[发明专利]膜生物反应器与微生物燃料电池组联用系统

说明书

技术领域

本发明涉及水处理领域，尤其涉及一种膜生物反应器与微生物燃料电池组联用系统。 

背景技术

膜生物反应器(membrane bioreactor，MBR将活性污泥法与膜分离技术相结合，用于生活污水和工业污水处理和回用，是一种很有吸引力的处理工艺。然而，膜污染及其导致的维护、运行费用的提高限制了MBR的广泛应用，仍然是MBR发展所面临的最具挑战性的问题之一。国内外对这一领域的研究主要围绕3个方面展开：膜材料与膜组件结构、反应器运行条件、进水和活性污泥混合液特性。MBR膜污染是由膜和污泥混合液中污染物质共同作用的结果。活性污泥混合液的各种组分是膜污染的物质来源，对膜污染具有更加直接的影响。 

利用电场控制膜污染是一种新方法，一般是利用高电场强度来控制膜污染，以达到较好的效果。这是由于水处理中绝大多数的污染物质都是带有负电的，在电场的作用下，带负电的污染物受到电场力，减缓向膜表面的堆积。场强越大，效果越明显。但是高电场不仅能耗高，而且会显著影响微生物组成与代谢特性，影响其水处理能力。研究表明，弱电场能够刺激微生物代谢，提高微生物活性，但其对膜污染的减缓作用还未研究。 

虽然MBR与传统的活性污泥工艺相比，有较高的污泥龄，产生的剩余污泥少，但是这些剩余污泥也存在着污泥处理问题。目前普遍的污泥处理工艺是厌氧污泥消化，但是污泥停留时间较长，占地面积大，其处置费用约占污水处理厂总处置费用的一半。污水污泥是一种潜在的危险物质，其中富含有机物、重金属、致病微生物等有害物质，处理不当就会导致严重的环境问题，甚至是灾难性的生态后果。MBR污泥浓度高，具有较高的SVI和粘度，污泥龄长，及其导致的膜污染，亟待开发能够对MBR污泥改性、减量的辅助系统。 

MFC的产电效率较低，远没达到商业利用的需求。MFC产电电压一般为0.4-0.7V，功率密度可达几百mW/m²，实验室通过堆栈可以为小灯泡或小风扇等供电，但是与实际生活与工作中所需的电能相比较弱，目前未能将其电能应用到实际应用中，还有待进一步提高MFC的产电性能。 

污泥MFC处理过程中，污泥性质有所改变，MFC去除了污泥中的亲水性的芳香族蛋白质和溶解性微生物产物。通过耦合污泥MFC的污泥回流，会改变MBR中的污水混合液的性质，进而对其运行效果产生影响，对于从混合液性质调控角度控制膜污染具有重要的意义。 

发明内容

本发明的目的是提供一种膜生物反应器与微生物燃料电池组联用系统，以解决目前现有的利用附加电场控制膜污染的工艺存在的高电场处理费用高，抑制微生物活性，污泥处理的问题。 

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述系统包括高位水箱、阀门、真空压力表、蠕动泵和排泥阀，高位水箱通过阀门与膜生物反应器的进水口连通，所述系统还包括膜生物反应器、膜组件、不锈钢网或钛金属网、第一排泥泵、微生物燃料电池组和第二排泥泵，膜组件与不锈钢网或钛金属网设置在膜生物反应器内，膜组件由集水管、导线、多根膜丝和多根第一钛丝构成，多根膜丝连接在集水管上，集水管设有出水口和钛丝出口，膜组件的出水口与出水管连通，出水管上装有蠕动泵和真空压力表，每根膜丝的下端封口，上端为出水端，每根第一钛丝设于相应膜丝内，每根第一钛丝一端位于相应的下端封口处，每根第一钛丝的另一端从膜丝的上端伸出并穿入集水管中，多根第一钛丝连接在一起后，由钛丝出口引出，然后与导线的一端连接，导线的另一端通过第二钛丝与微生物燃料电池组的阳极连接，不锈钢网或钛金属网通过导线及第二钛丝与微生物燃料电池组的阴极连接，膜生物反应器的泥水混合液排出口通过排泥阀及第一排泥泵与微生物燃料电池组的所有进泥口连通，微生物燃料电池组的所有排泥口通过第二排泥泵与膜生物反应器的泥水混合液进入口连通。 

本发明具有以下有益效果1、在本发明系统运行的过程中，运行效果良好稳定，当进水COD平均值为450mg/L时，COD的去除率在94％左右，出水中的COD值可以控制在50mg/L以下，平均出水水质中COD为30mg/L左右(相同条件下，传统MBR出水COD稳定小于40mg/L，与传统MBR基本一致，达到了国家污水处理排放一级标准。其上清液中COD与传统MBR基本一致，在50mg/L左右。与出水浓度相比可知，膜和滤饼层对有机物有一定的截留作用； 

2、对污水氨氮的去除效果：在运行的40天内，进水氨氮平均值为30mg/L，出水在1mg/L(相同条件下，传统MBR出水氨氮稳定在1mg/L，系统的稳定性很好，与传统MBR的处理效果基本一致；