一种含磷有机废水多段除磷产磷化氢的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及废水处理的技术领域，涉及一种含磷有机废水多段除磷产磷化氢的装置。特别涉及一种厌氧生物处理与微生物电解池联合使用处理有机废水并实现多段除磷产磷化氢的装置。
【背景技术】
[0002]磷化氢(PH3)是磷元素在自然环境中的一种重要的还原态形式，这一观点已经被普遍接受。自从1988年Devai等人在污水厂挥发物中首次检测到磷化氢的存在，越来越多的科研人员参与到了磷化氢相关领域的研宄当中。目前，全球水体富营养化问题严重，磷作为水体富营养的主要限制性物质之一，设法高效的去除污水中的磷，并将其回收利用，避免二次污染，是解决磷资源匮乏和水体磷污染这一矛盾的关键。但传统的除磷工艺难以满足实际运行的要求，水处理行业急需新的技术出现，而将污水中磷酸盐通过微生物转化成为磷化氢释放成为了污水除磷新的方向。
[0003]大量的科学研宄证明微生物在厌氧环境中可将环境中的磷元素还原形成磷化氢。因此一些旨在对污水进行除磷产磷化氢的厌氧反应器开始得到研宄人员的重视。但目前尽管观察到了这些反应器中的确有磷化氢的不断产生，但由于磷化氢的微生物产生机理仍然不明确，因此难以定量确定水中总磷转化为磷化氢的效率，使得持续的研宄难以继续进行。并且采用微生物厌氧除磷产磷化氢，其磷化氢的得率也比较低。
[0004]微生物电解池是由池体、阴极、阳极、外电路及电源组成的，主要利用微生物作为反应主体，在阴阳极间施加电流，产生氢气或甲烷的一种电解池。微生物代谢底物在微生物电解池的阳极产生质子、电子和二氧化碳，其中电子通过外电路到达阴极，质子通过质子交换膜扩散到阴极；其阴极反应为质子和电子反应形成氢气。由于这一反应过程为吸热反应不能自发进行，需要通过外加电源提高阴极的电极电位才能实现。已有试验证明外加电源达到0.13V即可促进阴极产生氢气。
[0005]磷化氢可以由磷酸盐转化而成。我们可以利用微生物电解池通过电解方式以氢气或乳酸盐为电子供体将磷酸盐转化为磷化氢。当然我们可以类似于产氢过程一样解决磷化氢产生需要能量的问题使得微生物产生磷化氢的过程变得简单清晰，提供了高磷化氢的产生率装置。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是:提供一种一种含磷有机废水多段除磷产磷化氢的装置。
[0007]本发明的目的通过下述技术方案实现:一种含磷有机废水多段除磷产磷化氢的装置，包括厌氧反应器、微生物燃料电池以及微生物电解池，厌氧反应器的出水管与微生物燃料电池的阳极进水管相连接，微生物燃料电池的阳极出水管接到微生物电解池的进水管上，微生物燃料电池的电量输出端接到微生物电解池的电源端口上。
[0008]优选的，所述厌氧反应器由上往下依次设置有顶部产气区、清水区、有机废水区以及污泥区，顶部产气区、清水区、有机废水区以及污泥区分别开设有开关阀。
[0009]优选的，所述污泥区中放入有厌氧微生物污泥。
[0010]优选的，所述厌氧微生物污泥在厌氧反应器中的浓度为3-4.5g/L。
[0011]优选的，所述微生物燃料电池的外接电路中设置有蓄电池，所述蓄电池用来存储微生物燃料电池产生的电能。
[0012]优选的，还设置有稳压装置，所述蓄电池通过稳压装置为微生物电解池提供稳定电源。
[0013]优选的，所述微生物燃料电池的阴极室通过曝气处理。
[0014]优选的，所述厌氧反应器为厌氧序批式反应器。
[0015]优选的，还设置有污泥泵，所述污泥泵将厌氧微生物污泥泵入微生物燃料电池阳极反应室和微生物电解池阳极反应室。
[0016]本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
[0017](I)本发明中有机废水首先经过厌氧序批式反应器，利用微生物的代谢作用实现有机废水中的有机磷和蓄闭态磷向磷酸盐的转化，再经过微生物燃料电池和微生物电解池的处理，避免了以往除磷产磷化氢工艺将微生物厌氧过程作为产磷化氢主要过程，而导致的除磷效率低下的问题；
[0018](2)本发明中利用微生物电解池将经过厌氧发酵处理后的有机废水中的磷酸盐电解形成磷化氢气体，使得污水除磷工艺不同于以往在微生物产磷化氢机理和影响因素尚未明确就直接将微生物厌氧发酵作为除磷产磷化氢核心工艺，而是利用微生物电解池这种机理和效果都得到广泛证实的工艺来实现污水中除磷产磷化氢的目的；同时电解产生的磷化氢气体纯度较高，可作为商品销售，提高了系统的经济价值；
[0019](3)本发明利用微生物燃料电池为微生物电解池的除磷产磷化氢提供电能，使得整个处理系统利用自身功能运行，减少了能源消耗，实现了污水处理产磷化氢技术的高效环保。
【附图说明】
[0020]图1是本发明的结构示意图。
[0021]图2是本发明工艺流程的示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0023]实施例一:
[0024]一种含磷有机废水多段除磷产磷化氢的装置，包括厌氧反应器1、微生物燃料电池2以及微生物电解池3，厌氧反应器的出水管与微生物燃料电池的阳极进水管相连接，微生物燃料电池的阳极出水管接到微生物电解池的进水管上，微生物燃料电池的电量输出端接到微生物电解池的电源端口上。
[0025]优选的，所述厌氧反应器由上往下依次设置有顶部产气区、清水区、有机废水区以及污泥区，顶部产气区、清水区、有机废水区以及污泥区分别开设有开关阀4。
[0026]优选的，所述污泥区中放入有厌氧微生物污泥。
[0027]优选的，所述厌氧微生物污泥在厌氧反应器中的浓度为3-4.5g/L。
[0028]优选的，所述微生物燃料电池的外接电路中设置有蓄电池5，所述蓄电池用来存储微生物燃料电池产生的电能。
[0029]优选的，还设置有稳压装置6，所述蓄电池通过稳压装置为微生物电解池提供稳定电源。
[0030]优选的，所述微生物燃料电池的阴极室通过曝气处理。
[0031]优选的，所述厌氧反应器为厌氧序批式反应器。
[0032]优选的，还设置有污泥泵7，所述污泥泵将厌氧微生物污泥泵入微生物燃料电池阳极反应室和微生物电解池阳极反应室。
[0033]实施例二:
[0034]一种有机废水多段除磷产磷化氢的方法:
[0035](I)厌氧微生物除磷产磷化氢
[0036]将产磷化氢菌的污泥接种于厌氧序批式反应器中，调节含磷有机废水的pH为6-7，加入到厌氧序批式反应器中，控制反应器中水力停留时间20h，通过厌氧处理将废水中的有机磷初步降解为磷酸盐并将废水中部分磷转化形成磷化氢，收集磷化氢；所述产磷化氢菌的污泥在反应器中的浓度为4g/L ；
[0037]进水COD为4000mg/L，TP为5mg/L。有机磷在产磷化氢菌的作用下被转化成无机磷，使得出水中无机磷的浓度升高；同时部分总磷转化为磷化氢，出水TP下降；
[0038](2)微生物燃料电池提供电能
[0039]以圆形碳毡为电极，阳极室和阴极室面积比为1:1，电极间距为20cm ;将厌氧微生物处理后的废水从厌氧序批式反应器出水口引入到接种有厌氧产电菌的微生物燃料电池阳极室中，作为微生物燃料电池的阳极液；阳极室的内部为厌氧的环境，阴极室为好氧环境，阴极室可进行曝气处理(通入空气或氧气，或者对阴极液进行搅拌等)，阴极液为水；所述微生物燃料电池的外接电路中设置有蓄电池(电阻为400 Ω)，存储微生物燃料电池产生的电能，蓄电池存储的电能通过连接稳压装置为微生物电解池提供稳定电源；微生物燃料电池持续运行20天，利用数据采集器采集电量和电压信息，发现MFC的最大产电效率为8.3mW/m2，稳定时的产电效率为5.2mff/m2；
[0040](3)微生物电解池产磷化氢
[0041]将微生物燃料电池阳极出水分别引入微生物电解池阳极室和阴极室；在阳极室，底物在厌氧产电菌的代谢作用下降解形成CO2、质子和电子，质子穿过质子交换膜进入阴极室，电子在外加电源(0.32V，微生物燃料电池提供电能)的辅助下