[发明专利]一种预测生化处理工艺水力停留时间的生物电化学方法

说明书

本发明涉及一种预测生化处理工艺水力停留时间的生物电化学方法，主要针对进水水质波动导致生化处理工艺水力停留时间不合理的问题。本方法通过构建本土微生物燃料电池(IDMFC)，建立生化处理工艺综合降解速率与IDMFC平台期稳定降解速率的关系模型，通过检测进水水样一个产电周期的平台期电流和时长，即可预测合理的生化处理工艺中水力停留时间。

技术背景

改革开放以来，我国工业化和城市化都得到了快速的发展，人民生活水平有了极大的改善，但作为工业化和城市化的副产物，工业废水和城市污水的排量也急剧上升，对水体的污染也日趋广泛和严重。因此，对于环境保护来说，废水处理尤为重要。根据2015年环境公报显示，我国工业废水排放量最高的三个行业为化工、造纸和电力，这些行业废水中一个突出特点是其污染物大部分为有机物，工业废水的处理方法包括物理、化学、理化和生物法，其中生物法是去除有机物最经济有效的方法，而不同企业根据自身排放废水特点，可以选用稳定塘、氧化沟、活性污泥、UASB、厌氧接触等好氧厌氧生化处理技术。城市污水处理一般分为两级处理，其中处理主体是二级处理时利用微生物将污水中各种复杂的有机物氧化为简单的物质。因此，生物法是工业废水和城市污水处理最常用也是最重要的技术。

污水处理属于高耗能产业，其中消耗的能源包括电、燃料及药剂等，其中电能占总能耗的60％～90％，其主要用于曝气池供氧设备和进水泵，据统计，两者能耗占总电耗的70％以上，近年来，能源资源费用不断上涨，能耗大、运行费用高已经成为阻碍企业废水处理和城市污水处理厂运转的巨大阻碍，因此，合理优化曝气流量和进水速率，成为降低污水处理成本的必然选择。已有大量关于曝气流量智能控制的研究并已取得一定成效，如上海桃浦城市污水处理厂采用曝气流量控制后，能耗降低34％，但是关于进水速率优化的研究并不多，特别是还没有快速有效预测合理的水力停留时间的方法，因此，研究一种可以有效预测合理的生化处理工艺水力停留时间的方法具有重要意义。

合理的水力停留时间与进水水质有着极大关系。工业废水因其来源于生产过程中产生的废水和废液，在一个生产周期内会有一定波动，因此其水质具有一定的周期性，比如某发酵类制药企业，其出水COD_cr一个月内最高为6010mg/L，最低只有3519mg/L。城市污水处理亦是如此，其排放量与季节有显著相关性，以某污水处理厂为例，每年3、4月份进水COD_cr浓度高达700mg/L，而在夏季8、9月份只有350mg/L。现有生化处理过程的水力停留时间是基本固定的，虽然保证了出水可以满足环境保护管理部门的要求，但是却造成了处理成本的增大，因此，针对进水水质波动，合理调整水力停留时间，使其在满足环境保护部分出水要求的同时还能最大限度增加处理水量，合理利用资源，节约企业和社会成本具有重要意义。本发明利用生物电化学系统的方法，通过构建本土微生物燃料电池(IDMFC)，建立生化处理工艺综合降解速率与IDMFC平台期稳定降解速率的关系模型，通过检测进水水样一个产电周期的平台期电流和时长，即可预测合理的生化处理工艺中水力停留时间，具体发明内容如下：

发明内容

1.一种预测生化处理工艺水力停留时间的生物电化学方法，其特征在于，构建本土微生物燃料电池(IDMFC)，建立生化处理工艺综合降解速率与IDMFC平台期稳定降解速率的关系模型，检测进水水样一个产电周期的平台期电流和时长，计算预测合理的生化处理工艺水力停留时间。

2.如权利要求1所述方法，具体步骤如下：

(1)IDMFC的构建和启动

构建双室有膜微生物燃料电池，以生化处理工艺出水作为阳极接种源，将生化处理工艺进水、出水和新鲜浓缩基液按体积比3：6：1混合配制阳极液；

(2)生化处理工艺与IDMFC降解速率比的计算