CN104986914B - 一种基于微生物燃料电池的猪场废水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于微生物燃料电池的猪场废水处理系统，包括按照废水的处理顺序依次分布的集粪池、机械栅格过滤塔、集水池、调节池、厌氧池、微生物燃料电池调节池、微生物燃料电池反应器、活性炭过滤塔及出水池，且各个部件之间通过输水管实现废水的流通；所述集粪池与机械栅格过滤塔之间通过水泵实现废水的流通。本发明的优点在于：在本发明中，将微生物燃料电池与传统废水处理技术相结合，应用于养殖猪场废水处理，回收电能，治理废水。

Description

一种基于微生物燃料电池的猪场废水处理系统

技术领域

本发明涉及废水处理领域，特别涉及一种基于微生物燃料电池的猪场废水处理系统。

背景技术

近年来，猪场规模化猪场养殖而产生的猪场废水给周边生态和大气环境造成了影响。猪场废水属于高浓度有机废水，不仅会对地下水源和地表水产生污染，还有可能使土地丧失生产能力，导致部分区域绿草不生、树木枯竭，甚至有可能传播疾病，对人体健康造成危害。

为改善猪场环境及其带来的负面影响，采用了很多技术和方式处理猪场废水，主要分为三大类：废水还田技术，自然处理技术和工厂处理技术。废水还田技术能使污染物得到最大化控制，同时使土壤的肥力得到提升，能源消耗较少，但需专人管理较为麻烦；自然处理技术无需繁杂的废水处理系统，耗能也较少，但对地域及猪场规模有一定的限制；工厂处理技术主要分为生物处理法、化学处理法和物理处理法，相对成本较高。

微生物燃料电池（microbial fuel cell，微生物燃料电池）作为燃料电池的一种，是能利用产电微生物作为生物催化剂将有机废水中的化学能转化成电能的新型生物过程的工具，在完成有机废水处理的同时产生电能。微生物燃料电池在污染废水处理中产生的能量不仅能够维持整个系统的正常运行，还能进行能量回收，将多余的能量运用于其他工程实践，减缓能源短缺的现状。这能为高能耗的环境污染治理提供了一种新思路。

猪场废水中含有能量，且都以可生物降解的有机物的形式存在，若考虑使其回收而非消耗能量去除它们，开发利用微生物燃料电池的可放大技术，也许能使养殖场内的基础设施所需的能源自给自足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于微生物燃料电池的猪场废水处理系统，能够利用微生物燃料电池处理猪场废水产生电能的同时，还能将经微生物燃料电池处理后的残余的废渣运输到沼渣厂和有机肥厂，将其作为有机肥进行二次利用。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种基于微生物燃料电池的猪场废水处理系统，其创新点在于：包括集粪池、机械栅格过滤塔、集水池、调节池、厌氧池、微生物燃料电池调节池、微生物燃料电池反应器、活性炭过滤塔及出水池；

所述集粪池、机械栅格过滤塔、集水池、调节池、厌氧池、微生物燃料电池调节池、微生物燃料电池反应器、活性炭过滤塔及出水池按照废水的处理顺序依次分布，且各个部件之间通过输水管实现废水的流通；

所述集粪池与机械栅格过滤塔之间通过水泵实现废水的流通。

进一步的，所述出水池内的废水可通过水泵经由供水管路将废水输送至集粪池、集水池及微生物燃料电池调节池内，且在供水管路上安装有阀门。

进一步的，所述微生物燃料电池反应器包括一反应器罐体，该反应器罐体具有一内腔，在反应器罐体的内腔中插入有阳极电极，在反应器罐体的外壁上安装有阴极电极，且阴极电极与反应器罐体之间设置有质子交换膜，在反应器罐体的上下两端分别具有一出水管、一进水管，在反应器罐体的顶部安装有一气液分离器，所述气液分离器的顶端安装有废气出管，底端通过内回流管、外回流管及提升管与反应器罐体的内腔相连通，在提升管上安装有三相分离器，所述三相分离器、提升管、气液分离器、内回流管组成气液的内循环路径，三相分离器、提升管、外回流管、气液分离器组成气液的外循环路径。

进一步的，所述阳极电极采用的是碳刷，阴极电极可以采用碳布，也可以采用活性炭，质子交换膜为阳离子交换膜。

本发明的优点在于：在本发明中，将微生物燃料电池与传统废水处理技术相结合，应用于养殖猪场废水处理，回收电能，治理废水。

利用微生物燃料电池系统将猪场废水中的化学能转为电能，将回收的电能用于水质监测，时时监测微生物燃料电池阳极室内猪场废水的处理情况。

将微生物燃料电池引入废水处理系统，利用微生物燃料电池系统将猪场废水中的化学能转化为电能，并进行回收利用，在利用微生物燃料电池处理猪场废水产生电能的同时，还能将经微生物燃料电池处理后的残余的废渣运输到沼渣厂和有机肥厂，将其作为有机肥进行二次利用。

附图说明

图1为本发明的基于微生物燃料电池的猪场废水处理系统的示意图。

图2为本发明中微生物燃料电池反应器的示意图。

具体实施方式

如图1所示的示意图可知，本发明的基于微生物燃料电池的猪场废水处理系统包括集粪池1、机械栅格过滤塔3、集水池4、调节池5、厌氧池6、微生物燃料电池调节池7、微生物燃料电池反应器8、活性炭过滤塔11及出水池12。

集粪池1、机械栅格过滤塔3、集水池4、调节池5、厌氧池6、微生物燃料电池调节池7、微生物燃料电池反应器8、活性炭过滤塔11及出水池12按照废水的处理顺序依次分布，且各个部件之间通过输水管实现废水的流通。

集粪池1与机械栅格过滤塔3之间通过水泵2实现废水的流通。

出水池12内的废水可通过水泵经由供水管路将废水输送至集粪池1、集水池4及微生物燃料电池调节池7内，并且在供水管路上位于集粪池1、集水池4、微生物燃料电池调节池7的进水口处均安装有阀门13，通过三个阀门13的启闭可实现将出水池12内的水输送至集粪池1、集水池4、微生物燃料电池调节池7内。

如图2所示的示意图可知，微生物燃料电池反应器所述微生物燃料电池反应器包括反应器罐体24、阳极电极28、阴极电极26、质子交换膜25、出水管23、进水管29、气液分离器22、废气出管21、内回流管27、外回流管32、提升管34及三相分离器33。

在反应器罐体24内具有一内腔，在反应器罐体24的内腔中插入有阳极电极28，在反应器罐体24的外壁上安装有阴极电极26，且阴极电极26与反应器罐体24之间设置有质子交换膜25。

在反应器罐体24的上下两端分别具有一出水管23、一进水管29，进水管29与进料泵10相连接。

在反应器罐体24的顶部安装有一气液分离器22，在气液分离器22的顶端安装有废气出管21，气液分离器22的底端通过内回流管27、外回流管32及提升管34与反应器罐体24的内腔相连通，在提升管34上安装有三相分离器33，其中，三相分离器33、提升管34、气液分离器22、内回流管27组成气液的内循环路径，三相分离器33、提升管34、外回流管32、气液分离器22组成气液的外循环路径。

在本实施例中，阳极电极28采用的是碳刷，阴极电极26可以采用碳布，也可以采用活性炭，质子交换膜25为阳离子交换膜。

在利用上述系统对猪场废水进行处理时，其具体步骤如下：

第一步，废水收集：将猪场废水收集于集粪池，集粪池设置在猪舍两侧，此时，废水水质COD=19000±500mg/L，BOD=9100±450mg/L，SS=13000±600mg/L,NH3-N=1250±50mg/L。

第二步，废水去杂：采用SGH机械格栅对废水进行去杂处理，废水的流量为12m³/h，经机械格栅除去废水中的大颗粒污染物质和漂浮物后，废水的水质COD=11000 mg/L，BOD=5500mg/L，SS=5500mg/L,NH3-N=1000mg/L。

第三步，曝气处理：将去杂后的废水收集并送入集水池，在集水池内设两台曝气机间歇曝气预处理，从集水池内流出的废水的水质COD=7500 mg/L，BOD=3000mg/L，SS=3100mg/L,NH3-N=750mg/L。

第四步，废水调节：再将废水送入调节池内，对废水进行水量、水质的调节均匀化处理，并设置曝气系统，在调节池内设潜污泵根据水位自动控制，定量将废水送至后续处理构筑物。

第五步，厌氧处理：将废水送至厌氧池内，利用厌氧池内的厌氧污泥的作用，使废水中的有机物发生水解，去除废水中的有机物，厌氧池处理后废水的水质COD= 1000mg/LBOD=400mg/L，SS=150mg/L，NH3-N=380mg/L。

第六步，pH调节：将废水送入微生物燃料电池调节池，调节废水pH为8的微碱性状态以及调节水量，为后续微生物燃料电池废水处理及产电做预处理。

第七步，废水产电：将微生物燃料电池调节池内的废水泵入微生物燃料电池，在厌氧的微生物燃料电池内，产电微生物催化作用将废水中有机物进行分解产生质子和电子，质子通过阳离子交换膜，电子通过外电路在阴极与空气反应生成水，产生的电能使用电荷泵采集，采用超级电容存储，微生物燃料电池处理后废水的水质COD=250mg/L，BOD=80mg/L，NH₃-N=60mg/L。

第八步，废水过滤：将经微生物燃料电池处理后的废水使用活性炭进行再次过滤，利用活性炭本身的吸附功能进一步去除水中悬浮物及异味，使其达到排放要求，此时出水浊度相当于0值，SS=30mg/L。

第九步，废水排出：经过过滤后的废水送至出水池内，出水池水量基本保持满水状态，多余水量直接排放或用于植被灌溉。

利用传统的猪场废水处理系统以及利用本发明中的方法对猪场废水进行处理具体如表1所示。

表1 废水处理效果及能耗表

综上表格可得，利用本发明的猪场废水处理方法不仅处理的废水满足排放要求，同时可获得电能，且电能收益略小于废水处理费用，即采用此猪场废水处理系统基本能满足废水处理能耗及费用问题。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种基于微生物燃料电池的猪场废水处理系统，其特征在于：包括集粪池、机械栅格过滤塔、集水池、调节池、厌氧池、微生物燃料电池调节池、微生物燃料电池反应器、活性炭过滤塔及出水池；所述集粪池、机械栅格过滤塔、集水池、调节池、厌氧池、微生物燃料电池调节池、微生物燃料电池反应器、活性炭过滤塔及出水池按照废水的处理顺序依次分布，且各个部件之间通过输水管实现废水的流通；所述集粪池与机械栅格过滤塔之间通过水泵实现废水的流通;所述微生物燃料电池反应器包括一反应器罐体，该反应器罐体具有一内腔，在反应器罐体的内腔中插入有阳极电极，在反应器罐体的外壁上安装有阴极电极，且阴极电极与反应器罐体之间设置有质子交换膜，在反应器罐体的上下两端分别具有一出水管、一进水管，在反应器罐体的顶部安装有一气液分离器，所述气液分离器的顶端安装有废气出管，底端通过内回流管、外回流管及提升管与反应器罐体的内腔相连通，在提升管上安装有三相分离器，所述三相分离器、提升管、气液分离器、内回流管组成气液的内循环路径，三相分离器、提升管、外回流管、气液分离器组成气液的外循环路径。

2.根据权利要求1所述的基于微生物燃料电池的猪场废水处理系统，其特征在于：所述出水池内的废水通过水泵经由供水管路将废水输送至集粪池、集水池及微生物燃料电池调节池内，且在供水管路上安装有阀门。

3.根据权利要求1所述的基于微生物燃料电池的猪场废水处理系统，其特征在于：所述阳极电极采用的是碳刷，阴极电极采用碳布或采用活性炭，质子交换膜为阳离子交换膜。