[发明专利]一种耦合微生物燃料电池低能耗膜生物反应器的有机废水处理装置

说明书

技术领域

一种耦合微生物燃料电池低能耗膜生物反应器的有机废水处理装置，属于有机废水处理技术领域。

背景技术

近年来，作为废水物理与生物处理技术的优势组合，以剩余污泥产量低和高效脱氮见长、以污水资源化(或回用)和无害化为最终目标的膜生物反应器(Membrane Bioreactor，MBR)技术已在污水处理领域得到广泛的应用。据统计，我国投入运行或在建的MBR污水处理工程已超过300项，其中，万吨级MBR系统近10套。然而，国内外实践表明，运行成本和膜污染始终是制约MBR稳定运行的主要障碍。就其运行成本而言，传统市政污水处理厂平均电耗为0.3kWh／m³污水，但MBR处理污水的能耗高达0.5～1.0kWh／m³污水。另一方面，无论采用何种膜污染预防措施，一旦膜与污泥混合液接触，膜污染即开始。因此，寻找低能耗、能有效解决MBR膜污染问题的污水处理方法十分必要。

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一项通过阳极产电生物膜降解污水中有机物并产生可持续电能的新技术。像所有燃料电池一样，MFC发电不是将燃料(废水或废弃物中的有机物)燃烧，而是在厌氧条件下从燃料分子剥取电子(即微生物呼吸作用产生的电子)，并将其通过预定途径(电极和外电路)传递到氧，将原本用于氧化磷酸化生物合成ATP的能量转化为电，其中微生物是生化反应的催化剂，MFC的产电过程通过阳极有机物(电子供体)的氧化和阴极氧气(电子受体)的还原实现。然而，作为厌氧生物处理技术之一，MFC难以获得优良的出水水质，若与硝化过程、序批式反应器、生物转盘、生物接触氧化等工艺结合、或将MFC置于活性污泥法的曝气池中，可改善MFC出水水质，但上述过程均无法有效去除系统出水中的悬浮物，出水难以回用或排放。

本发明以生活污水或有机工业废水为处理对象，将MFC与MBR有机地结合在一起，构成一种新的有机废水处理装置，该装置利用MFC产生的电能补偿MBR电能消耗，并使作为MFC阴极的MBR膜表面带负电，产生静电斥力，有效降低膜污染，降低运行成本，同时MBR保证了本装置具有良好的出水水质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能耗低、出水水质优良的生活污水或有机工业废水的处理装置。

本发明的装置由以下部件构成：

池体(1)、MFC阳极(2)、进水管(3)、给水泵(4)、密封塞(16)、折流板(8)、MBR膜组件(9)、曝气管(10)、电极／水管固定塞(13)、出水管(11)、出水泵(12)、负载(14)、导线(15)、阀门(5)、污泥泵(6)、污泥管(7)组成；由3～7块折流板(8)形成折流板区，将整个废水处理装置分成MFC阳极室和MBR；进水管(3)经给水泵(4)与位于MFC阳极室底部的进水口相连；出水管(11)经出水泵(12)与导电聚合物膜组件(9)的出水口连通；MFC阳极(2)和导电聚合物膜组件(9)由导线(15)与负载(14)相连；污泥泵(6)、阀门(5)经污泥管(7)与阳极室、折流板区和MBR反应室底部连通，构成污泥回流和排出系统。

MFC阳极(2)材料为碳毡、碳布、石墨及其改性修饰材料，MBR的膜组件(9)兼做MFC阴极，材料为导电聚合物修饰的不锈钢网、无纺布、碳毡、碳布。

本发明的优点

1.污水中包括葡萄糖在内的大部分有机物在MFC阳极(2)发生氧化反应，产生的电子经由MFC阳极(2)、导线(15)和负载(14)传递到阴极，产生的电能用于补偿MBR的电能消耗，可有效降低运行成本。

2.MFC阳极(2)氧化产生的质子随水流穿越折流板到达MBR，与电子和氧气结合生成水，消除了普通MFC阳极易酸化、反馈抑制产电微生物活性的问题，阳极氧化后的极少量剩余有机物也随水流穿越折流板到达阴极好氧区，进一步好氧矿化去除。

3.由导电聚合物膜组件(9)、曝气管(10)、电极／水管固定塞(13)、出水管(11)和池体(1)组成的MBR可兼做MFC阴极室，为好氧区，MBR膜组件(9)兼做MFC阴极，其材料为导电聚合物修饰的不锈钢网、无纺布、碳毡、碳布，在传递电子的同时可为MBR膜表面与膜面污染物间提供静电斥力，有效缓解膜污染。