CN206544937U - 一种双泥同步硝化反硝化脱氮产电装置 - Google Patents

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Abstract

一种双泥同步硝化反硝化脱氮产电装置，属于污水处理技术领域。包括依次连接的水箱、厌氧池、初沉池、曝气池和终沉池，厌氧池和终沉池之间由离子交换膜隔开，其中厌氧池作为微生物燃料电池的阳极室，终沉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，形成闭合回路，初沉池和厌氧池间通过污泥回流管路连接，终沉池与曝气池间通过污泥回流管路连接，终沉池上还设有排泥口及出水口。本实用新型利用双泥同步硝化反硝化脱氮系统工艺与微生物燃料电池的耦合工艺处理氨氮废水，使同步硝化反硝化菌成为优势菌属，可以在降低污水中的COD和TN浓度的同时产生了稳定的电压值，既有效的处理了污水中的污染物，又产生了清洁电能。

Description

一种双泥同步硝化反硝化脱氮产电装置
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，特别是涉及一种双泥同步硝化反硝化脱氮产电装置，在处理污水中的COD、氮等污染物的同时产生电能的新工艺。
背景技术
根据传统生物脱氮理论，脱氮途径一般包括硝化和反硝化两个过程。这两个过程需要在两个隔离的反应器中进行，或者在时间上造成交替好氧和缺氧环境的同一个反应器中进行。然而，最近几年国内外有不少试验和报道存在同步硝化反硝化脱氮的存在，尤其是有氧条件下的反硝化脱氮现象确实存在于不同的生物系统中，如生物转盘、SBR、氧化沟等工艺。
从外环境角度分析，同步硝化反硝化应该属于特定物理条件下发生的特殊现象，氮的去除从本质上来说应该还是由传统的好氧自养硝化菌和缺氧异养反硝化菌共同完成的。由于曝气装置充氧不均和反应器的构造原因，造成生物器内形成缺氧/厌氧区，此种情况称为宏观环境理论。事实上，在生产规模的生物反应器中，整个反应器均处于完全均匀混合状态的情况并不存在，故同步硝化反硝化也就有可能发生。在采用点源曝气的活性污泥系统中，局部缺氧区域的比例更大，因此即使在曝气阶段也会出现某种程度的反硝化，或称为同时硝化反硝化现象。从微环境角度分析，由于氧气扩散的限制，在活性污泥絮体或生物膜内部会形成局部缺氧的环境。此外，由于微生物种群结构、基质分布、代谢活动和生物化学反应的不均匀性，以及物质传递的变化等因素的相互作用，在活性污泥菌胶团和生物膜内部会存在多种多样的微环境类型，而每一种微环境往往只适合某一类微生物的活动，而不适合其他微生物的活动。这种环境条件可以充分发挥微生物的协同代谢能力，从而为同步硝化反硝化的发生创造了条件。因此，在絮状污泥、生物膜、颗粒污泥中均可以实现同步硝化反硝化生物脱氮。
利用絮状污泥的传质特性以及点源曝气的活性污泥系统中局部缺氧区域，完全能够在进行硝化反应的同时进行反硝化。絮状污泥表层及曝气池好氧区的硝化细菌完成硝化的同时，絮状污泥内部及活性污泥系统中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，从而开发出紧凑、高效的同步脱氮技术。
在同步硝化反硝化脱氮工艺中，硝化反应的产物可直接成为反硝化反应的底物。因此，整个反应过程加快，水力停留时间可缩短，反应器容积也可相应缩小。在污水脱氮工艺中，硝化和反硝化脱氮在反应器中同时实现，既提高脱氮效果，又节约曝气和混合液回流所需的能源。另外，在同步硝化反硝化脱氮工艺中，反硝化反应中释放出的碱度可部分补偿硝化反应所需要的碱，使系统pH值相对稳定。同步硝化反硝化脱氮工艺与传统脱氮工艺相比，具有节省碳源、减少曝气量、减少设备运行费用等优点。
但是，同步硝化反硝化脱氮工艺在处理氨氮废水的过程中，已驯化成熟的微生物在很多方面还没有发挥到应有的作用，例如曝气池出水含有大量溶解氧，微生物中含有大量的化学能等，造成了一定的资源浪费。微生物燃料电池是利用微生物的催化作用降解污水中的有机物，将化学能直接转化为电能的新型反应器，但对降低污水中的氮等污染物无明显去除效果。有关同步硝化反硝化脱氮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，耦合装置成功运行后，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，为了克服在处理污水过程中造成了的大量有机能源浪费及无可再生绿色能源产生的不足，本发明提供一种同步硝化反硝化脱氮产电装置，它是将同步硝化反硝化脱氮工艺与微生物燃料电池耦合的新型装置，利用絮状污泥的传质特性以及点源曝气的活性污泥系统中局部缺氧区域，完全能够在进行硝化反应的同时进行反硝化。絮状污泥表层及曝气池好氧区的硝化细菌完成硝化的同时，絮状污泥内部及活性污泥系统中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，亦有效解决了脱氮由自养硝化菌与异养菌两种不同类型的菌群分别进行时所需污泥不同而产生的矛盾。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和TN的浓度而净化污水，而且能够利用微生物的催化作用回收利用曝气池出水含有的溶解氧、化学能等产生电能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明一种双泥同步硝化反硝化脱氮产电装置，包括依次连接的水箱、厌氧池、初沉池、曝气池和终沉池，厌氧池和终沉池之间由离子交换膜隔开，其中厌氧池作为微生物燃料电池的阳极室，终沉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，形成闭合回路，初沉池和厌氧池间通过污泥回流管路连接，终沉池与曝气池间通过污泥回流管路连接，终沉池上还设有出水口和排泥口，在处理污水的同时产生电能，实现同步硝化反硝化脱氮与微生物燃料电池工艺的耦合。
进一步地，所述厌氧池和终沉池分别通过富集有大量微生物的电极以及导线外接电阻。
进一步地，所述厌氧池和终沉池均设顶盖，厌氧池内设搅拌装置。
进一步地，所述污泥回流管路上均连接有泵。
进一步地，所述厌氧池、初沉池、曝气池、缺氧池和终沉池的底部均为漏斗状，底部出口均设有排水阀。
进一步地，所述曝气池采用间歇性曝气。
本发明的优点是：将同步硝化反硝化脱氮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和TN浓度而净化污水，而且能够利用微生物的催化作用产生电能。
组合系统节能、稳定和高效脱氮。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2是本发明的产电部分构造原理图。
图中1.水箱，2.厌氧池，3.初沉池，4.曝气池，5.终沉池，6.离子交换膜，7.初沉污泥泵，8.电阻，9.万用表，10.碳毡，11.出水口，12.终沉污泥泵。
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水箱1、厌氧池2、初沉池3、曝气池4、终沉池5，其中厌氧池2作为微生物燃料电池的阳极室，终沉池5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8，厌氧池2和终沉池5之间由离子交换膜6隔开，初沉池3的沉淀污泥经过初沉污泥泵7回流至厌氧池2，终沉池5的沉淀污泥经过终沉污泥泵12回流至曝气池4，终沉池5上还设有排泥口及出水口11，在处理污水的同时，产生电能，实现同步硝化反硝化脱氮与微生物燃料电池两种工艺的耦合。
所述厌氧池2和终沉池5分别通过富集有大量微生物的电极以及导线外接电阻8。所述厌氧池2和终沉池5均设顶盖，厌氧池2内设搅拌装置。
所述厌氧池2、初沉池3、曝气池4、终沉池5的底部均为漏斗状，底部出口均设有排水阀。
本发明在处理污水的过程中，利用反硝化脱氮工艺降低污水中COD和TN的浓度，净化污水，将厌氧池2作为微生物燃料电池的阳极室，终沉池5作为微生物燃料电池的阴极室，中间由离子交换膜6隔开，阴阳两极由铜导线连接形成外电路，以厌氧、好氧相结合的连续流双污泥同步硝化反硝化脱氮工艺为基础，在处理污水的同时，产生一定的电能，实现反硝化脱氮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和氨氮的水质指标分别为180mg/L和30mg/L，厌氧池2和曝气池4的溶解氧浓度分别为0-0.2mg/L和1.0-4.0mg/L，曝气池4和终沉池5的水温控制在15-25℃，曝气池4为间歇曝气，曝气2.5小时沉淀0.5小时，污泥浓度控制在3000mg/L。氨氮废水输送至厌氧池2，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6进入到阴极室，污水流经初沉池3，进入到曝气池4，沉淀时，曝气池或絮状污泥内部形成局部厌氧区。曝气的时候，在絮状污泥表层及曝气池的好氧区完成硝化的同时，絮状污泥内部及活性污泥系统中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。这时污水流入终沉池5，回收残余的溶解氧。阴阳极由导线连接，形成外电路，进而生成电势差。在启动运行期间需要连续检测反应过程中的COD和TN的浓度变化以及产电情况。
装置整体形状为矩形，装置中各个反应器的底部为漏斗状，设有排水阀。装置在启动运行过程中,试验的厌氧池污泥回流采用初沉污泥泵7输送，曝气池污泥回流采用终沉污泥泵12，其余水流均按重力流运转,依次经过厌氧池2、初沉池3、曝气池4、终沉池5，对污水进行净化处理。
如图2所示，为本发明装置的产电部分构造原理图，阳极室(厌氧池2)与阴极室(终沉池5)相连，中间由离子交换膜6隔开，阴、阳极所用材料为碳毡10，由铜导线连接，外接电阻8,电阻8两端接电压表9进行电压值的测定。

Claims (6)

1.一种双泥同步硝化反硝化脱氮产电装置，其特征在于：包括依次连接的水箱、厌氧池、初沉池、曝气池和终沉池，厌氧池和终沉池之间由离子交换膜隔开，其中厌氧池作为微生物燃料电池的阳极室，终沉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，形成闭合回路，初沉池和厌氧池间通过污泥回流管路连接，终沉池与曝气池间通过污泥回流管路连接，终沉池上还设有出水口和排泥口，在处理污水的同时产生电能，实现同步硝化反硝化脱氮与微生物燃料电池工艺的耦合。
2.根据权利要求1所述的双泥同步硝化反硝化脱氮产电装置，其特征在于：所述厌氧池和终沉池分别通过富集有大量微生物的电极以及导线外接电阻。
3.根据权利要求1所述的双泥同步硝化反硝化脱氮产电装置，其特征在于：所述厌氧池和终沉池均设顶盖，厌氧池内设搅拌装置。
4.根据权利要求1所述的双泥同步硝化反硝化脱氮产电装置，其特征在于：所述污泥回流管路上均连接有泵。
5.根据权利要求1所述的双泥同步硝化反硝化脱氮产电装置，其特征在于：所述厌氧池、初沉池、曝气池、缺氧池和终沉池的底部均为漏斗状，底部出口均设有排水阀。
6.根据权利要求1所述的双泥同步硝化反硝化脱氮产电装置，其特征在于：所述曝气池采用间歇性曝气。
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