CN109912145B - 一种好氧颗粒污泥产电装置 - Google Patents

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Abstract

一种好氧颗粒污泥产电装置，属于污水处理技术领域。其包括依次连接的厌氧池、曝气池、沉淀池，厌氧池作为微生物燃料电池的阳极室，曝气池作为微生物燃料电池的阴极室，阳极室和阴极室分别外接电阻，厌氧池和曝气池由离子交换膜隔开，沉淀池的沉淀颗粒污泥经过污泥回流泵回流至厌氧池，厌氧池的泥水混合物经过连接管流至曝气池，沉淀池内设挡板截留颗粒，还设有出水口及排泥口，在处理污水的同时，产生电能，实现好氧颗粒污泥同步脱氮除磷与微生物燃料电池两种工艺的耦合。本发明利用好氧颗粒污泥工艺与微生物燃料电池的耦合工艺处理生活污水，在降低污水中的COD、TN和TP的浓度的同时产生了稳定的电压，降低了污水中的污染物浓度，又产生了电能。

Description

一种好氧颗粒污泥产电装置
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，特别是涉及一种好氧颗粒污泥产电装置，在处理污水中的COD、氮和磷等污染物的同时产生电能的新工艺。
背景技术
好氧颗粒理想的物理特性是：1)颗粒尺寸大，SVI低，密度高，沉降快；2)颗粒完整性系数高，在主流处理中，经过反复接触、泵送和再循环后，颗粒具有较好的抗损失能力。
利用好氧颗粒污泥的内部分层结构及其特有的传质特性，污泥表层硝化细菌完成硝化的同时，颗粒污泥内部缺氧区域的反硝化菌以除磷菌利用硝态氮作为电子受体完成同步脱氮及过量吸磷。简化了工艺流程，节省了基建投资和运行费用。
但是，好氧颗粒污泥工艺在处理生活污水的过程中，成熟的好氧颗粒污泥在很多方面还没有发挥应有的作用，例如曝气池出水含有大量溶解氧，颗粒污泥微生物中含有大量的化学能等，造成了一定的资源浪费。微生物燃料电池技术可将化学能直接转化为电能。有关好氧颗粒污泥工艺与微生物燃料电池耦合的研究在国内外还属于空白领域，耦合系统成功运行后，在处理污水的同时产生稳定的电能，具有很高的理论和应用价值。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供一种好氧颗粒污泥产电装置，它是将好氧颗粒污泥与微生物燃料电池耦合的新型装置，利用颗粒污泥的内部分层结构及其特有的传质特性，污泥表层硝化细菌完成硝化的同时，颗粒污泥内部缺氧区域的反硝化菌以除磷菌利用硝态氮作为电子受体完成同步脱氮及过量吸磷。产电微生物富集于颗粒污泥中，可极大提高工艺的产电生物量，进而强化了微生物燃料电池的产电潜力。简化了工艺流程，节省了基建投资和运行费用。该装置不仅能够降低污水中COD、TN和TP的浓度，而且能够利用微生物的催化作用产生电能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
1.一种好氧颗粒污泥产电装置，其特征在于，包括依次连接的厌氧池、曝气池、沉淀池，其中厌氧池作为微生物燃料电池的阳极室，曝气池作为微生物燃料电池的阴极室，阳极室和阴极室分别外接电阻，厌氧池和曝气池由离子交换膜隔开，沉淀池的沉淀颗粒污泥经过污泥回流泵回流至厌氧池，厌氧池的泥水混合物经过连接管流至曝气池，沉淀池内设挡板截留颗粒，还设有出水口及排泥口，在处理污水的同时，产生电能，实现同步脱氮除磷好氧颗粒污泥与微生物燃料电池两种工艺的耦合。
2.进一步，所述厌氧池和曝气池内的电极通过导线与外接电阻相连。
3.进一步，所述阳极和阴极的材质为碳毡。
4.进一步，所述进水口位于厌氧池底部，厌氧池内设搅拌装置。
5.进一步，所述沉淀池的出水口低于进水口。
6.进一步，所述曝气池采用连续曝气。
7.应用所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)运行期间污水中COD、氨氮和磷的水质指标分别为200-300mg/L、40-50mg/L和5-6mg/L，厌氧池的溶解氧浓度为0-0.2mg/L，曝气池的溶解氧浓度为0.8-1.5mg/L，pH值为7-8；
2)曝气池为连续曝气；厌氧池水力停留时间2h，曝气池水力停留时间为3h；
3)系统接种污泥成熟的好氧颗粒污泥，初始污泥浓度为4000-5000mg/L，系统启动成功时，出水中COD、氨氮和磷的浓度分别为15-25mg/L、0.2-0.6mg/L和0.2-0.5mg/L，系统的输出电压值为0.6-0.8V，启动成功后通过沉淀池排泥口排泥，控制污泥浓度7000-8000mg/L。
本发明的优点是：将好氧颗粒污泥工艺与微生物燃料电池耦合的新型装置，不仅能够降低污水中COD、TN和TP的浓度，而且能够利用微生物的催化作用产生电能。连续流系统节能、稳定和高效脱氮除磷产电。减少设备容量，降低运行成本，减少占地面积。
附图说明
图1是本发明的工艺布置图。
图中1.厌氧池，2.曝气池，3.阳极，4.阴极，5.离子交换膜，6.进水口，7.连接管，8.曝气盘，9.曝气泵，10.搅拌装置，11.外接电阻，12.沉淀池，13.挡板，14.出水口，15.排泥口，16.污泥回流管路，17污泥回流泵。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细描述本发明：
如图1所示，本发明包括依次连接的厌氧池1、曝气池2、沉淀池12，其中厌氧池1可作为微生物燃料电池的阳极室，曝气池2作为微生物燃料电池的阴极室，阳极室和阴极室分别外接电阻11，厌氧池1和曝气池2由离子交换膜5隔开，沉淀池12的沉淀颗粒污泥经过污泥回流泵17回流至厌氧池1，厌氧池1的泥水混合物经过连接管7流至曝气池2，沉淀池12内装有垂直设置的挡板13截留颗粒，还设有出水口14及排泥口15，在处理污水的同时，产生电能，实现高效好氧颗粒同步脱氮除磷与微生物燃料电池两种工艺的耦合。
所述厌氧池1和曝气池2内的电极通过导线与外接电阻11相连。所述阳极3和阴极4的材质为碳毡，便于传输电子同时造价较低。厌氧池1内设搅拌装置10。沉淀池12的出水口14低于进水口，有利于曝气池2流出的泥水混合物中的气体与颗粒分离。
本发明在处理污水的过程中，利用富集的好氧颗粒降低污水中COD、TN和TP的浓度，利用厌氧池1作为微生物燃料电池的阳极室，曝气池2作为微生物燃料电池的阴极室，二者之间由离子交换膜4分隔，以厌氧、好氧相结合的连续流好氧颗粒污泥工艺为基础，在处理污水的同时，产生一定的电能，实现高效好氧颗粒同步脱氮除磷与微生物燃料电池两种工艺的耦合。
本发明在运行期间污水中COD、氨氮和磷的水质指标分别为200-300mg/L、40-50mg/L和5-6mg/L,厌氧池2和曝气池4的溶解氧浓度分别为0-0.2mg/L和0.8-1.5mg/L，水温控制在室温，曝气池2为连续曝气。厌氧池水力停留时间2h，曝气池水力停留时间为3h。系统接种污泥成熟的好氧颗粒污泥，初始污泥浓度为5000mg/L，连续运行两周，可获得良好的出水效果和稳定的电压输出。启动成功后通过沉淀池排泥口排泥，控制污泥浓度7000-8000mg/L。废水输送至厌氧池1，在厌氧条件下，产电菌氧化分解有机碳源，产生电子和质子，电子经外电路传递到阴极，形成电流，质子通过离子交换膜5进入到阴极室，污水流经连接管7，进入到曝气池2，曝气池2里面的颗粒污泥内部形成局部厌氧区。曝气的时候，在颗粒污泥表层完成硝化的同时，内部局部缺氧区域的反硝化菌以硝态氮为电子受体同步完成氮的去除。这时污水流入沉淀池12，挡板13可增加系统截留颗粒污泥的能力，保证系统内的高浓度生物量。阳极3、阴极4与外接电阻11由导线连接，形成外电路。在启动运行期间需要连续检测反应过程中的COD、TN和TP的浓度变化以及产电情况。
装置在启动及运行过程中，试验中利用污泥回流泵17将污泥回流至厌氧池1，其余水流均按重力流运转，依次经过厌氧池1、曝气池2、沉淀池12，对污水进行处理。

Claims (7)

1.一种好氧颗粒污泥产电装置，其特征在于，包括依次连接的厌氧池、曝气池、沉淀池，其中厌氧池作为微生物燃料电池的阳极室，曝气池作为微生物燃料电池的阴极室，阳极室和阴极室分别外接电阻，厌氧池和曝气池由离子交换膜隔开，沉淀池的沉淀颗粒污泥经过污泥回流泵回流至厌氧池，厌氧池的泥水混合物经过连接管流至曝气池，沉淀池内设挡板截留颗粒，沉淀池还设有出水口及排泥口，在处理污水的同时，产生电能，实现好氧颗粒污泥同步脱氮除磷与微生物燃料电池两种工艺的耦合。
2.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥产电装置，其特征在于：所述厌氧池和曝气池内的电极通过导线与外接电阻相连。
3.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥产电装置，其特征在于：所述阳极和阴极的材质为碳毡。
4.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥产电装置，其特征在于：所述装置的进水口位于厌氧池底部，厌氧池内设搅拌装置。
5.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥产电装置，其特征在于：所述沉淀池的出水口低于进水口。
6.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥产电装置，其特征在于：所述曝气池采用连续曝气。
7.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）运行期间污水中COD、氨氮和磷的水质指标分别为200-300mg/L、40-50mg/L和5-6mg/L，厌氧池的溶解氧浓度为0-0.2mg/L，曝气池的溶解氧浓度为0.8-1.5mg/L，pH值为7-8；
2）曝气池为连续曝气；厌氧池水力停留时间2h，曝气池水力停留时间为3h；
3）系统接种成熟的好氧颗粒污泥，初始污泥浓度为4000-5000mg/L，系统启动成功时，出水中COD、氨氮和磷的浓度分别为15-25mg/L、0.2-0.6mg/L和0.2-0.5mg/L，系统的输出电压值为0.6-0.8V，启动成功后通过沉淀池排泥口排泥，控制污泥浓度7000-8000mg/L。
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