一种基于藻菌共生电化学体系的污水处理装置及其方法与流程

文档序号:24501671发布日期:2021-03-30 21:31阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于藻菌共生电化学体系的污水处理装置,其特征在于,包括阳极室(4)、阴极室(15)和微藻回收装置(25);

所述阳极室(4)为密闭结构,其上部通过进水管(1)与外部的给水装置相连通,顶部开设有能与外界连通的排气口(20);阳极室(4)中固定有表面用于附着厌氧微生物膜(6)的阳极电极(5),内底部设有若干搅拌桨(7);阳极室(4)通过质子交换膜(8)与透明的阴极室(15)连通;所述阴极室(15)中固定有表面用于附着微藻生物膜(14)的阴极电极(13),内底部均匀设有曝气装置(16);所述阴极电极(13)为内部填充若干填料(22)的筒型网状电极,填料(22)用于附着好氧生物膜(23);所述阳极电极(5)与阴极电极(13)之间通过导线(10)串联有可变电阻(12)与电容器(11);

所述阴极室(15)的底部通过出水管(18)与微藻回收装置(25)连通;微藻回收装置(25)的底部铺设有滤网(26),滤网(26)的上方设有离心搅拌器(27);位于滤网(26)上方的微藻回收装置(25)侧壁上开设有排水口,通过排水管(28)与外部相连通。

2.根据权利要求1所述的污水处理装置,其特征在于,所述进水管(1)上还设有水泵(2)和进水阀门(3);阳极室(4)与阴极室(15)之间设有连接阀门(9),出水管(18)上设有出水阀门(19)。

3.根据权利要求1所述的污水处理装置,其特征在于,所述阳极电极(5)为碳毡材质。

4.根据权利要求1所述的污水处理装置,其特征在于,所述厌氧微生物膜(6)为地杆菌或希瓦氏菌。

5.根据权利要求1所述的污水处理装置,其特征在于,所述阴极室(15)分别与多个阳极室(4)并联连通,以适应不同的水质。

6.根据权利要求1所述的污水处理装置,其特征在于,所述阴极电极(13)为钛镀钌铱电极。

7.根据权利要求1所述的污水处理装置,其特征在于,所述阴极室(15)内设有用于监测氧含量的溶氧仪(17)。

8.根据权利要求1所述的污水处理装置,其特征在于,所述阳极电极(5)与阴极电极(13)之间通过导线(10)连接有数据采集器(21)。

9.根据权利要求1所述的污水处理装置,其特征在于,所述阴极室(15)的材质为有机玻璃。

10.一种基于权利要求1~9任一所述污水处理装置处理污水中氮、磷和有机物的方法,其特征在于,具体如下:

1)在所述污水处理装置使用前,将阳极室(4)内的阳极电极(5)上接种经有机废水厌氧处理反应器驯化后的厌氧污泥;将阴极室(15)内的阴极电极(13)表面上接种微藻生物膜(14),填料(22)上接种好氧微生物膜(23);通过进水管(1)向阳极室(4)和阴极室(15)内注入待处理的污水,并将阳极室(4)作密封处理;当阳极电极(5)和阴极电极(13)之间的电压及污染物去除率持续稳定后,排空污水处理装置中的污水,完成生物膜的驯化过程;

2)将待处理的污水通过进水管(1)通入阳极室(4),利用重力作用和搅拌桨(7)的搅拌作用实现污水的充分混匀以及污水与厌氧微生物膜(6)的充分接触;厌氧微生物膜(6)通过厌氧消化作用氧化污水中的有机物,产生的甲烷气体通过排气口(20)排出收集;厌氧微生物膜(6)氧化有机物的同时产生电子和质子,电子通过导线(10)流至阴极电极(13)从而产生电流,质子通过质子交换膜(8)到达阴极室(15);

3)经阳极室(4)处理后的污水通过质子交换膜(8)进入阴极室(15),阴极电极(13)表面附着的微藻生物膜(14)利用二氧化碳和污水中的氮和磷进行光合作用产生氧气,合成自身生命体的同时与好氧微生物膜(23)共同构成藻菌共生体系以去除污水中的氮和磷;微藻生物膜(14)产生的氧气为阴极室(15)内的还原反应提供电子,与从阳极室(4)进入的质子结合生成水,驱动阳极电极(5)对有机物的降解过程,产生的电能储存在电容器(11)中;

4)夜间,微藻生物膜(14)的光合作用停止,电容器(11)将白天储存的电能释放,强化夜间藻菌共生体系对污水的处理作用,实现白天-夜间的不间断废水处理;阴极室(15)中硝化作用产生的硝酸盐可代替氧气作为电子受体驱动阳极电极(5)对有机物的降解;当微藻生物膜(14)生命力不足或夜间产能低于目标值时,启动阴极室(15)底部的曝气装置(16)进行曝气充氧作用;

5)经过阴极室(15)处理后的污水进入微藻回收装置(25),通过离心搅拌器(27)对污水进行离心作用,随后静置使污水中含有的包括微藻在内的杂质分离沉降,杂质被截留在滤网上(26);

经微藻回收装置(25)处理后的污水从排水管(28)排出,实现污水中氮、磷和有机物的去除过程。


技术总结
本发明公开了一种基于藻菌共生电化学体系的污水处理装置及其方法,其采用H型微生物燃料电池构型,阴极室与阳极室通过质子交换膜连接,阳极电极为碳毡材质,表面附着有厌氧微生物膜;阴极电极为钛镀钌铱网状电极,表面附着有微藻生物膜,中部填料附着有好氧生物膜。阴阳极之间设置有电容器,夜间微藻光合作用停止时释放白天储存的电能驱动装置运行,实现污染物的持续、高效去除以及微藻的有效回收。本发明通过耦合藻菌共生体系与微生物燃料电池,同步去除污水中的氮、磷、有机物,具有处理成本低、运行流程简单、能源利用率高的特点,克服了传统污水处理技术耗时、耗电的缺陷以及普通微生物燃料电池产电效率低、处理效能差的问题。

技术研发人员:吴东雷;张舒迟;陈旭;谈梦宇;董家裕
受保护的技术使用者:浙江大学
技术研发日:2021.01.05
技术公布日:2021.03.30
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