生物膜法反硝化除磷產電裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于污水處理技術領域，特別是涉及一種生物膜法反硝化除磷產電裝置，在處理污水中的C0D、氮、磷等污染物的同時產生電能的新工藝。
【背景技術】
[0002]傳統反硝化除磷工藝主要由厭氧、好氧、缺氧反應器組成，分為單污泥工藝和雙污泥工藝。在單污泥工藝中，硝化細菌和反硝化聚磷菌存在于同一個反應器中，依次經歷著厭氧、缺氧、好氧三種運行環境，但在雙污泥工藝中，硝化細菌與反硝化細菌各自存在于單獨的反應器中，它們可以在各自最佳運行環境中生長，并且能夠更好地解決傳統工藝中硝化菌和聚磷菌的競爭矛盾。反硝化除磷雙泥工藝不僅有利于解決傳統生物除磷脫氮工藝中因城市污水中碳源不足而使處理效果相對較差的問題，而且能減少污泥產量、降低污泥處置費用、減少構筑物數量和所需體積、節省供氧量、降低動力消耗。但是，反硝化除磷工藝在處理生活污水的過程中，已馴化成熟的微生物在很多方面還沒有發揮到應有的作用，例如微生物中含有大量的化學能等，造成了一定的資源浪費。微生物燃料電池是利用微生物的催化作用降解污水中的有機物，將化學能直接轉化為電能的新型反應器，但對降低污水中的氮、磷等污染物無明顯去除效果。污水廠傳統活性污泥法存在污泥沉降困難和易流失等問題。污水的生物膜處理法是與活性污泥法并列的一種污水好氧生物處理技術，是一種高效的廢水處理方法。生物膜是指所有通過一定媒介附著、固定的生物活性體和物質。在生物膜附著和固定過程中都需要某種媒介來承擔和完成固定，這種介質稱為生物膜載體，也稱為載體填料。填料是生物膜賴以棲息的場所，是生物膜的載體，同時也有截留懸浮物的作用。生物膜法具有污泥量少、不會產生污泥膨脹、對廢水的水質水量的變動具有較好的適應能力、運行管理簡單等優點。有關生物膜反硝化除磷與微生物燃料電池耦合的研究在國內外還屬于空白領域，耦合裝置成功運行后，在處理污水的同時產生穩定的電能，不僅具有很高的理論和應用價值，也為反硝化除磷技術在實際城市污水處理中的發展應用提供技術支持，為實際工程中的技術設計提供一定的參考，進一步完善反硝化脫氮除磷技術體系。
【發明內容】
[0003]針對上述存在的技術問題，為了克服在處理污水的過程中造成大量的有機能源的浪費，無可再生綠色能源產生的不足，本發明提供一種生物膜法反硝化除磷產電裝置，其中反硝化除磷工藝為運行的厭氧反應器、好氧生物膜反應器和缺氧反應器聯合起來，共同形成的雙泥系統。該裝置不僅能夠降低污水中C0D、TN和TP的濃度而凈化污水，而且能夠利用微生物的催化作用產生電能。
[0004]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:
[0005]本發明一種生物膜法反硝化除磷產電裝置，包括依次連接的水箱、厭氧池、初沉池、好氧池、缺氧池和終沉池，厭氧池和好氧池之間由離子交換膜隔開，其中厭氧池作為微生物燃料電池的陽極室，好氧池作為微生物燃料電池的陰極室，陽極室和陰極室分別外接電阻箱，形成閉合回路，初沉池和缺氧池間通過污泥超越管路連接，終沉池與厭氧池間通過污泥回流管路連接，終沉池上還設有出水口及排泥口，在處理污水的同時，產生電能，實現反硝化除磷與微生物燃料電池工藝的耦合。
[0006]進一步地，所述厭氧池和好氧池分別通過富集有大量微生物的電極以及導線外接電阻箱。
[0007]進一步地，所述厭氧池和缺氧池均設頂蓋，內設攪拌裝置。
[0008]進一步地，所述好氧池為生物膜反應器，池內填充填料，池底設置有曝氣砂頭，曝氣砂頭外連空氣壓縮機。
[0009 ]進一步地，所述水箱的進水管路、污泥超越和污泥回流管路上均連接有栗。
[0010]進一步地，所述厭氧池、初沉池、好氧池、缺氧池和終沉池的底部均為漏斗狀，底部出口均設有排水閥。
[0011]本發明的有益效果為:
[0012]本發明利用雙泥系統工藝與微生物燃料電池的耦合工藝處理生活污水，可以在降低污水中的C0D、TP和TN濃度的同時產生了穩定的電壓值，既有效的處理了污水中的污染物，又產生了清潔電能。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的工藝流程圖。
[0014]圖2是本發明的工藝布置圖。
[0015]圖3是本發明的產電部分構造原理圖。
[0016]圖中:1.水箱，2.厭氧池，3.初沉池，4.好氧池，5.缺氧池，6.終沉池，7.離子交換膜，8.污泥超越管路，9.出水口，10.排泥口，11.污泥回流管路，12.電阻箱，13.萬用表，14.碳租。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細描述。
[0018]實施例:如圖1-圖3所示，本發明包括依次連接的進水水箱1、厭氧池2、初沉池3、好氧池4、缺氧池5和終沉池6，厭氧池2和好氧池4之間由離子交換膜7隔開，其中厭氧池2作為微生物燃料電池的陽極室，好氧池4作為微生物燃料電池的陰極室，陽極室和陰極室分別通過碳氈電極14以及銅導線外接電阻箱12，形成閉合回路，初沉池3和缺氧池5間通過污泥超越管路8連接，終沉池6和厭氧池2間通過污泥回流管路11連接，終沉池6上還設有出水口 9及排泥口 10，在處理污水的同時，產生電能，實現反硝化除磷與微生物燃料電池兩種工藝的耦入口 ο
[0019]所述水箱I的進水管路、污泥超越管路8和污泥回流管路11上均連接有栗;厭氧池2和缺氧池5均設頂蓋，內部均設有攪拌器，通過攪拌器攪拌從而使泥水混合均勻;好氧池4內裝有填料(懸浮型、固定式等各類型填料均可)，為生物膜提供賴以棲息的場所，好氧池4內亦設曝氣裝置。所述厭氧池2、缺氧池5、好氧池4、初沉池3和終沉池6的底部均為漏斗狀，底部出口均設有排水閥。
[0020]本發明在處理污水的過程中，利用生物膜反硝化除磷工藝降低污水中C0D、TN和TP的濃度，凈化污水;將厭氧池2作為微生物燃料電池的陽極室，好氧池4作為微生物燃料電池的陰極室，中間由離子交換膜7隔開，陽極室和陰極室分別通過富集有大量微生物的碳氈14電極以及銅導線外接電阻箱12，形成閉合回路，以厭氧反應器、好氧生物膜反應器和缺氧反應器相結合的連續流雙污泥工藝為基礎，在處理污水的同時，產生一定的電能，實現反硝化除磷與微生物燃料電池兩種工藝的耦合。本發明在運行期間，污水中COD、氨氮和總磷的指標分別為300mg/L、50mg/L和10mg/L左右，控制厭氧池2、缺氧池5和好氧池4的溶解氧濃度分別為0.2mg/L、0.5mg/L和3.5-5.0mg/L，厭氧池2和缺氧池5的水溫控制在25°C，好氧池4的水溫控制在25?30 °C。厭氧池2和缺氧池5的污泥濃度控制在5000mg/L左右，好氧池4的生物量控制在6500mg/L。生活污水首先輸送至厭氧池(陽極室)2與回流污泥混合，在兼性厭氧發酵細菌的作用下，部分易生物降解的大分子有機物被轉化為小分子的揮發性脂肪酸(VFA)，反硝化聚磷菌吸收這些小分子揮發性脂肪酸合成PHB并儲存在細胞內，同時將細胞內聚磷水解成正磷酸鹽，釋放到水中(即表現為磷的釋放)；同時，有機物在產電微生物作用下分解并釋放出電子和質子，電子通過外電路傳遞到陰極形成電流，而質子通過離子交換膜7傳遞到陰極，陰極室中的氧氣作為電子受體，接收微生物從陽極傳來的電子，同時自身也被還原成水。經過初沉池進入好氧池(陰極室)4的污水，在硝化菌的作用下，將污水中的氨氮轉化為硝酸鹽氮。當MFC陰極中同時發生硝化反應時，硝化菌和產電菌對溶解氧產生競爭，為減小此競爭，控制好氧池4的溶解氧在3.5?5mg/L。含有硝酸鹽氮的污水從好氧池4進入缺氧池5，和來自初沉池3的超越污泥混合進行反硝化脫氮，此時有機物濃度已很低，反硝化聚磷菌主要是靠分解體內儲存的PHB來獲得能量供自身生長繁殖，同時超量吸收水中的溶解性磷，以聚磷酸鹽的形式儲存在體內(即表現為磷的超量吸收)，經過終沉池6沉淀，含磷高的污泥一部分回流到厭氧池2進行下一循環，一部分排出該裝置，達到除磷的效果。裝置在啟動運行期間需要連續檢測反應過程中的C0D、TN、TP的濃度變化以及產電情況。
[0021]如圖2所示，裝置整體形狀為矩形，裝置中各個反應器的底部為漏斗狀，設有排水閥。裝置在啟動運行過程中，進水、污泥超越和污泥回流采用栗輸送，其余水流均按重力流運轉，依次經過厭氧池(陽極室)2、初沉池3、好氧池(陰極室)4、缺氧池5、終沉池6，對污水進行凈化處理。
[0022]圖3為本發明裝置的產電部分構造原理圖，陽極室(厭氧池)2與陰極室(好氧池)4在空間上相鄰，中間由離子交換膜7隔開，陰、陽極所用電極材料為富集有大量微生物的碳氈14，由銅導線連接，外接電阻箱12，電阻箱兩端接電壓表進行電壓值的測定。
【主權項】
1.一種生物膜法反硝化除磷產電裝置，其特征在于:包括依次連接的水箱、厭氧池、初沉池、好氧池、缺氧池和終沉池，厭氧池和好氧池之間由離子交換膜隔開，其中厭氧池作為微生物燃料電池的陽極室，好氧池作為微生物燃料電池的陰極室，陽極室和陰極室分別外接電阻箱，形成閉合回路，初沉池和缺氧池間通過污泥超越管路連接，終沉池與厭氧池間通過污泥回流管路連接，終沉池上還設有出水口及排泥口，在處理污水的同時，產生電能，實現反硝化除磷與微生物燃料電池工藝的耦合。2.根據權利要求1所述的生物膜法反硝化除磷產電裝置，其特征在于:所述厭氧池和好氧池分別通過富集有大量微生物的電極以及導線外接電阻箱。3.根據權利要求1所述的反硝化除磷產電裝置，其特征在于:所述厭氧池和缺氧池均設頂蓋，內設攪拌裝置。4.根據權利要求1所述的生物膜法反硝化除磷產電裝置，其特征在于:所述好氧池為生物膜反應器，池內填充填料，池底設置有曝氣砂頭，曝氣砂頭外連空氣壓縮機。5.根據權利要求1所述的生物膜法反硝化除磷產電裝置，其特征在于:所述水箱的進水管路、污泥超越和污泥回流管路上均連接有栗。6.根據權利要求1所述的生物膜法反硝化除磷產電裝置，其特征在于:所述厭氧池、初沉池、好氧池、缺氧池和終沉池的底部均為漏斗狀，底部出口均設有排水閥。
【專利摘要】一種生物膜法反硝化除磷產電裝置，屬于污水處理技術領域。包括依次連接的水箱、厭氧池、初沉池、好氧池、缺氧池和終沉池，厭氧池和好氧池之間由離子交換膜隔開，其中厭氧池作為微生物燃料電池的陽極室，好氧池作為微生物燃料電池的陰極室，陽極室和陰極室分別外接電阻箱，形成閉合回路，初沉池和缺氧池間通過污泥超越管路連接，終沉池與厭氧池間通過污泥回流管路連接，終沉池上還設有出水口及排泥口。本發明利用雙泥系統工藝與微生物燃料電池的耦合工藝處理生活污水，可以在降低污水中的COD、TP和TN濃度的同時產生了穩定的電壓值，既有效的處理了污水中的污染物，又產生了清潔電能。
【IPC分類】C02F3/30, H01M8/16
【公開號】CN105585124
【申請號】CN201610131037
【發明人】張立成, 孫家樂
【申請人】沈陽建筑大學建筑設計研究院
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2016年3月9日