CN103043873B - 一种膜生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置 - Google Patents
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Abstract
一种膜生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置，涉及污水处理装置的领域。本发明是要解决现有的膜生物反应器存在对总氮的去除率不高，采用现有的脱氮技术与膜生物反应器的结合，工艺流程也比较复杂，去除总氮的效果较差，费用高的技术问题。一种膜生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置是由生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置由进水箱、进水泵、污水处理池、自吸泵、出水口和曝气装置连接组成；污水处理池包括第一微生物燃料电池、膜生物反应器和第二微生物燃料电池；曝气装置由第一大孔曝气头、微孔曝气头、第二大孔曝气头、第一控制阀门、第二控制阀门和空气压排缩机组成。本发明应用于污水处理领域。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理装置。
背景技术
随着环境水体被污染，人口数量的激增，人们对于水资源的需求量也在与日俱增，而我国是一个缺水的国家，可利用的水资源由于受到种种因素的影响在逐渐减少。在这样的背景下，污水回用技术的出现会在一定程度上缓解我国水资源匮乏的现状，污水回用的技术主要有絮凝、沉淀、过滤、活性炭吸附、离子交换等等，这些工艺一般都是在传统的二级处理后再进行三级处理，工艺流程相对复杂，而且费用也高。膜生物反应器的出现对污水回用开创了另一个途径，膜生物反应器是一种由膜分离单元和生物处理单元相结合的新型水处理技术，由于膜的截留作用使得停留在膜生物反应器的污泥浓度保持在很高的浓度，并通过低负荷保持了较低的污泥产量，具有出水水质好，处理效率高，占地面积小和剩余污泥产量低的优点。但是，膜生物反应器存在对总氮的去除率不高，通过现有的脱氮技术与膜生物反应器的结合，工艺流程也比较复杂，并且在有机碳源不足的情况下，反硝化过程会受到抑制，对于总氮的去除效果就会较差，这个时候就需要添加一定的外加碳源，这就进一步增加了系统运行的费用。
发明内容
本发明是要解决现有的膜生物反应器存在对总氮的去除率不高，采用现有的脱氮技术与膜生物反应器的结合，工艺流程也比较复杂，去除总氮的效果较差，费用高的技术问题，而提供了一种膜生物反应器/微生物燃料电池污水处理装置。
一种膜生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置，由进水箱、进水泵、污水处理池、自吸泵、出水口和曝气装置组成；
所述的污水处理池包括第一微生物燃料电池、膜生物反应器和第二微生物燃料电池；
所述的污水处理池从左至右被第一质子交换膜、第一带孔隔板、第二带孔隔板和第二质子交换膜依次分隔成第一微生物燃料电池的阳极室、第一微生物燃料电池的阴极室、膜组件区域、第二微生物燃料电池的阴极室和第二微生物燃料电池的阳极室；
所述的第一微生物燃料电池由第一微生物燃料电池的阳极室、第一微生物燃料电池的阴极室、第一阳极碳刷、第一负载和第一阴极碳刷组成，第一阳极碳刷位于第一微生物燃料电池的阳极室中，第一阴极碳刷位于第一微生物燃料电池的阴极室中，在第一阳极碳刷上部和第一阴极碳刷的上部之间连接有第一负载；
所述的膜生物反应器由膜组件、膜组件区域、第一微生物燃料电池的阴极室和第二微生物燃料电池的阴极室组成，膜组件定位于膜组件区域中；
所述的第二微生物燃料电池由第二微生物燃料电池的阳极室、第二微生物燃料电池的阴极室、第二阳极碳刷、第二负载和第二阴极碳刷组成，第二阳极碳刷位于第二微生物燃料电池的阳极室中，第二阴极碳刷位于第二微生物燃料电池的阴极室中，在第二阳极碳刷上部和第二阴极碳刷的上部之间连接有第二负载；
所述的曝气装置由第一大孔曝气头、微孔曝气头、第二大孔曝气头、第一控制阀门、第二控制阀门和空气压排缩机组成；在第一微生物燃料电池的阴极室中设置有第一大孔曝气头，定位于底部；在膜组件区域中设置有微孔曝气头，定位于底部；在第二微生物燃料电池的阴极室中设置有第二大孔曝气头，定位于底部；第一大孔曝气头的进气端与第一控制阀门的出口端连通，第一控制阀门的入口端与空气压排缩机的出气端连通；第二大孔曝气头的进气端与第二控制阀门的出口端连通，第二控制阀门的入口端与空气压排缩机的出气端连通；微孔曝气头的进气端与空气压排缩机的出气端连通；
所述的第一微生物燃料电池的阳极室的底部出口端与第一出水阀门的入口端连通，第一出水阀门的出口端与回流泵的入口端连通；所述的第二微生物燃料电池的阳极室的底部出口端与第二出水阀门的入口端连通，第二出水阀门的出口端与回流泵的入口端连通；回流泵的出口端与进水箱连通，进水箱与进水汞的入口端连通；进水汞的出口端分别与第一微生物燃料电池的阳极室、第二微生物燃料电池的阳极室和膜组件区域连通；膜组件的出水端与自吸泵的入口端连通，自吸泵的出口端与出水口18连通。
工作原理：本发明提供的一种膜生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置的工作原理分两个步骤同时进行：步骤一、进水箱的污水在进水泵的作用下，一部分污水分别进入到第一微生物燃料电池的阳极室和第二微生物燃料电池的阳极室中，污水在阳极室厌氧环境下，污水中的有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路以电流的形式传递到阴极，而质子通过质子交换膜传递到阴极，经分解后的污水分别从第一微生物燃料电池的阳极室的底部和第二微生物燃料电池的阳极室的底部通过管路在回流泵的作用下进入到进水箱中，通过此步骤，可以向膜生物反应器中不断地输送电子和质子；步骤二、进水箱的污水在进水泵的作用下，另一部分污水进入到了膜生物反应器中，在曝气装置的作用下，污水中的氨态氮被氧化成硝态氮，而在步骤一向膜生物反应器中不断地输送电子和质子的作用下，硝态氮进行脱氮，污水脱氮后通过膜组件净化，在自吸泵的作用下，被净化的污水达到出水口。
本发明的优点：一、本发明提供了一种膜生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置，工作过程简单，操作方便；二、本发明提供了一种膜生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置，由于膜的的截留作用保持的高污泥浓度使得污水中的氨氮转换为硝氮的的效率很高，同时由于低的负荷使得膜组件最终的出水有机物含量很低；三、本发明提供了一种膜生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置，由于在膜生物反应器上增加了微生物燃料电池的结构，在微生物燃料电池中产生的电子和质子进入到膜生物反应器中，并与硝态氮进行脱氮，使得污水处理后的总氮含量大大降低，符合GB18918-2000污水综合排放标准的关于的总氮含量的规定，同时，在脱氮过程中可以回收电能。
附图说明
图1为具体实施方式一的一种膜生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1，本实施方式是一种膜生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置，是由生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置由进水箱1、进水泵2、污水处理池、自吸泵17、出水口18和曝气装置组成；
所述的污水处理池包括第一微生物燃料电池、膜生物反应器和第二微生物燃料电池；
所述的污水处理池从左至右被第一质子交换膜5-1、第一带孔隔板7-1、第二带孔隔板7-2和第二质子交换膜5-2依次分隔成第一微生物燃料电池的阳极室4-1、第一微生物燃料电池的阴极室6-1、膜组件区域3、第二微生物燃料电池的阴极室6-2和第二微生物燃料电池的阳极室4-2；
所述的第一微生物燃料电池由第一微生物燃料电池的阳极室4-1、第一微生物燃料电池的阴极室6-1、第一阳极碳刷8-1、第一负载10-1和第一阴极碳刷9-1组成，第一阳极碳刷8-1位于第一微生物燃料电池的阳极室4-1中，第一阴极碳刷9-1位于第一微生物燃料电池的阴极室6-1中，在第一阳极碳刷上部和第一阴极碳刷的上部之间连接有第一负载10-1；
所述的膜生物反应器由膜组件14、第一微生物燃料电池的阴极室6-1、膜组件区域3和第二微生物燃料电池的阴极室6-2组成，膜组件14定位于膜组件区域3中；
所述的第二微生物燃料电池由第二微生物燃料电池的阴极室6-2和第二微生物燃料电池的阳极室4-2、第二阳极碳刷8-2、第二负载10-2和第二阴极碳刷9-2组成，第二阳极碳刷8-2位于第二微生物燃料电池的阳极室4-2中，第二阴极碳刷9-2位于第二微生物燃料电池的阴极室6-2中，在第二阳极碳刷上部和第二阴极碳刷的上部之间连接有第二负载10-2；
所述的曝气装置由第一大孔曝气头12-1、微孔曝气头15、第二大孔曝气头12-2、第一控制阀门11-1、第二控制阀门11-2和空气压排缩机19组成；在第一微生物燃料电池的阴极室6-1中设置有第一大孔曝气头12-1，定位于底部；在膜组件区域3中设置有微孔曝气头15，定位于底部；在第二微生物燃料电池的阴极室6-2中设置有第二大孔曝气头12-2，定位于底部；第一大孔曝气头12-1的进气端与第一控制阀门11-1的出口端连通，第一控制阀门11-1的入口端与空气压排缩机19的出气端连通；第二大孔曝气头12-2的进气端与第二控制阀门11-2的出口端连通，第二控制阀门11-2的入口端与空气压排缩机19的出气端连通；微孔曝气头15的进气端与空气压排缩机19的出气端连通；
所述的第一微生物燃料电池的阳极室4-1的底部出口端与第一出水阀门13-1的入口端连通，第一出水阀门13-1的出口端与回流泵16的入口端连通；所述的第二微生物燃料电池的阳极室4-2的底部出口端与第二出水阀门13-2的入口端连通，第二出水阀门13-2的出口端与回流泵16的入口端连通；回流泵16的出口端与进水箱连通，进水箱1与进水汞2的入口端连通；进水汞2的出口端分别与第一微生物燃料电池的阳极室4-1、第二微生物燃料电池的阳极室4-2和膜组件区域3连通；膜组件14的出水端与自吸泵17的入口端连通，自吸泵17的出口端与出水口18连通。
本实施方式提供的一种膜生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置的工作原理分两个步骤同时进行：步骤一、进水箱1的污水在进水泵2的作用下，一部分污水分别进入到第一微生物燃料电池的阳极室4-1和第二微生物燃料电池的阳极室4-2中，污水在阳极室厌氧环境下，污水中的有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路以电流的形式传递到阴极，而质子通过质子交换膜传递到阴极，经分解后的污水分别从第一微生物燃料电池的阳极室4-1的底部和第二微生物燃料电池的阳极室4-2的底部通过管路在回流泵16的作用下进入到进水箱中，通过此步骤，可以向膜生物反应器中不断地输送电子和质子；步骤二、进水箱1的污水在进水泵2的作用下，另一部分污水进入到了膜生物反应器中，在曝气装置的作用下，污水中的氨态氮被氧化成硝态氮，而在步骤一向膜生物反应器中不断地输送电子和质子的作用下，硝态氮进行脱氮，污水脱氮后通过膜组件14净化，在自吸泵17的作用下，被净化的污水达到出水口18。
本实施方式提供的一种膜生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置的优点：一、工作过程简单，操作方便；二、由于膜的的截留作用保持的高污泥浓度使得污水中的氨氮转换为硝氮的的效率很高，同时由于低的负荷使得膜组件14最终的出水有机物含量很低；三、由于在膜生物反应器上增加了微生物燃料电池的结构，在微生物燃料电池中产生的电子和质子进入到膜生物反应器中，并与硝态氮进行脱氮，使得污水处理后的总氮含量大大降低，符合GB18918-2000污水综合排放标准的关于的总氮含量的规定，同时，在脱氮过程中可以回收电能。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于，所述的第一带孔隔板7-1和第二带孔隔板7-2上布满直径为1cm的通孔。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点在于，第一微生物燃料电池的阳极室4-1和第二微生物燃料电池的阳极室4-2的形状为长方体。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一的不同点在于，所述的第一负载10-1和第二负载10-2分别为500Ω的电阻。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一的不同点在于，所述的碳刷由碳纤维和钛丝组成。其它与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一的不同点在于，所述的第一大孔曝气头12-1和第二大孔曝气头12-2的曝气方法为每曝气10min后停止曝气50min。其它与具体实施方式一至五相同。
采用以下试验验证本发明的效果：
试验一：采用本发明提供的一种膜生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置，对污水进行处理，其中，污水的化学需氧量在300mg/L左右，氨氮在50mg/L左右，总氮在60mg/L左右。
对试验一处理后的污水进行测定，可以得到处理后的污水的化学需氧量、氨氮和总氮的数据，其中，化学需氧量为不超过30mg/L，总氮为不超过10mg/L，氨氮为不超过3mg/L，处理后的污水水质达到一级A标，其中，总氮的含量为10mg/L以下，符合GB18918-2002污水综合排放标准的关于的总氮含量的规定。
Claims (6)
1.一种膜生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置，其特征在于：污水处理装置是由生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置由进水箱（1）、进水泵（2）、污水处理池、自吸泵（17）、出水口（18）和曝气装置组成；所述的污水处理池包括第一微生物燃料电池、膜生物反应器和第二微生物燃料电池；所述的污水处理池从左至右被第一质子交换膜（5-1）、第一带孔隔板（7-1）、第二带孔隔板（7-2）和第二质子交换膜（5-2）依次分隔成第一微生物燃料电池的阳极室（4-1）、第一微生物燃料电池的阴极室（6-1）、膜组件区域（3）、第二微生物燃料电池的阴极室（6-2）和第二微生物燃料电池的阳极室（4-2）；所述的第一微生物燃料电池由第一微生物燃料电池的阳极室（4-1）、第一微生物燃料电池的阴极室（6-1）、第一阳极碳刷（8-1）、第一负载（10-1）和第一阴极碳刷（9-1）组成，第一阳极碳刷（8-1）位于第一微生物燃料电池的阳极室（4-1）中，第一阴极碳刷（9-1）位于第一微生物燃料电池的阴极室（6-1）中，在第一阳极碳刷上部和第一阴极碳刷的上部之间连接有第一负载（10-1）；所述的膜生物反应器由膜组件（14）、第一微生物燃料电池的阴极室（6-1）、膜组件区域（3）和第二微生物燃料电池的阴极室（6-2）组成，膜组件（14）定位于膜组件区域（3）中；所述的第二微生物燃料电池由第二微生物燃料电池的阴极室（6-2）和第二微生物燃料电池的阳极室（4-2）、第二阳极碳刷（8-2）、第二负载（10-2）和第二阴极碳刷（9-2）组成，第二阳极碳刷（8-2）位于第二微生物燃料电池的阳极室（4-2）中，第二阴极碳刷（9-2）位于第二微生物燃料电池的阴极室（6-2）中，在第二阳极碳刷上部和第二阴极碳刷的上部之间连接有第二负载（10-2）；所述的曝气装置由第一大孔曝气头（12-1）、微孔曝气头（15）、第二大孔曝气头（12-2）、第一控制阀门（11-1）、第二控制阀门（11-2）和空气压排缩机（19）组成；在第一微生物燃料电池的阴极室（6-1）中设置有第一大孔曝气头（12-1），定位于底部；在膜组件区域（3）中设置有微孔曝气头（15），定位于底部；在第二微生物燃料电池的阴极室（6-2）中设置有第二大孔曝气头（12-2），定位于底部；第一大孔曝气头（12-1）的进气端与第一控制阀门（11-1）的出口端连通，第一控制阀门（11-1）的入口端与空气压排缩机（19）的出气端连通；第二大孔曝气头（12-2）的进气端与第二控制阀门（11-2）的出口端连通，第二控制阀门（11-2）的入口端与空气压排缩机（19）的出气端连通；微孔曝气头（15）的进气端与空气压排缩机（19）的出气端连通；所述的第一微生物燃料电池的阳极室（4-1）的底部出口端与第一出水阀门（13-1）的入口端连通，第一出水阀门（13-1）的出口端与回流泵（16）的入口端连通；所述的第二微生物燃料电池的阳极室（4-2）的底部出口端与第二出水阀门（13-2）的入口端连通，第二出水阀门（13-2）的出口端与回流泵（16）的入口端连通；回流泵（16）的出口端与进水箱连通，进水箱（1）与进水汞（2）的入口端连通；进水汞（2）的出口端分别与第一微生物燃料电池的阳极室（4-1）、第二微生物燃料电池的阳极室（4-2）和膜组件区域（3）连通；膜组件（14）的出水端与自吸泵（17）的入口端连通，自吸泵（17）的出口端与出水口（18）连通。
2.根据权利要求1所述的一种膜生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置，其特征在于：所述的第一带孔隔板（7-1）和第二带孔隔板（7-2）上布满直径为1cm的通孔。
3.根据权利要求1或2所述的一种膜生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置，其特征在于：所述的第一微生物燃料电池的阳极室（4-1）和第二微生物燃料电池的阳极室（4-2）的形状为长方体。
4.根据权利要求1或2所述的一种膜生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置，其特征在于：所述的第一负载（10-1）和第二负载（10-2）分别为500Ω的电阻。
5.根据权利要求1或2所述的一种膜生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置，其特征在于：所述的碳刷由碳纤维和钛丝组成。
6.根据权利要求1或2所述的一种膜生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置，其特征在于：所述的第一大孔曝气头（12-1）和第二大孔曝气头（12-2）的曝气方法为每曝气10min后停止曝气50min。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |