中Ca2+、Mg2+溶出缓慢，是因为白云石中存在的碳酸盐与盐酸反应，使含磷污泥消化液中的碱度发生变化从而影响Ca2+、Mg2+的溶出。当酸化pH小于4.0时，含磷污泥消化液中Ca2+、Mg2+溶出速率明显提高，结合实际情况，选择最适酸化pH值为4.0。
实施例3白云石与消化液固液比的优化
按照实施例1所述的利用MFC从污泥中回收磷的方法，研究电解液的最佳白云石与消化液的固液比。
分别取200 mL经0.45μm的滤膜过滤后的含磷污泥消化液于5个500 mL烧杯中，依次投加6g、8g、10g、12g和14g白云石，使得白云石与消化液的固液比分别为（3g：100mL）、（4g：100mL）、（5g：100mL）、（6g：100mL）和（7g：100mL），在烧杯中加入盐酸调节并控制消化液pH为4.0，缓慢搅拌酸化5h，并使白云石溶解，每小时取样测定消化液中Ca2+、Mg2+浓度，考察不同固液比对消化液中钙、镁溶出效果的影响。结果如图3和图4所示。
由图3和图4可知，在不同的固液比（图中用S:L表示）条件下，Ca2+和Mg2+的溶出具有相同的变化趋势，Ca2+和Mg2+的浓度均随着固液比的提高而增加。当固液比为6.0、7.0时，Ca2+和Mg2+溶出速率接近，但溶出浓度远远高于需要。基于实际对于钙镁离子的需要，选择最适的固液比为5.0。
实施例4：利用MFC从污泥中回收磷的方法
1）将含磷污泥进行厌氧消化9天，在厌氧条件下污泥中的磷被释放，并以磷酸盐溶解态富集于污泥消化液中；收集污泥消化液上清部分，即得含磷污泥消化液；
其中厌氧消化是指污泥在无氧条件下，由兼性菌和厌氧细菌将污泥中的可生物降解的有机物分解成二氧化碳、甲烷和水等，使污泥得到稳定的过程。厌氧消化是污泥处理的基本工艺，消化时间从几天到几十天均可。
2）将上述含磷污泥消化液经0.45 μm滤膜过滤，取滤液，按固液比为7g：100mL，往滤液中加入过35~55目筛的白云石，再加入盐酸，搅拌5h使白云石溶解，盐酸用量为使液体pH为3.5，即得电解液；酸化的电解液起到降低碳酸盐含量的作用，能够为MFC反应器在磷回收过程中提供缓释型钙源和镁源，同时，电解液中的有机物可为MFC反应器中产电微生物提供能源；
其中，上述白云石中的CaO、MgO和烧失量的重量百分比分别为27.2%~31.4%、20.8%~22.5%和44.5%~47.0%；
3）MFC反应器的启动：MFC反应器启动初期，向MFC反应器中接种从酸化污泥中分离筛选的高效产电混合菌群，并加入稀释20倍数的步骤1）中所述的含磷污泥消化液进行驯化培养，并逐渐减少含磷污泥消化液的稀释倍数，继续驯化培养2～3天，直到外接电流稳定之后，将步骤2）中制备好的电解液以2mL/min的流速连续泵入MFC反应器中，并对反应器的外阻和外电流进行调试运行；运行一段时间，待外界电压基本稳定即可；
4）磷回收和产电：在MFC反应器运行过程中，附着于阳极的产电微生物作为催化剂，降解含磷污泥消化液中的有机物产生电子和质子，产生的电子传递到阳极，经外电路到达阴极，由此产生外电流；产生的质子通过隔膜材料达阴极，与阴极附近的磷酸盐形成Hn PO4n-3，与此同时，质子与氧气在氧还原催化剂锰氧化物/Co-PPy-C（钴聚吡咯碳）的作用下结合生成水，使得阴极附近的局部pH 明显高于反应器中其他区域，当阴极附近Mg2+、Ca2+、NH4 +以及HnPO4n-3达到一定浓度，便会形成鸟粪石、磷酸钙盐等沉淀，从而实现磷的回收；
5）收集阴极沉淀物并进行反应器重启：随着MFC反应器阴极沉淀物的逐渐积累，会在一定程度上影响阴极的传质，从而影响MFC反应器性能，因此在MFC运行过程中当发现外电流明显降低时（外电流降低为正常电流的10%及以下时），应停止进水并收集阴极沉淀物，并对阴极碳布进行清洗，然后按照步骤3）进行MFC反应器的重新启动。
实施例5：利用MFC从污泥中回收磷的方法
1）将含磷污泥进行厌氧消化30天，在厌氧条件下污泥中的磷被释放，并以磷酸盐溶解态富集于污泥消化液中；收集污泥消化液上清部分，即得含磷污泥消化液；
其中厌氧消化是指污泥在无氧条件下，由兼性菌和厌氧细菌将污泥中的可生物降解的有机物分解成二氧化碳、甲烷和水等，使污泥得到稳定的过程。厌氧消化是污泥处理的基本工艺，消化时间从几天到几十天均可。
2）将上述含磷污泥消化液经0.45 μm滤膜过滤，取滤液，按固液比为3g：100mL，往滤液中加入过35~55目筛的白云石，再加入盐酸，搅拌4h使白云石溶解，盐酸用量为使液体pH为5，即得电解液；酸化的电解液起到降低碳酸盐含量的作用，能够为MFC反应器在磷回收过程中提供缓释型钙源和镁源，同时，电解液中的有机物可为MFC反应器中产电微生物提供能源；
其中，上述白云石中的CaO、MgO和烧失量的重量百分比分别为27.2%~31.4%、20.8%~22.5%和44.5%~47.0%；
3）MFC反应器的启动：MFC反应器启动初期，向MFC反应器中接种从酸化污泥中分离筛选的高效产电混合菌群，并加入稀释10倍数的步骤1）中所述的含磷污泥消化液进行驯化培养，并逐渐减少含磷污泥消化液的稀释倍数，继续驯化培养2～3天，直到外接电流稳定之后，将步骤2）中制备好的电解液以10mL/min的流速连续泵入MFC反应器中，并对反应器的外阻和外电流进行调试运行；运行一段时间，待外界电压基本稳定即可；
4）磷回收和产电：在MFC反应器运行过程中，附着于阳极的产电微生物作为催化剂，降解含磷污泥消化液中的有机物产生电子和质子，产生的电子传递到阳极，经外电路到达阴极，由此产生外电流；产生的质子通过隔膜材料达阴极，与阴极附近的磷酸盐形成Hn PO4n-3，与此同时，质子与氧气在氧还原催化剂锰氧化物/Co-PPy-C（钴聚吡咯碳）的作用下结合生成水，使得阴极附近的局部pH 明显高于反应器中其他区域，当阴极附近Mg2+、Ca2+、NH4 +以及HnPO4n-3达到一定浓度，便会形成鸟粪石、磷酸钙盐等沉淀，从而实现磷的回收；
5）收集阴极沉淀物并进行反应器重启：随着MFC反应器阴极沉淀物的逐渐积累，会在一定程度上影响阴极的传质，从而影响MFC反应器性能，因此在MFC运行过程中当发现外电流明显降低时（外电流降低为正常电流的10%及以下时），应停止进水并收集阴极沉淀物，并对阴极碳布进行清洗，然后按照步骤3）进行MFC反应器的重新启动。
为本领域的专业技术人员容易理解，以上所述仅为本发明专利的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均落在本发明要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用MFC从污泥中回收磷的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将含磷污泥进行厌氧消化，在厌氧条件下污泥中的磷被释放，并以磷酸盐溶解态富集于污泥消化液中，收集污泥消化液上清部分，即得含磷污泥消化液；
2）将上述含磷污泥消化液过滤取滤液，按固液比为3.0～7.0 g：100mL往滤液中加入白云石，然后再加入盐酸，搅拌使白云石溶解，即得电解液；其中，盐酸用量为使液体pH为3.5～5； 
3）MFC反应器的启动：向MFC反应器中接种能在酸性条件下产电的微生物，加入稀释5～20倍数的步骤1）中所述的含磷污泥消化液进行驯化培养，并逐渐减少含磷污泥消化液的稀释倍数，继续驯化培养2～3天，直到外接电流稳定之后，将步骤2）中制备好的电解液泵入MFC反应器中，并对反应器的外阻进行调试运行，以使外界电压稳定；
4）磷回收和产电：在MFC反应器运行过程中，附着于阳极的产电微生物作为催化剂降解含磷污泥消化液中的有机物产生电子和质子，产生的电子传递到阳极，经外电路到达阴极，由此产生外电流；产生的质子通过MFC反应器隔膜达阴极，与阴极附近的磷酸盐形成HnPO4n-3，与此同时，质子与氧气在阴极氧还原催化剂的作用下结合生成水，使得阴极附近的局部pH 明显高于反应器中其他区域，当阴极附近Mg2+、Ca2+、NH4 +以及HnPO4n-3达到一定浓度后，便会形成鸟粪石、磷酸钙盐等沉淀，从而实现磷的回收。
2.根据权利要求1所述的一种利用MFC从污泥中回收磷的方法，其特征在于：步骤2）中所述白云石为过35~55目筛的白云石。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用MFC从污泥中回收磷的方法，其特征在于：步骤2）中所述白云石中CaO、MgO和烧失量的重量百分比分别为27.2%~31.4%、20.8%~22.5%和44.5%~47.0%。
4.根据权利要求1或2所述的一种利用MFC从污泥中回收磷的方法，其特征在于：步骤2）中盐酸用量为使液体pH为4。
5.根据权利要求1所述的一种利用MFC从污泥中回收磷的方法，其特征在于：MFC反应器为单室空气阴极MFC反应器，隔膜材料为防水透气布，阴极氧还原催化剂为锰氧化物/Co-PPy-C钴聚吡咯碳，阴极材料为碳布，阳极材料为碳毡，分别用导线从阴极、阳极导出形成闭合回路。
6.根据权利要求1所述的一种利用MFC从污泥中回收磷的方法，其特征在于：步骤3）中所述的电解液泵入MFC反应器中的流速为2～10mL/min。
7.根据权利要求1所述的一种利用MFC从污泥中回收磷的方法，其特征在于：随着MFC反应器阴极沉淀物的逐渐积累，会在一定程度上影响阴极的传质，从而影响MFC反应器性能，因此当MFC运行时外电流降低为正常电流的10%及以下时，停止进水并收集阴极沉淀物，并对阴极碳布进行清洗，然后按照步骤3）进行MFC反应器的重新启动。
CN201410742293.0A 2014-12-05 2014-12-05 一种利用mfc从污泥中回收磷的方法 Active CN104478185B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410742293.0A CN104478185B (zh) 2014-12-05 2014-12-05 一种利用mfc从污泥中回收磷的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410742293.0A CN104478185B (zh) 2014-12-05 2014-12-05 一种利用mfc从污泥中回收磷的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104478185A true CN104478185A (zh) 2015-04-01
CN104478185B CN104478185B (zh) 2016-08-10

Family

ID=52752826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410742293.0A Active CN104478185B (zh) 2014-12-05 2014-12-05 一种利用mfc从污泥中回收磷的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104478185B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105923945A (zh) * 2016-05-16 2016-09-07 浙江工商大学 一种生物电化学辅助无能耗回收污泥中磷的装置及方法
WO2018156940A1 (en) * 2017-02-23 2018-08-30 Cleanbay Biofuels, Inc. A process for forming a product solution from poultry waste digestate
CN108660475A (zh) * 2018-04-24 2018-10-16 同济大学 一种生物电化学鸟粪石结晶回收污水磷的方法
CN108675403A (zh) * 2018-04-24 2018-10-19 同济大学 一种电化学鸟粪石结晶回收污水氮磷的方法
CN109536988A (zh) * 2019-01-03 2019-03-29 江南大学 一种提高微生物电解池甲烷产量并同步回收氮磷的方法
CN109628950A (zh) * 2018-12-06 2019-04-16 华中科技大学 一种微生物电解池原位回收高纯度鸟粪石的方法
CN109638327A (zh) * 2018-12-19 2019-04-16 大连理工大学 一种用单室厌氧氨氧化污泥-微生物燃料电池装置进行脱氮产电的工艺
CN114291873A (zh) * 2022-01-27 2022-04-08 西安建筑科技大学 一种镁-空气电池连续运行处理厌氧消化废水并回收氮磷资源的装置及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005313073A (ja) * 2004-04-28 2005-11-10 Ebara Corp 有機性廃水又は汚泥の処理方法及び装置
CN102320583A (zh) * 2011-07-25 2012-01-18 南京林业大学 一种利用白云石回收城市污泥厌氧消化液中磷的方法
CN104108845A (zh) * 2014-08-01 2014-10-22 中国科学院生态环境研究中心 一种微生物燃料电池利用剩余污泥同步产电产甲烷的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005313073A (ja) * 2004-04-28 2005-11-10 Ebara Corp 有機性廃水又は汚泥の処理方法及び装置
CN102320583A (zh) * 2011-07-25 2012-01-18 南京林业大学 一种利用白云石回收城市污泥厌氧消化液中磷的方法
CN104108845A (zh) * 2014-08-01 2014-10-22 中国科学院生态环境研究中心 一种微生物燃料电池利用剩余污泥同步产电产甲烷的方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105923945A (zh) * 2016-05-16 2016-09-07 浙江工商大学 一种生物电化学辅助无能耗回收污泥中磷的装置及方法
WO2018156940A1 (en) * 2017-02-23 2018-08-30 Cleanbay Biofuels, Inc. A process for forming a product solution from poultry waste digestate
US11053173B2 (en) 2017-02-23 2021-07-06 Cleanbay Renewables Llc Process for forming a product solution from poultry waste digestate
CN108660475A (zh) * 2018-04-24 2018-10-16 同济大学 一种生物电化学鸟粪石结晶回收污水磷的方法
CN108675403A (zh) * 2018-04-24 2018-10-19 同济大学 一种电化学鸟粪石结晶回收污水氮磷的方法
CN108675403B (zh) * 2018-04-24 2020-12-08 同济大学 一种电化学鸟粪石结晶回收污水氮磷的方法
CN109628950A (zh) * 2018-12-06 2019-04-16 华中科技大学 一种微生物电解池原位回收高纯度鸟粪石的方法
CN109638327A (zh) * 2018-12-19 2019-04-16 大连理工大学 一种用单室厌氧氨氧化污泥-微生物燃料电池装置进行脱氮产电的工艺
CN109536988A (zh) * 2019-01-03 2019-03-29 江南大学 一种提高微生物电解池甲烷产量并同步回收氮磷的方法
CN114291873A (zh) * 2022-01-27 2022-04-08 西安建筑科技大学 一种镁-空气电池连续运行处理厌氧消化废水并回收氮磷资源的装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104478185B (zh) 2016-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104478185B (zh) 一种利用mfc从污泥中回收磷的方法
Ichihashi et al. Removal and recovery of phosphorus as struvite from swine wastewater using microbial fuel cell
CN108660475B (zh) 一种生物电化学鸟粪石结晶回收污水磷的方法
CN102557272B (zh) 微生物燃料电池三级连续式废水脱氮处理方法及装置
CN108275776B (zh) 厌氧流化床串联人工湿地型微生物燃料电池装置及方法
CN108675403A (zh) 一种电化学鸟粪石结晶回收污水氮磷的方法
CN103979688B (zh) 一种微生物燃料电池耦合电极生物膜除磷脱氮***及应用
CN106630177B (zh) 一种利用微生物电解池处理焦化废水并产氢的方法及装置
CN105236576A (zh) 一种浮床植物耦合沉积物微生物燃料电池的水质净化方法
CN105152351A (zh) 一种光电人工湿地及其应用
CN108448144B (zh) 一种微生物燃料电池
JP6037269B2 (ja) 微生物燃料電池
CN108751627B (zh) 中性芬顿调理剩余污泥微生物电解产氢回收磷的方法
Rahmani et al. Application of the eco-friendly bio-anode for ammonium removal and power generation from wastewater in bio-electrochemical systems
CN104143648A (zh) 利用微生物燃料电池去除及回收污水中氨氮的装置及方法
CN109628950B (zh) 一种微生物电解池原位回收高纯度鸟粪石的方法
CN103820811A (zh) 用微生物燃料电池从含铜废水中回收单质铜的方法
CN104230003A (zh) 一种集有机污水处理和产甲烷于一体的微生物电解池装置
Tai et al. Efficient phosphorus recovery as struvite by microbial electrolysis cell with stainless steel cathode: Struvite purity and experimental factors
CN114804304A (zh) 一种电解法回收污水中磷的方法
CN104986913B (zh) 一种基于微生物燃料电池的猪场废水处理方法
CN107964552B (zh) 一种厌氧消化与mfc耦合提高甲烷合成效率的方法
CN103715444B (zh) 序批式电极反转微生物燃料电池及其应用
Dhara et al. Biological approach for energy self-sufficiency of municipal wastewater treatment plants
CN103715433A (zh) 一种电气石-聚苯胺复合电极的制备方法及应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 510650 No. 808 Tianyuan Road, Tianhe District, Guangzhou, Guangdong

Patentee after: GUANGDONG INSTITUTE OF ECO-ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY

Address before: 510650 No. 808 Tianyuan Road, Tianhe District, Guangzhou, Guangdong

Patentee before: GUANGDONG INSTITUTE OF ECO-ENVIRONMENT AND SOIL SCIENCES

CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Tianhe District Tianyuan road Guangzhou City, Guangdong province 510650 No. 808

Patentee after: Institute of ecological environment and soil, Guangdong Academy of Sciences

Address before: Tianhe District Tianyuan road Guangzhou City, Guangdong province 510650 No. 808

Patentee before: GUANGDONG INSTITUTE OF ECO-ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY

CP01 Change in the name or title of a patent holder