CN105600949A - 一种水推产电型微生物膜电化学反应器及处理农村生活污水的方法 - Google Patents

一种水推产电型微生物膜电化学反应器及处理农村生活污水的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水推产电型微生物膜电化学反应器，包括水箱，圆形阴极、阳极一体式膜组件，水扇转盘组件，反向双进水口，发电机，蓄电池，电压转换器；所述圆形阴极、阳极一体式膜组件设置于水箱内部，其包括圆形阴极膜组件、阳极钛/碳管膜组件、支撑架；所述水扇转盘组件包括水扇，转动轴，转盘，所述转盘固定在转动轴上，水扇置于转盘上；所述反向双进水口设置在圆形阴极、阳极一体式膜组件的上方；所述发电机安装在转动轴的顶端，并连接有蓄电池，所述蓄电池连接电压转换器，电压转换器分别连接圆形阴极膜组件和阳极钛/碳管膜组件。本发明能实现自我供电，低成本、超低能耗，生物处理效果好。

Description

一种水推产电型微生物膜电化学反应器及处理农村生活污水的方法
技术领域
本发明涉及新材料及农村水污染治理技术领域，具体涉及一种水推产电型微生物膜电化学反应器及处理农村生活污水的方法。
背景技术
随着社会的快速发展，全球范围内的能源危机和环境污染问题日益严重，农村生活污水由于其具有污水分散、收集困难、水质复杂、增长迅速的特点，不能按照城镇污水处理方式来进行处理，因此农村生活污水的治理日益引起广泛关注，开发适宜农村污水处理的小型污水处理装置具有重要的应用前景。
我国村庄相对分散，村中房屋布局随意性较大，农村污水排水方式多样，导致污水集中收集存在困难；农村污水来源较多，除了居民的家庭活动用水外，还混有垃圾渗滤液和高浊度的雨水径流等,但总体生化性较好；水量瞬时变化较大，具有早、中、晚不同时段相对集中排放等特点；随着农民生活水平的提高及农村生活方式的改变，生活污水的产生量正随之迅速增长。
传统的微生物膜电化学反应器(biofilm-electrodereactor,BER)具有有效去除有机物的能力。特别地微生物膜电化学反应器仅需要电流才能运行，微生物处于特定电场中，产生电催化作用，激活或增强某些微生物的生长或酶活性。但是，传统BER需要消耗电能，有悖于低碳环保的理念，并且增加了运营成本，另外我国是一个能源消耗大国，推广传统BER遇到了巨大挑战。
发明内容
发明目的：本发明目的是针对现有传统的微生物膜电化学反应器耗能高的问题，提供一种水推产电型微生物膜电化学反应器及处理农村生活污水的方法，实现自我供电，低成本、超低能耗，生物处理效果好。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种水推产电型微生物膜电化学反应器，包括水箱，圆形阴极、阳极一体式膜组件，水扇转盘组件，反向双进水管，发电机，蓄电池，电压转换器；
所述圆形阴极、阳极一体式膜组件设置于水箱内部，其包括圆形阴极膜组件、阳极钛/碳管膜组件、支撑架，所述阳极钛/碳管膜组件设置于支撑架的中心，圆形阴极膜组件设置于支撑架的外围；所述圆形阴极膜组件由一个环状的钛网和设置于该钛网内壁的电活性碳纤维组成；所述阳极钛/碳管膜组件包括一个碳钛合金管和包裹于碳钛合金管表面的阳极导电活性碳纤维；
所述水扇转盘组件设置于水箱内部，并位于圆形阴极、阳极一体式膜组件上方，水扇转盘组件包括水扇，转动轴，转盘，所述转盘固定在转动轴上，水扇置于转盘上，其包括若干个叶片，并等间距安置在转动轴上；
所述反向双进水管包括背向设置的两个进水管，设置在圆形阴极、阳极一体式膜组件的上方；
所述发电机安装在转动轴的顶端，并连接有蓄电池，所述蓄电池连接电压转换器，电压转换器分别连接圆形阴极膜组件和阳极钛/碳管膜组件。
进一步到，所述碳钛合金管材料为Ti和活性碳的合金；支撑架的材质为PVC；转动轴的材质为不锈钢。
进一步到，所述水扇的叶片外缘设置有导流板，且每个叶片的导流板朝向一致。
进一步到，所述反向双进水管安装有水流控制阀门。
进一步的，所述水箱的底部设置有排泥口，水箱的侧壁设置有排水口。
进一步到，所述支撑架的横截面为十字形。
一种利用上述的水推产电型微生物膜电化学反应器处理农村生活污水的方法，将农村生活污水由反向双进水口接入，水流冲击在水扇表面，形成推力，带动水扇转盘组件转动，并且使发电机带发电；发电机将动能转化为电能，一部分电能直接应用于微生物膜电化学反应器，多余的电能贮存在蓄电池中；污水在转盘离心力的作用下，经导流板流出，使其自然充氧，通过微生物膜电化学反应器对污水进行处理。
有益效果：本发明针对农村生活污水分散、收集困难、水质复杂、增长迅速等特点，而提供了一种节能、高效、便捷的装置与方法。将生活污水通过反向双进水口进入阴极组件，在水流的作用下带动转盘的转动，水流推动转盘带动发电机发电，一部分电能直接用于微生物电化学反应器，多余的电能储存于蓄电池中，同时处理后生活污水通过出水口流出。本发明的水推产电型微生物膜电化学反应器避免了传统的电化学反应器的对电能的消耗，低碳、环保，同时阴极、阳极具有巨大的比表面积，有利于微生物的富集生长，阴极转盘材质较轻，降低了转盘转动能量损失，有利于水中有机物去除，有效提高反应器的运行效能。能实现自我供电，低成本、超低能耗，生物处理效果好。
附图说明
图1为本发明的水推产电型微生物膜电化学反应器整体结构的立体图；
图2为本发明的水推产电型微生物膜电化学反应器整体结构的正视图；
图3为本发明的水推产电型微生物膜电化学反应器整体结构的俯视图；
图4为图3的左视图；
图5为水箱的立体图；
图6为水箱的俯视图；
图7是图6的左视图；
图8是圆形阴极、阳极一体式膜组件的立体结构示意图；
图9是圆形阴极、阳极一体式膜组件的俯视图；
图10是圆形阴极、阳极一体式膜组件的侧视图；
图11是水扇转盘组件的立体结构示意图；
图12是水扇转盘组件的正视图；
图13是图12的侧视图。
图中，1-水箱，2-圆形阴极、阳极一体式膜组件，3-水扇转盘组件，4-反向双进水管，5-发电机，6-蓄电池，7-电压转换器，8-圆形阴极膜组件，9-阳极钛/碳管膜组件，10-支撑架，11-电活性碳纤维，12-钛网，13-碳钛合金管，14-阳极导电活性碳纤维，15-水扇，16-导流板，17-转动轴，18-转盘，19-排泥口，20-出水口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1-13所示为一种水推产电型微生物膜电化学反应器，包括水箱1，圆形阴极、阳极一体式膜组件2，水扇转盘组件3，反向双进水口4，发电机5，蓄电池6，电压转换器7；
圆形阴极、阳极一体式膜组件2设置于水箱1内部，其包括圆形阴极膜组件8、阳极钛/碳管膜组件9、支撑架10，阳极钛/碳管膜组件9设置于支撑架10的中心，圆形阴极膜组件8设置于支撑架10的外围；所述圆形阴极膜组件8由一个环状的钛网12和设置于该钛网12内壁的电活性碳纤维11组成；所述阳极钛/碳管膜组件9包括一个钛/碳管13和包裹于钛/碳管13表面的阳极导电活性碳纤维14；
水扇转盘组件3设置于水箱内部，并位于圆形阴极、阳极一体式膜组件2上方，水扇转盘组件3包括水扇15，转动轴17，转盘18，所述转盘18固定在转动轴17上，水扇15置于转盘18上，其包括若干个叶片，并等间距安置在转动轴17上；
反向双进水口2设置在圆形阴极、阳极一体式膜组件2的上方；
发电机5安装在转动轴1的顶端，并连接有蓄电池6，所述蓄电池6连接电压转换器7，电压转换器7分别连接圆形阴极膜组件8和阳极钛/碳管膜组件9。
钛/碳管13的材质为Ti/活性碳；支撑架10的材质为PVC；圆形钛网孔径为0.1mm。
水箱长宽高＝1.5m×1.5m×1m,水位线高0.6m。
水扇15的叶片外缘设置有导流板16，且每个叶片的导流板16朝向一致。
反向双进水口2安装有水流控制阀门，用于控制进水流速，调控转盘转速。
水箱1的底部设置有排泥口19，水箱1的侧壁设置有排水口20。
支撑架10的横截面为十字形。
实施例
快速挂膜，取活性高的厌氧污泥5L，加入2.2立方营养液(葡糖12.5g/L,NH4Cl0.085g/L,KH2PO40.009g/L,NaCl0.1g/L,微量元素母液5mL)，经水箱底端排泥口进水，出水口出水，连续流运行2周，完成阴极、阳极膜组件挂膜，此后逐渐降低营养液浓度，进一步对微生物膜进行驯化，2-3周后便可进行生活污水处理。
污水通过进水口进入水扇，带动转转轴的转动，发电机5将动能转化为电能，一部分电能通过电压转换器7直接应用于微生物膜电化学反应器，剩余电能贮存在蓄电池6中；污水在转盘离心力的作用下，经导流板流出，使其自然充氧。
流速为10cm/s的生活污水(COD150mg/L)经过反向双阴极进水口进入圆形转盘，带动转盘转动，产生10V电压，实现了电能的自我供给，通过电压转换器，将5-10V电压作用在微生物膜电化学反应器下，电流密度达到0.24mA/cm2，水力停留时间12h-20h，COD去除率达到80％以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种水推产电型微生物膜电化学反应器，其特征在于：包括水箱(1)，圆形阴极、阳极一体式膜组件(2)，水扇转盘组件(3)，反向双进水管(4)，发电机(5)，蓄电池(6)，电压转换器(7)；
所述圆形阴极、阳极一体式膜组件(2)设置于水箱(1)内部，其包括圆形阴极膜组件(8)、阳极钛/碳管膜组件(9)、支撑架(10)，所述阳极钛/碳管膜组件(9)设置于支撑架(10)的中心，圆形阴极膜组件(8)设置于支撑架(10)的外围；所述圆形阴极膜组件(8)由一个环状的钛网(12)和设置于该钛网(12)内壁的电活性碳纤维(11)组成；所述阳极钛/碳管膜组件(9)包括一个碳钛合金管(13)和包裹于碳钛合金管(13)表面的阳极导电活性碳纤维(14)；
所述水扇转盘组件(3)设置于水箱内部，并位于圆形阴极、阳极一体式膜组件(2)上方，水扇转盘组件(3)包括水扇(15)，转动轴(17)，转盘(18)，所述转盘(18)固定在转动轴(17)上，水扇(15)置于转盘(18)上，其包括若干个叶片，并等间距安置在转动轴(17)上；
所述反向双进水管(2)包括背向设置的两个进水管，设置在圆形阴极、阳极一体式膜组件(2)的上方；
所述发电机(5)安装在转动轴(1)的顶端，并连接有蓄电池(6)，所述蓄电池(6)连接电压转换器(7)，电压转换器(7)分别连接圆形阴极膜组件(8)和阳极钛/碳管膜组件(9)。
2.如权利要求1所述的水推产电型微生物膜电化学反应器，其特征在于：所述碳钛合金管(13)材料为Ti和活性碳的合金；支撑架(10)材料为PVC。
3.如权利要求1所述的水推产电型微生物膜电化学反应器，其特征在于：所述水扇(15)的叶片外缘设置有导流板(16)，且每个叶片的导流板(16)朝向一致。
4.如权利要求1所述的水推产电型微生物膜电化学反应器，其特征在于：所述反向双进水管(2)安装有水流控制阀门。
5.如权利要求1所述的水推产电型微生物膜电化学反应器，其特征在于：所述水箱(1)的底部设置有排泥口(19)，水箱(1)的侧壁设置有排水口(20)。
6.如权利要求1所述的水推产电型微生物膜电化学反应器，其特征在于：所述支撑架(10)的横截面为十字形。
7.一种利用权利要求1-6任一所述的水推产电型微生物膜电化学反应器处理农村生活污水的方法，其特征在于：将农村生活污水由反向双进水口接入，水流冲击在水扇表面，形成推力，带动水扇转盘组件转动，并且使发电机带发电；发电机将动能转化为电能，一部分电能直接应用于微生物膜电化学反应器，多余的电能贮存在蓄电池中；污水在转盘离心力的作用下，经导流板流出，使其自然充氧，通过微生物膜电化学反应器对污水进行处理。
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