CN113024029A - 一体化mfc-dmbr耦合装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一体化MFC‑DMBR耦合装置，该装置的厌氧阳极池、好氧阴极池之间设置为阳离子交换膜，厌氧阳极池内设有产电微生物、碳毡以及搅拌器，好氧阴极池内设有不锈钢丝网，在所述装置运行设定时间后，该不锈钢丝网上形成具有固/液分离作用的动态膜，经动态膜过滤后的出水由出水管自流流出；曝气池内设有气泵驱动的曝气头；该装置还包括PLC控制器，该PLC控制器正、负极分别与不锈钢丝网、碳毡电连接；污水进入调节池并下行进入厌氧阳极池底部，厌氧阳极池的污水上行并溢流到好氧阴极池，好氧阴极池的污水下行并进入到曝气池底部，曝气池的污水上行且在曝气气泡的提气作用下回流到好氧阴极池中。本发明生物降解能力强，出水水质好，能耗低。

Description

一体化MFC-DMBR耦合装置
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种一体化MFC-DMBR耦合装置。
背景技术
膜生物反应器(MBR)具有出水水质好、占地面积小、污泥产量低等优点，其工程应用在2009～2012年间达到鼎盛，一度有取代活性污泥法的趋势。但是自2012年以后，MBR在全球的工程应用数量迅速下降，近两年的新增应用数量仅为鼎盛时期的10％左右，究其原因，高能耗和膜污染是限制MBR发展的主要因素。因此，有效控制膜污染、大幅度降低能耗依然是目前MBR领域迫切需要解决的问题。
近年来，一些学者尝试将动态膜技术引入MBR，利用廉价的粗孔材料(例如无纺布、滤布、尼龙网、不锈钢丝网等)代替昂贵的超滤/微滤膜，利用运行过程中在粗孔材料表面形成的滤饼层(即动态膜)实现固/液分离，进而开发出了一种新型工艺-动态膜生物反应器(DMBR)，该反应器保留了传统MBR的大部分优点，同时也在一定程度上克服了传统MBR高成本、高能耗的缺点，目前已成为研究的热点。此外，微生物燃料电池(MFC)是一种利用微生物作催化剂，将有机物中的化学能转化为电能的装置。由于能够在去除有机物的同时回收电能，近年来MFC备受人们的青睐。
在此基础上，一些研究人员尝试将MFC与MBR进行耦合，这在提高出水水质、减缓膜污染、降低能耗等方面均取得了很好的效果。但是，该耦合技术无法从根本上解决由微滤(或超滤)膜材料本身所带来的高能耗与膜污染问题。
发明内容
本发明在将MFC与DMBR进行有机结合的基础上，提出了一体化MFC-DMBR耦合工艺装置，能够在MFC-MBR的基础上进一步降低能耗、减缓膜污染，对有效解决MBR的高能耗与膜污染问题、推动其应用进程有重要意义。
本发明是这样实现的，一体化MFC-DMBR耦合装置，该装置包括调节池、厌氧阳极池、好氧阴极池、曝气池；所述厌氧阳极池、好氧阴极池之间设置为阳离子交换膜，所述厌氧阳极池内设有产电微生物、碳毡以及搅拌器，所述好氧阴极池内设有不锈钢丝网，在所述装置运行设定时间后，该不锈钢丝网上形成具有固/液分离作用的动态膜，经动态膜过滤后的出水由出水管自流流出；所述曝气池内设有气泵驱动的曝气头；
该装置还包括PLC控制器，该PLC控制器正、负极分别与不锈钢丝网、碳毡电连接；其中，
污水进入调节池并下行进入厌氧阳极池底部，厌氧阳极池的污水上行并溢流到好氧阴极池，好氧阴极池的污水下行并进入到曝气池底部，曝气池的污水上行且在曝气气泡的提气作用下回流到好氧阴极池中。
优选地，该装置还包括污泥回流泵驱动的污泥回流管路，该管路的入口端对接好氧阴极池底部、出口端对接调节池池壁上部；其中，污水与回流的污泥形成的混合液进入调节池中。
优选地，所述PLC控制器、不锈钢丝网之间的连接电路上串联有外接电阻。
优选地，所述不锈钢丝网的网眼孔径为25～100um。
本发明克服现有技术的不足，提供一种一体化MFC-DMBR耦合装置，原水由进水管进入调节池与回流污泥混合，混合液自池底进入厌氧阳极池，污水中的有机物通过阳极池中产电微生物的催化作用降解生成CO2、H+和e-，其中H+通过阳离子交换膜扩散到阴极电极表面，e-则通过碳毡阳极及外电路传递到不锈钢丝网阴极，不锈钢丝网放置在好氧阴极池内，同时不锈钢丝网也作为动态膜的基材，运行一段时间后，不锈钢丝网表面会形成一层滤饼层(即动态膜)，滤饼层起到了固/液分离作用，动态膜内的出水由出水管自流流出，而好氧阴极池内未处理完成的污水下行并进入到曝气池底部，曝气池的污水在曝气气泡的提气作用下上行并回流到好氧阴极池中进行进一步处理，好氧阴极池内的污泥混合液通过污泥回流泵回流至调节池，参与下一步的反应。
相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明装置的生物降解能力强，出水水质好；
(2)本发明装置中胞外聚合物(EPS)含量低，能够有效控制膜污染；
(2)本发明装置中微生物絮体、EPS等一般都带负电，MFC产生的电场可以有效降低这些物质在滤饼层中的累积，减缓膜污染；
(3)本发明采用不锈钢丝网做膜基材(其他很多材料都能做动态膜的基材)，成本低；
(4)不锈钢丝网的孔径一般为25～100um，膜孔阻力小，动态膜组件可以自流出水，节省电耗；
(5)MFC产生的电能可以抵消一部分耦合装置运行过程中的电能，系统的整体能耗低；
(6)通过污泥回流交替形成“好氧-缺氧-厌氧”环境，因此，本发明装置具有良好的脱氮除磷能力。
附图说明
图1是本发明一体化MFC-DMBR耦合工艺装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种一体化MFC-DMBR耦合工艺装置，如图1所示，该装置包括调节池2、厌氧阳极池3、好氧阴极池10、曝气池15；所述厌氧阳极池3、好氧阴极池10之间设置为阳离子交换膜9，所述厌氧阳极池3内设有产电微生物、碳毡6以及搅拌器，所述好氧阴极池10内设有不锈钢丝网8，在所述装置运行设定时间后，该不锈钢丝网8上形成具有固/液分离作用的动态膜，经动态膜过滤后的出水由出水管13自流流出；所述曝气池15内设有气泵12驱动的曝气头11；该装置还包括PLC控制器16，该PLC控制器的正、负极分别与不锈钢丝网8、碳毡6电连接；其中，污水进入调节池2并下行进入厌氧阳极池3底部，厌氧阳极池3的污水上行并由溢流口18溢流到好氧阴极池10，好氧阴极池10的污水下行并进入到曝气池15底部，曝气池15的污水上行且在曝气气泡的提气作用下回流到好氧阴极池10中。
在本发明实施例中，进水管1对接调节池2以注入待处理的污水，调节池2、厌氧阳极池3相邻且底部导通，污水由导通底部进入到厌氧阳极池3中。调节池2主要是调节水质、水量，主要使泥水混合后的水质波动不大，也可以根据情况进行pH值调节。
在本发明实施例中，该搅拌器由搅拌桨4、搅拌电机5构成，搅拌桨设置在厌氧阳极池3内中进行搅拌工作。
在本发明实施例中，好氧阴极池10与曝气池15之间设置隔板14，该隔板底部设为导通、顶部水平高度略低于液面。
在本发明实施例中，所述PLC控制器、不锈钢丝网8之间的连接电路上串联有外接电阻7，该外接电阻7与MFC的产电性能有关。
在本发明实施例中，阳离子交换膜9具有阳离子交换作用，只能允许阳离子通过，例如H+、Na+等，而水分子不能通过阳离子交换膜9，也就是从溢流口溢出。
在本发明实施例中，为更加节省电耗，所述不锈钢丝网8的网眼孔径为25～100um，此时膜孔阻力更小，动态膜组件可以自流出水。
在本发明实施例中，为使污水降解更完全，该装置还包括污泥回流泵17驱动的污泥回流管路，该管路的入口端对接好氧阴极池10底部、出口端对接调节池2池壁上部；其中，污水与回流的污泥形成的混合液进入调节池2中。
在本发明的实际应用过程中，原水由进水管1进入调节池2与回流污泥混合，混合液自池底进入厌氧阳极池3，污水中的有机物通过阳极池中产电微生物的催化作用降解生成CO2、H+和e-，其中H+通过阳离子交换膜9扩散到阴极电极表面，e-则通过碳毡6阳极及外电路传递到不锈钢丝网8阴极，不锈钢丝网8放置在好氧阴极池10内，同时不锈钢丝网8也作为动态膜的基材，运行一段时间后，不锈钢丝网8表面会形成一层滤饼层(即动态膜)，滤饼层起到了固/液分离作用，动态膜内的出水由出水管13自流流出，而好氧阴极池10内未处理完成的污水下行并进入到曝气池15底部，曝气池15的污水在曝气气泡的提气作用下上行并回流到好氧阴极池10中进行进一步处理，好氧阴极池10内的污泥混合液通过污泥回流泵回流至调节池2，参与下一步的反应。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一体化MFC-DMBR耦合装置，其特征在于，该装置包括调节池、厌氧阳极池、好氧阴极池、曝气池；所述厌氧阳极池、好氧阴极池之间设置为阳离子交换膜，所述厌氧阳极池内设有产电微生物、碳毡以及搅拌器，所述好氧阴极池内设有不锈钢丝网，在所述装置运行设定时间后，该不锈钢丝网上形成具有固/液分离作用的动态膜，经动态膜过滤后的出水由出水管自流流出；所述曝气池内设有气泵驱动的曝气头；
该装置还包括PLC控制器，该PLC控制器正、负极分别与不锈钢丝网、碳毡电连接；其中，
污水进入调节池并下行进入厌氧阳极池底部，厌氧阳极池的污水上行并溢流到好氧阴极池，好氧阴极池的污水下行并进入到曝气池底部，曝气池的污水上行且在曝气气泡的提气作用下回流到好氧阴极池中。
2.如权利要求1所述的耦合装置，其特征在于，该装置还包括污泥回流泵驱动的污泥回流管路，该管路的入口端对接好氧阴极池底部、出口端对接调节池池壁上部；其中，污水与回流的污泥形成的混合液进入调节池中。
3.如权利要求1所述的耦合装置，其特征在于，所述PLC控制器、不锈钢丝网之间的连接电路上串联有外接电阻。
4.如权利要求1所述的耦合装置，其特征在于，所述不锈钢丝网的网眼孔径为25～100um。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114162960A (zh) * 2021-12-10 2022-03-11 南开大学 一种电活性动态膜的快速构建方法及其装置

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