一种用于处理高盐制药废水的MFC-A2/O耦合系统及方法

本发明属于能源与污水处理，尤其是涉及一种用于处理高盐制药废水的mfc-a2/o耦合系统及方法。

背景技术：

1、近年来，随着医药行业迅速发展，制药废水的排放问题日益突出。因生产工艺冗杂、制药原料繁多，致使废水中有机物含量高、毒性大、色度深、可生化性差，在其处理过程中多采用以传统的a2/o或多级a/o作为生化处理单元。a2/o工艺在使用活性污泥或投加微生物菌种处理废水过程中，可通过合理调节运行参数达到高效脱氮除碳除磷的效果。然而a2/o系统在废水处理方面耗能较高，难以满足可持续发展的要求。

2、微生物燃料电池(mfc)能够在降解有机物的同时利用微生物将废水中的化学能转化为电能，无需消耗外加能源就可实现能量输出，为污水低能耗脱氮提供新思路。然而反应器扩大的难度、较高的运行成本以及较低的功率密度严重限制了其推广应用。将mfc与其他污水生物处理工艺相结合，不仅能够改善废水中有机污染物的去除效率，还为mfc从实验室试验向实际应用转变创造了有利条件。

3、现有技术中，中国专利cn217051964u公开了一种上流式无膜mfc耦合a2/o脱氮产电的反应装置，通过装置的重新组合省去了离子交换膜和搅拌器，一定程度上降低了系统的运行成本。然而，该专利只是简单介绍了装置的改造流程，并未提及系统的污染物去除效果和产电性能，落地实施效果未可知。

4、中国专利cn113860476b公开了一种强化微生物燃料电池产电回收金属的方法，以叶酸废水作为阳极液，含铜废水作为阴极液，通过电极挂膜，实现cu2+的回收、叶酸废水的降解，以及产电性能的提高。该方法虽有一定的可行性，但现实生活中将两种废液汇集在同一装置中的可操作性不强，且费用较高。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的启动时间慢、产电性能低、操作可行性低而提供一种用于处理高盐制药废水的mfc-a2/o耦合系统及方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明提供了一种用于处理高盐制药废水的mfc-a2/o耦合系统，包括a2/o装置、以及与a2/o装置连接的mfc装置；

4、所述a2/o装置包括依次连通的进水池、厌氧池、缺氧池、好氧池、以及沉淀池；

5、所述mfc装置包括设置在所述厌氧池内的第一电极、设置在所述缺氧池的第二电极、设置在所述a2/o装置外并连接所述第一电极和第二电极的电阻、以及设置在所述厌氧池和缺氧池之间用于隔开所述厌氧池和缺氧池的阳离子交换膜；

6、其中，在所述第一电极上富集产电菌，所述产电菌分解废水产生电子和质子，电子经外电路传至第二电极，质子透过阳离子交换膜到达缺氧池。

7、进一步的，所述厌氧池和所述缺氧池内分别设有电动搅拌器，所述阳离子交换膜为cmi-7000阳离子交换膜，所述好氧池内设有若干曝气件。

8、进一步的，所述厌氧池、缺氧池、好氧池、以及沉淀池采用溢流连接，所述产电菌为希瓦氏菌悬液。

9、进一步的，所述好氧池与所述缺氧池之间设有回流管道。

10、进一步的，所述第一电极和第二电极的材质为碳纤维刷，所述厌氧池和缺氧池底部填充有活性炭层，所述活性炭层设于所述第一电极和第二电极下方，且所述活性炭层与所述厌氧池或缺氧池的高度之比为1:10-1:5。

11、进一步的，所述厌氧池与缺氧池的体积相同，且所述厌氧池或缺氧池与所述好氧池的体积之比为1:1-1:5。

12、本发明还提供了一种用于处理高盐制药废水的方法，采用上述的一种用于处理高盐制药废水的mfc-a2/o耦合系统执行，其特征在于，包括以下步骤：

13、s1，污泥驯化：将活性污泥沉淀浓缩，并去除杂质，利用需处理的污水对污泥进行厌氧搅拌培养得到厌氧污泥，利用需处理的污水对污泥进行曝气处理得到好氧污泥，并将含厌氧污泥污水加入到厌氧池和缺氧池中，含好氧污泥污水加入到好氧池中；

14、s2，预启动：将希瓦氏菌悬液加入到厌氧池中，将第一电极和第二电极分别置于厌氧池和缺氧池内进行生物挂膜；

15、s3，运行：以连续培养的方式通过向厌氧池输入待处理的污水，开始处理。

16、进一步的，步骤s1中，加入的含厌氧污泥污水中厌氧污泥浓度为2-6g/l，加入的含好氧污泥污水中好氧污泥浓度为2-6g/l，厌氧搅拌培养和曝气处理处理周期为12-15d。

17、进一步的，步骤s2中，加入的含厌氧污泥污水与希瓦氏菌悬液的体积之比为2:1-1:2，加入的希瓦氏菌悬液的菌浓为5×107-1.2×108cfu/ml；生物挂膜的具体操作条件如下：采用30℃恒温序批式运行mfc-a2/o耦合系统，循环周期为6-8d，经3个周期的稳定运行实现生物挂膜。

18、进一步的，步骤s3中，运行条件控制如下：

19、进水流量为5-20ml·min-1，平均水力停留时间为8-24h，厌氧池溶解氧浓度为0-0.2mg·l-1，缺氧池溶解氧浓度为0-0.5mg·l-1，好氧池溶解氧浓度为2-5mg·l-1，硝化液回流比为100-150％，运行温度为28-30℃，ph为7-8。

20、优选的，所述活性炭层与所述厌氧池或缺氧池的高度之比为1:6。

21、优选的，所述厌氧池或缺氧池与所述好氧池的体积之比为1:3。

22、优选的，步骤s1中，加入的含厌氧污泥污水中厌氧污泥浓度为4g/l，加入的含好氧污泥污水中好氧污泥浓度为4g/l，厌氧搅拌培养和曝气处理处理周期为14d。

23、优选的，加入的含厌氧污泥污水与希瓦氏菌悬液的体积之比为1:1，加入的希瓦氏菌悬液的菌浓为1.06×108cfu/ml；生物挂膜的具体操作条件如下：采用30℃恒温序批式运行mfc-a2/o耦合系统，循环周期为7d，经3个周期的稳定运行实现生物挂膜。

24、优选的，步骤s3中，运行条件控制如下：

25、进水流量为10.42ml·min-1，平均水力停留时间为16h，厌氧池溶解氧浓度为0.2mg·l-1，缺氧池溶解氧浓度为0.5mg·l-1，好氧池溶解氧浓度为2-5mg·l-1，硝化液回流比为150％，运行温度为30℃，ph为7.5。

26、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

27、(1)本发明采用厌氧污泥-希瓦氏菌作为mfc-a2/o耦合装置的阳极接种源，可加快系统启动，缩短启动时间，同时可显著提高系统的输出电压及功率密度。

28、(2)本发明采用溢流方式连接，有利于待处理废液通过溢流方式从左至右依次进行有机物降解，同时阳离子交换膜的存在能够让厌氧池中的质子尽可能多的进入缺氧池，提升产电性能。

29、(3)本发明采用溢流方式的设计，既保证了缺氧池中的废液顺利流入好氧池，又避免了大量外界空气进入缺氧池中形成好氧环境。

30、(4)本发明的系统构造简单，可通过对传统a2/o工艺进行改造，实现良好的污水处理效果且电压输出稳定。本发明在制药废水处理与资源化利用方面有良好的应用前景，对mfc的工程化应用有重要参考价值。