[实用新型]一种集有机污水处理和产甲烷于一体的微生物电解池装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种在处理有机污水的同时产甲烷的装置，属生物电化学、环境和生物能源的交叉领域，具体涉及一种集有机污水处理和产甲烷于一体的微生物电解池装置。

背景技术

能源、环境与水资源是人类赖以生存的基础。近年来随着化石燃料，特别是石油和天然气使用量的快速增长，触发了全球性的能源危机。此外，化石燃料在使用过程中排放的大量CO₂会引起温室效应，并导致气候变暖。与此同时，化石燃料的开采与使用导致各种生态破坏及环境污染。随着全球气候变化与低碳经济发展的趋势不可避免，开发清洁能源、减少碳排放正成为国际社会各国的新目标，而节能减排也已成为世界经济发展与环境保护的主题之一。与此同时，人们在日常生活、生产过程中产生了大量的有机污水。目前，广泛采用的污水处理技术主要是好氧生物处理，其中又以活性污泥法为主。然而，活性污泥法处理污水能耗高，同时，活性污泥法还产生大量的污泥，而对污泥的处理也需要很高的费用。污水中的有机物既是污染物，同时也含能量，可以通过资源化利用的方式去除。如污水中潜在的能量大约为污水处理时所消耗电能的10倍。各种碳中和及可再生的能源技术是缓解目前全球能源与全球变暖危机及减少环境污染的重要途径。

微生物电解池（Microbial Electrolysis Cell，MEC）是近年迅速发展起来的一种融合了污水处理和产生能源的新技术，可以在对污水进行生物处理的同时获得不同形式的能源，作为污水处理的新工艺，引起了国内外的广泛关注。MEC技术不仅克服了传统废水生物处理过程的缺点，而且回收的能源可以降低污水处理的成本。在能源、环境和水资源等问题日趋严重的今天，MEC可以实现减少污染物排放和对化石类燃料依赖及污水再生利用三大目标，达到经济和环境的双赢，这为有机污水的资源化处理提供了新思路。利用生物阴极的微生物电解池还原二氧化碳生产甲烷和乙酸的研究已有报道（WO2009/155587A2，CN 201210447449.3）。该方法使用生物阴极作为催化剂，无需氢气及有机物的添加便可合成甲烷。此外，集CO2转化、污水处理预一体的微生物电解池装置也有报道（CN 201110209150.X）。该装置利用离子交换膜将微生物电解池的阳极室和阴极室隔开，阳极室产生的CO₂通过导气管道进入阴极室，在阴极室实现CO₂捕获以及向CH₄转化，从而实现CO₂减排和有效利用的理念。但是该装置结构复杂、建造成本高，且不易规模放大。

因此，有必要研究和开发结构简单、建造成本低，且易规模放大的集CO₂转化、污水处理于一体的微生物电解池装置。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能够在实现污水处理、捕捉CO₂的同时，实现CO₂向CH₄转化的集污水处理、CO₂转化甲烷于一体的结构简单、建造成本低，且易规模放大的微生物电解池装置。

为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供了一种集有机污水处理和产甲烷于一体的微生物电解池装置，其特征在于：所述装置包括微生物电解池壳体，在微生物电解池壳体内设置有阳极电极和阴极电极，阴极电极和阳极电极分别通过钛丝与外接直流稳压电源的低电位端和高电位端相连，微生物电解池壳体的下端侧面设有进水管，进水管与布水器相连，微生物电解池壳体底端设有污泥排放管和阀，微生物电解池壳体上端侧面设有排水管，微生物电解池壳体顶端设有气体收集管。

本实用新型的所述微生物电解池装置还包括设置于进水管处用于控制污水进水流量和/或通断的进水控制阀、设置于排水管处用于控制排水流量和/或通断的排水控制阀、设置于气体收集管处用于检测气体成分和流量的气体监测装置、污水处理自动控制装置以及用于输入控制指令的人机操作面板；气体监测装置和人机操作面板连接到污水处理自动控制装置的信号输入端，进水控制阀、排水控制阀以及污泥排放阀连接到污水处理自动控制装置的信号输出端；所述污水处理自动控制装置可以为现有的计算机或单片机。

本实用新型的微生物电解池装置具有连续处理模式和封闭处理模式；