CN108101211A - 一种基于微生物燃料电池的畜禽废水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于微生物燃料电池的畜禽废水处理系统，包括按照废水的处理顺序依次分布的集粪池、进水过滤装置、微生物燃料电池处理系统和出水过滤装置，各个部件之间通过输水管道实现废水的连通，且微生物燃料电池处理系统进出的输水管道上均设有水泵；所述出水过滤装置还通过一输水管道与集粪池连通；还包括固废池和沼气发电系统，它们分别通过管道A和管道B与微生物燃料电池处理系统连通，且固废池还通过管道C与进水过滤装置连通。本发明的优点在于：本发明将微生物燃料电池技术与现有污水处理技术相结合，净化污水的同时产生电能；同时，将微生物燃料电池产电技术与沼气发电技术融合为一体，大幅提高资源回收利用效率和产电量。

Description

一种基于微生物燃料电池的畜禽废水处理系统

技术领域

本发明属于畜禽废水处理领域，特别涉及一种基于微生物燃料电池的畜禽废水处理系统。

背景技术

近年来，随着集约化模式的推广，我国畜禽养殖行业得到迅猛发展，但伴随而来的就是畜禽废水处理问题，这些分布相对集中的废水虽含有丰富的有机资源，但是往往不能被合理利用，且长期堆积对环境和人身健康都造成了威胁。

传统处理畜禽废水主要有三种方式：还田模式、自然处理模式和工厂处理模式。其中还田模式虽然能够变废为宝，但是转换效率低下，且在非施肥季节容易造成堆积；自然处理模式不会造成堆积，但是需要大量的处理场地，且容易造成地下水二次污染；工厂处理模式处理效果最好，但是需要专业的设备和技术人才，这并不是应用于我国微利的畜禽养殖行业。

微生物燃料电池是借助多种微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置，能在产生能源的同时净化污水，发展前景巨大。微生物燃料电池主要由阳极室、阴极室以及中间的隔膜（多为质子交换膜）组成。微生物燃料电池的基本工作原理是：在厌氧环境下，阳极室内悬浮的微生物将复杂的大分子有机物分解为小分子有机物，附着在阳极表面的微生物群落进一步分解小分子有机物和部分大分子有机物，同时产生电子和质子，其中电子通过不同方式传递到阳极，并经由外电路到达阴极，而质子则通过中间质子交换膜到达阴极室，氧化剂( 一般为氧气或铁氰化钾溶液) 在阴极与电子和质子发生还原反应，构成完整的电流回路。

将微生物燃料电池技术应用到畜禽废水处理中，不仅成本较低，在净化污水的同时还能够产生电能，结合传统沼气发电技术，大大提高资源利用效率，清洁无污染，符合可持续发展要求。

经检索，专利CN 104986914 A公开了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、机械格栅过滤塔、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；所述集粪池与机械格栅过滤塔之间通过水泵实现废水的流通；该发明，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；但是该猪场废水处理系统仍存在一定的问题：1.资源回收利用率低；2.产电量低。

因此，研发一种能够大幅提高资源回收利用和产电量的基于微生物燃料电池的畜禽废水处理系统是非常有必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够大幅提高资源回收利用和产电量的基于微生物燃料电池的畜禽废水处理系统。

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畜禽废水处理系统，其创新点在于：包括集粪池、进水过滤装置、微生物燃料电池处理系统、出水过滤装置、固废池和沼气发电系统；

所述集粪池、进水过滤装置、微生物燃料电池处理系统和出水过滤装置按照废水的处理顺序依次分布，各个部件之间通过输水管道实现废水的连通，且微生物燃料电池处理系统进出的输水管道上均设有水泵；所述出水过滤装置还通过一输水管道与集粪池连通；

所述固废池和沼气发电系统分别通过管道A和管道B与微生物燃料电池处理系统连通，且固废池还通过管道C与进水过滤装置连通。

进一步地，所述微生物燃料电池处理系统包括一反应池以及设置于反应池上端面的反应池密封盖，所述反应池包括上反应段和下反应段，所述上反应段侧壁内嵌有多个空气阴极，且空气阴极外壁设有阴极端子；所述上反应段内腔设有多个呈阵列分布的阳极电极以及垂直于阳极的蜗杆，所述阳极包括上导电段以及设置于上导电段底部的绝缘蜗轮段，且蜗杆与阵列分布的阳极构成蜗轮蜗杆传动机构；所述上反应段外侧壁设置有发动机装置，该发动装置带动反应池内蜗杆转动；

所述上反应段侧壁开有进水口，所述下反应段侧壁开有出水口；

所述反应池密封盖的内侧壁设有气液分离装置，且气液分离装置装有阳极端子，所述阳极端子用以固定各阳极并连接外短路；所述气液分离装置还设有出气口，用于连接沼气发电系统。

本发明的优点在于：

（1）本发明基于微生物燃料电池的畜禽废水处理系统，将微生物燃料电池技术与现有污水处理技术相结合，净化污水的同时产生电能；同时，将微生物燃料电池产电技术与沼气发电技术融合为一体，大幅提高资源回收利用效率和产电量；

（2）本发明基于微生物燃料电池的畜禽废水处理系统，其中，微生物燃料电池处理系统采用阵列分布多个阳极，大大增加电池单位体积内阳极总比表面积，借助自身能源实现装置内部阳极自搅动，促进微生物的降解，提升电子转移效率；同时，采用自呼吸式空气阴极，无需曝气，结构简单，大大降低成本，而且产电过程中不释放温室效应气体二氧化碳，是一种清洁能源生产装置。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明中一种基于自搅动微生物燃料电池的畜禽废水处理系统的示意图，图中标号：1-集粪池、2-进水过滤装置、3-水泵、4-微生物燃料电池处理系统、5-固废池、6-出水过滤装置、7-沼气发电系统、8-管道。

图2为本发明中微生物燃料电池处理系统的装置主体的示意图，图中标号：21-反应池下部分、22-反应池上部分、23-空气阴极、24-阴极端子、25-蜗杆传动轴、26-发动机、27-阳极、28-进水口、29-出水口。

图3为本发明中微生物燃料电池处理系统的装置密封盖的示意图，图中标号：31-密封盖、32-气液分离装置、33-阳极端子、34-出气口。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例

本实施例基于微生物燃料电池的畜禽废水处理系统，如图1所示，包括集粪池1、进水过滤装置2、微生物燃料电池处理系统4、出水过滤装置6、固废池5和沼气发电系统7。

集粪池1、进水过滤装置2、微生物燃料电池处理系统4和出水过滤装置6按照废水的处理顺序依次分布，各个部件之间通过输水管道8实现废水的连通，且微生物燃料电池处理系统4进出的输水管道8上均设有水泵3；出水过滤装置6还通过一输水管道8与集粪池1连通。

固废池5和沼气发电系统7分别通过管道A和管道B与微生物燃料电池处理系统4连通，且固废池5还通过管道C与进水过滤装置2连通。

集粪池1分别由畜禽养殖场所和所述出水过滤装置6引入废水，并与所述进水过滤装置2联通；进水过滤装置2用以过滤大颗粒固体废料，固体废料集中至固废池5，过滤后废水经水泵3进入微生物燃料电池处理系统4；出水过滤装置6用以进一步净化污水，未达标废水则经管道送至集粪池1进行循环处理。

实施例中，微生物燃料电池处理系统，如图2和3所示，包括一反应池以及设置于反应池上端面的反应池密封盖31，反应池包括上反应段21和下反应段22，上反应段21侧壁内嵌有多个空气阴极23，且空气阴极23外壁设有阴极端子24。

上反应段21内腔设有多个呈阵列分布的阳极27电极以及垂直于阳极的蜗杆25，阳极包括上导电段以及设置于上导电段底部的绝缘蜗轮段，且蜗杆25与阵列分布的阳极27构成蜗轮蜗杆传动机构；上反应段21外侧壁设置有发动机装置26，该发动装置26带动反应池内蜗杆转动。

上反应段21侧壁开有进水口28，下反应段22侧壁开有出水口29；反应池密封盖31的内侧壁设有气液分离装置32，且气液分离装置32装有阳极端子33，阳极端子33用以固定各阳极并连接外短路；气液分离装置32还设有出气口34，用于连接沼气发电系统7。

在利用上述系统对畜禽废水进行处理时，其具体步骤如下：

（1）废水收集：将畜禽废水收集于集粪池1，集粪池1设置畜禽窝舍旁一单独区域；

（2）进水过滤：借助进水过滤装置2，即机械格栅对采集的废水进行去杂处理，将大颗粒固体废渣收集输送至固废池5，可以进一步作为有机肥原料；

（3）废水净化与产电：利用水泵3控制废水流入微生物燃料电池处理系统4装置内，在厌氧反应池内，阵列分布的阳极27表面微生物催化降解有机物产生电子和质子，其中电子经阳极27收集后由外电路送至空气阴极23，质子则以废水为载体到达空气阴极23，利用自呼吸式空气阴极发生还原反应，形成完整电流回路，利用微生物燃料电池装置产生电流带动装置发动装置26启动，发动装置26带动蜗轮蜗杆机构运作，使得阵列分布阳极27轴向转动，从而搅动废水，有利于产电微生物与废水充分接触、电子快速转移、废水内沼气的脱离，沼气池内沼气经气液分离器分离吸收沼气输送至沼气发电系统7，利用微生物燃料电池和沼气发电系统7产生的电能为畜禽养殖场提供日常用电；

（4）出水过滤：利用活性炭池等对经微生物燃料电池反应系统出水进一步净化，使得其达到排放标准，对于未达标废水则经输水管道8回流至集粪池1进而二次处理。

利用传统的猪场废水处理系统以及利用本发明的畜禽废水处理系统对猪场废水进行处理，处理结果如下表1。

表1废水处理效果及能耗表

注：传统的猪场废水处理系统即为背景技术中提及的CN 104986914 A公开的基于微生物燃料电池的猪场废水处理系统。

由上表可以看出，利用本发明的畜禽废水处理方法不仅使处理的废水满足排放要求，同时可获得电能，且将微生物燃料电池产电技术与沼气发电技术融合为一体，大幅提高资源回收利用效率和产电量。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。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 (2)

1.一种基于微生物燃料电池的畜禽废水处理系统，其特征在于：包括集粪池、进水过滤装置、微生物燃料电池处理系统、出水过滤装置、固废池和沼气发电系统；

所述集粪池、进水过滤装置、微生物燃料电池处理系统和出水过滤装置按照废水的处理顺序依次分布，各个部件之间通过输水管道实现废水的连通，且微生物燃料电池处理系统进出的输水管道上均设有水泵；所述出水过滤装置还通过一输水管道与集粪池连通；

所述固废池和沼气发电系统分别通过管道A和管道B与微生物燃料电池处理系统连通，且固废池还通过管道C与进水过滤装置连通。

2.根据权利要求1所述的基于微生物燃料电池的畜禽废水处理系统，其特征在于：所述微生物燃料电池处理系统包括一反应池以及设置于反应池上端面的反应池密封盖，所述反应池包括上反应段和下反应段，所述上反应段侧壁内嵌有多个空气阴极，且空气阴极外壁设有阴极端子；所述上反应段内腔设有多个呈阵列分布的阳极电极以及垂直于阳极的蜗杆，所述阳极包括上导电段以及设置于上导电段底部的绝缘蜗轮段，且蜗杆与阵列分布的阳极构成蜗轮蜗杆传动机构；所述上反应段外侧壁设置有发动机装置，该发动装置带动反应池内蜗杆转动；

所述上反应段侧壁开有进水口，所述下反应段侧壁开有出水口；

所述反应池密封盖的内侧壁设有气液分离装置，且气液分离装置装有阳极端子，所述阳极端子用以固定各阳极并连接外短路；所述气液分离装置还设有出气口，用于连接沼气发电系统。