專利名稱:一種與a/o工藝相結(jié)合的雙室mfc廢水處理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種與A/O工藝相結(jié)合的雙室MFC廢水處理系統(tǒng)。陽極室與陰極室之間通過質(zhì)子交換膜分隔，陽極室內(nèi)設(shè)有主陽極、輔助陽極，并通過導(dǎo)線連接，陰極室底部設(shè)有曝氣裝置，陰極室內(nèi)設(shè)有陰極，陰極經(jīng)變阻箱與主陽極相連，陽極室出水口經(jīng)第二蠕動泵、第二沉淀池、第三蠕動泵與陰極室進(jìn)水口相連，第一沉淀池經(jīng)第一蠕動泵與陽極室進(jìn)水口相連，陰極室出水口經(jīng)第四蠕動泵、第三沉淀池、第五蠕動泵與陽極室進(jìn)水口相連，陰極室出水口與第四沉淀池相連。本實(shí)用新型有效利用了雙室微生物燃料電池的兩個(gè)電極室，實(shí)現(xiàn)了同步脫氮除磷除碳，并產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的電流，達(dá)到了污水處理和能源回收的統(tǒng)一，進(jìn)一步改進(jìn)了微生物燃料電池處理廢水工藝。
【專利說明】一種與A/Ο工藝相結(jié)合的雙室MFC廢水處理系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種與A/Ο工藝相結(jié)合的雙室MFC (微生物燃料電池)廢水處理系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]微生物燃料電池(MFC)是一種以微生物為催化劑，將有機(jī)物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。微生物燃料電池以附著于陽極的微生物降解有機(jī)物產(chǎn)生電子和質(zhì)子，產(chǎn)生的電子傳遞到陽極后經(jīng)外電路到達(dá)陰極，由此產(chǎn)生外電流。而產(chǎn)生的質(zhì)子通過分隔材料到達(dá)陰極，從而完成電池內(nèi)部電荷的傳遞。常見的微生物電池分為單室微生物燃料電池和雙室微生物燃料電池，其差別主要體現(xiàn)在陰極設(shè)計(jì)的不同。單室微生物燃料電池采用空氣陰極，而雙室微生物燃料電池采用非生物陰極或生物電極，雙室之間通過質(zhì)子交換膜鹽橋隔開。采用空氣陰極或非生物陰極對催化劑要求高，成本較大，近些年對生物陰極的研宄和報(bào)道逐漸增多，如何有效利用陰極室也成為當(dāng)前的研宄熱點(diǎn)。
[0003]最早20世紀(jì)90年代有了利用微生物燃料電池處理污水的報(bào)道。目前，許多專家學(xué)者致力于將此技術(shù)應(yīng)用于生活污水及工業(yè)廢水處理的研宄，取得了顯著進(jìn)展。但是，當(dāng)前采用微生物燃料電池處理污水的技術(shù)還不成熟，尚處于實(shí)驗(yàn)研宄階段，對于電極室的構(gòu)型、電極材料、處理工藝等還沒有公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。微生物燃料電池處理廢水還存在處理效率低、電流密度低、應(yīng)用成本高等問題。目前處理廢水的工藝有AO、A/A/O、MBR等工藝。AO工藝是目前廣泛應(yīng)用的污水處理工藝，工藝方法比較成熟。將微生物燃料電池與AO工藝結(jié)合，在處理廢水的同時(shí)能夠回收能源，具有很好的應(yīng)用前景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實(shí)現(xiàn)采用微生物燃料電池高效穩(wěn)定的處理廢水，并降低廢水處理成本的與A/0工藝相結(jié)合的雙室MFC廢水處理系統(tǒng)。
[0005]與A/0工藝相結(jié)合的雙室MFC廢水處理系統(tǒng)包括陽極室、陰極室、陰極、主陽極、輔助陽極、質(zhì)子交換膜、曝氣裝置、變阻箱、第一沉淀池、第一蠕動泵、第二蠕動泵、第二沉淀池、第三蠕動泵、第四蠕動泵、第三沉淀池、第五蠕動泵、第四沉淀池；陽極室與陰極室之間通過質(zhì)子交換膜分隔，陽極室內(nèi)設(shè)有主陽極、輔助陽極，并通過導(dǎo)線連接，陰極室底部設(shè)有曝氣裝置，陰極室內(nèi)設(shè)有陰極，陰極經(jīng)變阻箱與主陽極相連，陽極室出水口經(jīng)第二蠕動泵、第二沉淀池、第三蠕動泵與陰極室進(jìn)水口相連，第一沉淀池經(jīng)第一蠕動泵與陽極室進(jìn)水口相連，陰極室出水口經(jīng)第四蠕動泵、第三沉淀池、第五蠕動泵與陽極室進(jìn)水口相連，陰極室出水口與第四沉淀池相連。
[0006]所述的主陽極為方形片狀的碳?xì)?，輔助陽極為在陽極室填充的不規(guī)則的碳?xì)帧?br> [0007]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果:
[0008]1.本實(shí)用新型有效利用了雙室微生物燃料電池的特點(diǎn)，采用生物陰極，電池成本低，同時(shí)有效利用兩個(gè)電極室的容積，減少了占地成本。
[0009]2.本實(shí)用新型結(jié)合了現(xiàn)在污水處理系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的AO工藝的特點(diǎn)，反硝化在前硝化在后，有效利用原水提供碳源，避免了額外添加碳源，有效實(shí)現(xiàn)了脫氮除磷和有機(jī)物的去除。
[0010]3.本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了連續(xù)進(jìn)水，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的出水水質(zhì)和輸出電流，實(shí)現(xiàn)了污水處理和能源回收的統(tǒng)一。
[0011]4.本實(shí)用新型方便調(diào)節(jié)和控制，本方法可以通過控制蠕動泵的流量，調(diào)節(jié)水力停留時(shí)間和內(nèi)循環(huán)比，同時(shí)還可以通過調(diào)節(jié)陽極室輔助電極的填充量來控制陽極室和陰極室的有效容積比，以控制反硝化與硝化的水力停留時(shí)間比，達(dá)到最佳的脫氮除磷效果。
[0012]5.本實(shí)用新型在陽極室通過輔助電極的填充，增大了陽極生物膜的表面積，無需攪拌，同時(shí)減少了生物量的流失。

【附圖說明】

[0013]圖1是與A/Ο工藝相結(jié)合的雙室MFC廢水處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖中，陽極室1、陰極室2、陰極3、主陽極4、輔助陽極5、質(zhì)子交換膜6、曝氣裝置7、變阻箱8、第一沉淀池9、第一蠕動泵10、第二蠕動泵11、第二沉淀池12、第三蠕動泵13、第四蠕動泵14、第三沉淀池15、第五蠕動泵16、第四沉淀池17。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型做出詳細(xì)說明。
[0016]如圖1所示，與A/Ο工藝相結(jié)合的雙室MFC廢水處理系統(tǒng)包括陽極室1、陰極室2、陰極3、主陽極4、輔助陽極5、質(zhì)子交換膜6、曝氣裝置7、變阻箱8、第一沉淀池9、第一蠕動泵10、第二蠕動泵11、第二沉淀池12、第三蠕動泵13、第四蠕動泵14、第三沉淀池15、第五蠕動泵16、第四沉淀池17 ;陽極室I與陰極室2之間通過質(zhì)子交換膜6分隔，陽極室I內(nèi)設(shè)有主陽極4、輔助陽極5，并通過導(dǎo)線連接，陰極室2底部設(shè)有曝氣裝置7，陰極室2內(nèi)設(shè)有陰極3，陰極3經(jīng)變阻箱8與主陽極4相連，陽極室I出水口經(jīng)第二蠕動泵11、第二沉淀池12、第三蠕動泵13與陰極室2進(jìn)水口相連，第一沉淀池9經(jīng)第一蠕動泵10與陽極室I進(jìn)水口相連，陰極室2出水口經(jīng)第四蠕動泵14、第三沉淀池15、第五蠕動泵16與陽極室I進(jìn)水口相連，陰極室2出水口與第四沉淀池17相連。
[0017]所述的陰極3方形片狀的碳?xì)郑笮「鶕?jù)陰極室大小確定，厚度為1cm，表面附著好氧微生物膜；陽極分為主陽極4和輔助陽極5，主陽極4設(shè)計(jì)同陰極3，輔助陽極5為在陽極室填充的不規(guī)則的碳?xì)?，陽極表面附著厭氧生物膜。
[0018]與A/Ο工藝相結(jié)合的雙室MFC廢水處理方法是:原水在第一沉淀池9沉淀、厭氧預(yù)處理后經(jīng)第一蠕動泵10進(jìn)入陽極室，為陽極室I進(jìn)行反硝化反應(yīng)提供碳源，陽極室I溶解氧< 0.5mg/L ;在陽極室I處理后的水通過第二蠕動泵11滴入第二沉淀池12，第二沉淀池12沉淀后的水經(jīng)第三蠕動泵13進(jìn)入陰極室2進(jìn)行硝化反應(yīng)及有機(jī)物降解，陰極室2采用間歇式曝氣方式，陰極室2內(nèi)溶解氧6-8 mg/L ;陰極室2處理后的水一部分通過第四蠕動泵14滴入第三沉淀池15，第三沉淀池15沉淀后的水通過第五蠕動泵16進(jìn)入陽極室1，陰極室2處理后的水另一部分通過自然流的方式通過第四沉淀池17沉淀后流出；陽極室I與陰極室2之間通過第二蠕動泵11、第二沉淀池12、第三蠕動泵13、第四蠕動泵14、第三沉淀池15、第五蠕動泵16實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán)，提高了廢水處理效率，實(shí)現(xiàn)了同步脫氮除磷除碳。
[0019]實(shí)施例1:與A/Ο工藝相結(jié)合的雙室微生物燃料電池(MFC)廢水處理系統(tǒng)處理模擬廢水
[0020]與A/Ο工藝相結(jié)合的雙室微生物燃料電池(MFC)廢水處理系統(tǒng)處理模擬廢水處理模擬廢水方法如下:微生物燃料電池如圖1所示，陽極室I與陰極室2為邊長為12cm的正方體，陰極3及主陽極4為長寬各位10cm，厚度為Icm的正方形碳?xì)直∑?。陰極室2的有效容積為1.5升；輔助陽極5填充陽極室I容積的三分之二，陽極I的有效容積為0.5L。模擬廢水用自來水配置，其中COD約為400mg/L，氨氮約為40mg/L，磷約為6mg/L，同時(shí)模擬廢水中加入NaCl 0.4g/Lo調(diào)節(jié)蠕動泵控制總水力停留時(shí)間為8小時(shí)，內(nèi)循環(huán)比為3:1。通過實(shí)驗(yàn)，采集進(jìn)水、出水進(jìn)行檢測:平均出水COD為32mg/L，去除率達(dá)92% ;平均出水氨氮濃度為
5.71mg/L，去除率達(dá)86% ;平均出水磷濃度為0.82mg/L，去除率達(dá)86%。處理效果良好。微生物燃料電池開路電壓穩(wěn)定在0.80?0.84V，最大功率密度為88mW/m2，電流密度為105mA/m2,產(chǎn)電效果良好。
[0021]實(shí)施例2:與A/0工藝相結(jié)合的雙室微生物燃料電池(MFC)廢水處理系統(tǒng)處理生活污水
[0022]與A/0工藝相結(jié)合的雙室微生物燃料電池(MFC)廢水處理系統(tǒng)處理生活污水方法如下:采用與實(shí)例I相同的微生物燃料電池裝置，原水為從污水處理廠采集的未處理生活污水。原水COD為323mg/L，氨氮為34.2mg/L，磷為3.7mg/L，調(diào)節(jié)蠕動泵控制總水力停留時(shí)間為8小時(shí)，內(nèi)循環(huán)比為3:1。實(shí)驗(yàn)測得出水COD為38mg/L，氨氮濃度為6.76mg/L,磷濃度為0.97mg/L，去除率分別為88%、80%、74%，達(dá)到國家城市生活污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)。微生物燃料電池開路電壓穩(wěn)定在0.78?0.81V，最大功率密度為72mW/ m2,電流密度為89mA/m2,產(chǎn)電效果良好。
[0023]本實(shí)用新型有效利用了雙室微生物燃料電池的兩個(gè)電極室，并實(shí)現(xiàn)了同步脫氮除磷除碳，在實(shí)驗(yàn)室模擬中該發(fā)明對污水處理具有良好的效果，同時(shí)產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的電流，實(shí)現(xiàn)了污水處理和能源回收的統(tǒng)一，是對微生物燃料電池處理廢水工藝的改進(jìn)。
【權(quán)利要求】
1.一種與A/ο工藝相結(jié)合的雙室MFC廢水處理系統(tǒng)，其特征在于包括陽極室(I )、陰極室(2)、陰極(3)、主陽極(4)、輔助陽極(5)、質(zhì)子交換膜(6)、曝氣裝置(7)、變阻箱(8)、第一沉淀池(9 )、第一蠕動泵(10 )、第二蠕動泵(11)、第二沉淀池(12)、第三蠕動泵(13 )、第四蠕動泵(14)、第三沉淀池(15)、第五蠕動泵(16)、第四沉淀池(17);陽極室(I)與陰極室(2)之間通過質(zhì)子交換膜(6)分隔，陽極室(I)內(nèi)設(shè)有主陽極(4)、輔助陽極(5)，并通過導(dǎo)線連接，陰極室(2)底部設(shè)有曝氣裝置(7)，陰極室(2)內(nèi)設(shè)有陰極(3)，陰極(3)經(jīng)變阻箱(8)與主陽極(4)相連，陽極室(I)出水口經(jīng)第二蠕動泵(11)、第二沉淀池(12)、第三蠕動泵(13)與陰極室(2)進(jìn)水口相連，第一沉淀池(9)經(jīng)第一蠕動泵(10)與陽極室(I)進(jìn)水口相連，陰極室(2)出水口經(jīng)第四蠕動泵(14)、第三沉淀池(15)、第五蠕動泵(16)與陽極室(I)進(jìn)水口相連，陰極室(2)出水口與第四沉淀池(17)相連。2.如權(quán)利要求1所述的與A/Ο工藝相結(jié)合的雙室MFC廢水處理系統(tǒng)，其特征在于:所述的主陽極(4)為方形片狀的碳?xì)?，輔助陽極(5)為在陽極室填充的不規(guī)則的碳?xì)帧?br>【文檔編號】C02F3-34GK204281413SQ201420686326
【發(fā)明者】梁志偉, 王存豹, 何李宜 [申請人]浙江大學(xué)