專利名稱：一種新型薄膜曝氣微生物燃料電池廢水處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護技術領域的一種廢水處理及微生物發(fā)電的新興方法。具體結合微生物燃料電池及薄膜曝氣的方法，達到有效去除有機碳、總氮及發(fā)電的方法。
背景技術：
在市政污水處理廠中利用交替好氧厭氧工藝能夠去除含碳及含氮化合物。傳統(tǒng)的除氮大部分依靠自養(yǎng)、異養(yǎng)微生物一連串的硝化和反硝化作用。現(xiàn)今的技術能夠去除污水處理系統(tǒng)中的氮，但是由于大型污水廠中的精密運轉設備很難適用于分散系統(tǒng)，例如化糞池及鄉(xiāng)鎮(zhèn)小型污水處理系統(tǒng)。此外，傳統(tǒng)的去除氮的過程需要大量的易于生物降解的有機物質、氧和高能量消耗，同時又會產生大量的污泥?，F(xiàn)今的研究都是在努力發(fā)展一種可以同時從污水中去除有機碳和氮的方法。研究表明，活性污泥廢水處理過程中如果含有延時曝氣和污泥回流相結合且同時伴有離子交換，是可以提高氮和磷的去除率的效果(WaterEnvironment. Research，2004，76， 404-412.)。膜生物反應器(MBR)已經應用于提高分散污水處理系統(tǒng)的出水水質(Water Science and Technology，2008，58，沘5_四4.)。這些先進的治理技術比現(xiàn)今運用于分散系統(tǒng)中技術的更加有效。但是，高能量消耗和昂貴的資金成本阻礙了它們的大規(guī)模應用。微生物燃料電池是一個污水處理中污染物去除和電力生產的新型的創(chuàng)新技術。傳統(tǒng)的微生物燃料電池只能去除有機碳，而最近發(fā)展的微生物燃料電池除氮的設計是結合了一個外部的好氧硝化反應器將料液中的氨轉化成硝酸鹽然后循環(huán)至微生物燃料電池陰極進行除氮(Water Research，2008，42，3013-3024.)。然而建立一個外加的好氧硝化生物反應器使得它很難在這個領域實際工程應用。目前為止，沒有單一的微生物燃料電池可以同時達到硝化及脫硝。同時最近污水研究中用膜曝氣生物膜反應器過程去去除氮，過程中同時進行了硝化和反硝化作用(Water Research, 2009,43, 381-388) 0膜曝氣通過一個氣體滲透膜使氧氣擴散出膜管而不會有氣泡產生，膜曝氣具有提供一個有效的氮去除的靈活控制方案的潛力。本項發(fā)明的目的是在于利用膜曝氣和微生物燃料電池反應過程相結合，以實現(xiàn)在一個兩個反應室的生物燃料電池系統(tǒng)中同時進行硝化作用、反硝化作用和有機碳去除及發(fā)電。 結果表明膜曝氣微生物燃料電池反應過程在污水處理中具有提高氮去除和電力產生的能力。

發(fā)明內容
薄膜曝氣微生物燃料電池廢水處理系統(tǒng)利用擋板從左右將反應槽分成三個反應室一個進水厭氧的空間(陽極)、一個好氧和厭氧的空間(陰極)和一個內部澄清區(qū)域。 三個垂直孔是開在陰極和陽極的隔板上可以讓污水流經系統(tǒng)。在陰極空間里，曝氣是通過在陰極槽里提供一個膜曝氣模塊。此廢水處理系統(tǒng)的設計是模仿改良的活性污泥池及化糞池。不像傳統(tǒng)的微生物燃料電池，出于經濟因素考慮，沒有使用質子交換膜。此外，陽極和陰極都是使用便宜的未做任何修改的碳電極做成的。陽極和陰極分別放置在各自的槽室內， 利用含電阻的電路連接起來。有一層非織造布覆蓋在陰極外兩側進而促進生物膜的形成。 薄膜曝氣微生物燃料電池在陰極和非織造布之間加入了薄膜曝氣模塊。純氧通入膜管內使其無氣泡擴散。通過改變純氧的供應量，可以控制陰極室內的溶解氧，而達到不同的總氮去除。


附圖是本發(fā)明薄膜曝氣微生物燃料電池廢水處理系統(tǒng)的基本設計。
具體實施例方式實施例1 人工廢水主要含有化學需氧量(COD)濃度為550mg/L，30mg/L氨氮， 6mg/L的總磷量及微量礦物質元素。薄膜曝氣微生物燃料電池廢水處理系統(tǒng)在水利停留時間為3.6天，和長的污泥停留時間(污泥未廢棄)下運行的。陽極和陰極利用電阻為1000 Ω 的電路連接起來。在微生物燃料電池(MFCs)的陽極室接種消化污泥，陰極室內則接種來自市政污水處理廠的活性污泥及硝化富集培養(yǎng)的活性污泥。陰極室內的溶解氧維持在0. 5mg/ L0操作達穩(wěn)定后，97%化學需氧量(COD)去除率、96%氨去除率及52%總氮去除率，并可輸出0.25V穩(wěn)定的電壓。污泥產量少，所以無需廢棄。
權利要求
1.一種利用創(chuàng)新污水處理技術，實現(xiàn)污染控制和能量產生的新興污水處理系統(tǒng)。本發(fā)明反應裝置的陽極和陰極是使用未做任何修改的碳電極做成，在陰極外兩側覆蓋有一層非織造布，其特征是在陰極和非織造布之間加入了薄膜曝氣模塊，以適當控制陰極室的溶解氧，本發(fā)明薄膜曝氣微生物燃料電池可以體現(xiàn)出高化學需氧量(COD)去除率、高氨去除率及良好的總氮去除率，污泥產量少，并可輸出穩(wěn)定的電壓。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在通過薄膜曝氣結合微生物燃料電池技術達到能夠同步去除污水中的含碳和含氮的污染物，且同時能夠產生電能，這樣的設計改進了微生物燃料電池無法有效除氮的缺點。
全文摘要
現(xiàn)階段廢水處理中總氮的去除大部分是依靠一連串的硝化和反硝化作用。本發(fā)明薄膜曝氣微生物燃料電池廢水處理系統(tǒng)創(chuàng)新點在于利用創(chuàng)新污水處理技術，實現(xiàn)污染控制和能量產生。本發(fā)明提出一種通過薄膜曝氣結合微生物燃料電池技術達到能夠同步去除污水中的含碳和含氮的污染物，且同時能夠產生電能，這樣的設計改進了微生物燃料電池無法有效除氮的缺點。借由在陰極室加入薄膜曝氣的裝置，以適當控制陰極室的溶解氧，本發(fā)明薄膜曝氣微生物燃料電池可以體現(xiàn)出高化學需氧量(COD)去除率、高氨去除率及良好的總氮去除率，污泥產量少，并可輸出穩(wěn)定的電壓。上述的薄膜曝氣微生物燃料電池廢水處理系統(tǒng)，其設計可以改進現(xiàn)有的污水處理設施及化糞池系統(tǒng)，加以投入施工成本有限，具有應用前景。
文檔編號C02F1/461GK102557200SQ201010590459
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權日2010年12月13日
發(fā)明者于昌平, 胡志強 申請人:中國科學院城市環(huán)境研究所