[发明专利]一种微生物燃料电池耦合膜生物反应器的污水处理及水质预警方法

说明书

本发明涉及一种微生物燃料电池耦合膜生物反应器的污水处理及水质预警方法，选用本发明提供的特定的污染处理及水质预警装置。在使用时，在阳极室接种厌氧污泥，阴极室接种好氧污泥，污泥浓度均为4000～12000mg/L，阳极室的水力停留时间为5～10h，阳极室的容积负荷为0.05～1kgCOD/(m3·d)，连续运行一段时间，使阳极室和阴极室中的微生物稳定生成在电极表面；然后通入污水进行水处理。本发明提供的污水处理及水质预警方法能够有效解决装置产电低、MBR膜污染严重的问题，还充分利用了装置产生的电能。

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体地，涉及一种微生物燃料电池耦合膜生物反应器的污水处理及水质预警方法。

背景技术

微生物燃料电池（Microbial fuel cell，MFC）是以微生物为催化剂将化学能转化为电能的新技术。由于其操作条件温和、无需能量输入等优点，受到了学术界和工业界的广泛关注，并逐步应用于污水处理领域以实现废水的资源化利用。MFC的基本原理为：阳极表面微生物利用污水中的有机物（如葡萄糖、多糖和乙酸等）产生二氧化碳、质子和电子；电子通过间接或直接方式传递给阳极再经外电路到达阴极；质子通过溶液迁移穿过质子交换膜进入阴极室，然后与阴极室的氧气发生还原反应生成水。这一系列反应实现了电荷的传递，完成生物电化学过程及能量转换过程。目前，MFC技术仍存在功率密度低及处理效果不佳的问题。膜生物反应器（Membrane bioreactor，MBR）将膜分离技术和活性污泥法相结合，取代传统活性污泥法的二沉池实现有效的固液分离，具有污泥产量低、出水水质高、占地面积小等优点。但是，MBR膜易发生堵塞且运行成本高。

MFC耦合MBR污水处理系统则较好地克服了上述缺点，具有无需能耗、出水水质好、膜污染降低的特点。例如：中国科学技术大学盛国平在专利201110288409.4中公开了一种圆筒状的生物电化学膜反应器装置，该装置同时具备MFC和MBR的优点且克服了MFC生物量低、出水水质差的缺点；中国专利201310157063.3公开了一种高质出水与低膜污染的膜生物电化学反应装置，该装置一方面将MBR部分出水回流至阳极实现脱氮，另一方面导电膜同时作为MFC的阴极减缓膜污染的形成；中国专利201410006955.8公开了一种耦合MBR与MFC的碳泡沫催化电极系统，从新型电极材料制备的角度解决催化剂成本高、产电量低、膜污染的问题；除此之外，中国专利申请号201610514054.9、201610541618.8、201610577024.2均从导电过滤双功能膜材料的角度申请了膜材料制备方法相关的专利。

现有的MFC耦合MBR体系主要着眼于导电过滤膜材料的开发，即制备同时作为MFC阴极和MBR过滤膜的材料。目前所报道的上述方法虽然在一定程度上提高了产电、污染物去除及减缓膜污染方面的性能，但是产生的电能均未得到有效利用。由于MFC在技术和成本方面的限制，使其在实际应用方面遇到了瓶颈。例如，MFC构建成本较大，难以在工程中进行扩大应用，MFC产生的电流极弱无法被充分利用等。如何充分利用 MFC产生的微弱电能，日渐成为MFC 技术领域中一个新的研究热点，尤其是在能源供需矛盾日益突出的今天，其对缓解经济发展与能源短缺之间的矛盾有很大的助益。因此，在提高MFC产电能力的研究基础上如何有效利用产生的电能成为一个亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种微生物燃料电池耦合膜生物反应器的污水处理及水质预警方法，本发明提供的污水处理及水质预警方法能够有效解决MFC产电低、MBR膜污染严重的问题，还充分利用了MFC产生的电能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微生物燃料电池耦合膜生物反应器的污水处理及水质预警方法，所述方法选用如下装置进行污水处理：