一种用于处理含有高浓度难降解有机污染物污水的装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于处理含有高浓度难降解有机污染物污水的装置，包括三维生物膜电极反应器和双阳极微生物燃料电池，其中，污水依次穿过三维生物膜电极反应器和双阳极微生物燃料电池；三维生物膜电极反应器依次包括阳极层、填料层和阴极层I，所述填料层上接种厌氧污泥；双阳极微生物燃料电池依次包括阴极层II、第一阳极层和第二阳极层，所述第一阳极层和第二阳极层上均接种有厌氧污泥；三维生物膜电极反应器的阴极层I通过导线分别与双阳极微生物燃料电池的第一阳极层和第二阳极层连接，三维生物膜电极反应器的阳极层通过导线与双阳极微生物燃料电池的阴极层II连接，三维生物膜电极反应器和双阳极微生物燃料电池通过导线形成电流回路。
【专利说明】
一种用于处理含有高浓度难降解有机污染物污水的装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种耦合有三维生物膜电极反应器和双阳极微生物燃料电池的处理含有高浓度难降解有机污染物污水的装置，属于环境工程领域。
【背景技术】
[0002]高浓度难降解有机污染物污水的处理方法主要分为物理法、化学法和生物法三类方法。物理化学方法主要有化学氧化法、溶剂萃取法、吸附法、焚烧法、光催化法和超声波法等;生物处理方法主要有好氧处理方法和厌氧处理方法。采用物理/化学方法处理高浓度难降解有机污染物，不但工艺复杂、费用高昂，而且很容易产生二次污染。相比于物理化学方法的缺陷，生物方法除了具有费用和操作方面的优势以外，最主要的特点就是生物方法在有效处理高浓度难降解有机物的同时不产生二次污染，特别是对于具有良好性能的特定微生物，以此方法来处理高浓度难降解的有机污染物污水具有环境友好性。近年来随着电-生物技术在处理难降解有机物方面的深入发展，电-生物技术已经引起了广泛的关注，周明华等利用了以活性炭为介质的三维生物膜电极反应器来去除地下水中的硝酸盐，发现三维生物膜电极反应器不但能反硝化脱氮，而且还能有效的去除有机物。因此一种普遍适用性的用于处理含有高浓度难降解有机污染物污水的装置的开发很有必要。
【发明内容】
[0003]发明目的:本发明所要解决的技术问题是提供一种用于处理含有高浓度难降解有机污染物污水的装置，该装置具有处理效果好、无能耗、普遍适用性的优点。
[0004]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为:
[0005]—种用于处理含有高浓度难降解有机污染物污水的装置，包括三维生物膜电极反应器和双阳极微生物燃料电池，其中，污水依次穿过三维生物膜电极反应器和双阳极微生物燃料电池；
[0006]所述三维生物膜电极反应器从上往下依次包括阳极层、填料层和阴极层I，所述填料层上接种有厌氧污泥；
[0007]所述双阳极微生物燃料电池从上往下依次包括阴极层I1、第一阳极层和第二阳极层，所述第一阳极层和第二阳极层上均接种有厌氧污泥；
[0008]所述三维生物膜电极反应器的阴极层I通过导线分别与双阳极微生物燃料电池的第一阳极层和第二阳极层连接，所述三维生物膜电极反应器的阳极层通过导线与双阳极微生物燃料电池的阴极层II连接，所述三维生物膜电极反应器和双阳极微生物燃料电池通过导线形成电流回路。
[0009]其中，所述填料层为颗粒活性炭填料层、金属填料层、镀金属的玻璃球填料层、石墨颗粒填料层或石英砂填料层。
[0010]其中，所述三维生物膜电极反应器阴极层I材质为不锈钢、碳布或石墨碳毡;所述三维生物膜电极反应器阳极层材质为不锈钢、碳布或石墨碳毡。
[0011]其中，所述双阳极微生物燃料电池第一阳极层材质为颗粒活性炭、不锈钢、碳布、石墨颗粒或石墨碳毡;所述双阳极微生物燃料电池第二阳极层材质为颗粒活性炭、不锈钢、碳布、石墨颗粒或石墨碳毡;所述双阳极微生物燃料电池阴极层II材质为颗粒活性炭、不锈钢、碳布、石墨颗粒或石墨碳毡。
[0012]其中，所述导线为不锈钢导线、钛导线或铜导线。
[0013]其中，所述填料层的厚度为15?20cm，所述接种的厌氧污泥与填料层的体积比为1:10。
[0014]其中，所述双阳极微生物燃料电池第一阳极层的厚度为10cm，所述接种的厌氧污泥与第一阳极层的体积比为1:10;所述双阳极微生物燃料电池第二阳极层的厚度为10cm，所述接种的厌氧污泥与第二阳极层的体积比为1:10。
[0015]其中，所述三维生物膜电极反应器从阴极侧进水，所述阴极层I下方还设有缓冲石子层I，所述缓冲石子层I的厚度为10cm，缓冲石子层I能够使进水水流均匀的进入反应器内，进而起到对填料层表面微生物膜层的保护。
[0016]其中，所述双阳极微生物燃料电池从第二阳极侧进水，所述双阳极微生物燃料电池的阴极层II与第一阳极层之间、第一阳极层与第二阳极层之间以及第二阳极层下方均设有缓冲石子层11。
[0017]其中，所述三维生物膜电极反应器的阴极层I和阳极层以及双阳极微生物燃料电池的第一阳极层、第二阳极层和阴极层II内均包覆有钛丝网。
[0018]上述污水处理装置在处理含有高浓度染料污水方面的应用。
[0019]本发明装置的三维生物膜电极反应器在有电刺激下能有效处理高浓度的难降解有机物污水，并提高污水的可生化性;本发明装置的双阳极微生物燃料电池对三维生物膜电极反应器处理后的难降解有机物污水进一步处理同时产生电能，产生的电能又用于维持三维生物膜电极反应器的稳定运行。
[0020]有益效果:本发明用于处理含有高浓度难降解有机污染物污水的装置具有结构简单合理、处理效果好以及无能耗的优点，其具有普遍适用性，适用于处理各种含有高浓度难降解有机污染物的污水;另外，本发明装置具有抗击高负荷难降解有机物的能力，有很好的应用前景。
【附图说明】
[0021 ]图1为本发明污水处理装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于此。
[0023]如图1所示，本发明的用于处理含有高浓度难降解有机污染物污水的装置，包括三维生物膜电极反应器I和双阳极微生物燃料电池2，其中，污水依次穿过三维生物膜电极反应器I和双阳极微生物燃料电池2;三维生物膜电极反应器I从上往下依次包括阳极层3、填料层4和阴极层15，填料层4表面接种有厌氧污泥，其接种的微生物种类为降解菌，填料层4由孔隙大的活性炭颗粒组成，每颗活性炭形成一个粒子电极，厌氧微生物附着在粒子电极上;双阳极微生物燃料电池2从上往下依次包括阴极层116、第一阳极层7和第二阳极层8，第一阳极层7和第二阳极层8上均接种有厌氧污泥，其接种的微生物种类为产电菌，产电菌在降解葡萄糖的过程中产生电子同时协同降解大分子有机物;三维生物膜电极反应器I的阴极层13通过导线分别与双阳极微生物燃料电池2的第一阳极层7和第二阳极层8连接，三维生物膜电极反应器I的阳极层I通过导线与双阳极微生物燃料电池2的阴极层116连接，三维生物膜电极反应器I和双阳极微生物燃料电池2通过导线形成电流回路。
[0024]填料层4可以为颗粒活性炭填料层，也可以为金属填料层、镀金属的玻璃球填料层、石墨颗粒填料层或石英砂填料层，填料层4需要由具有大孔隙的颗粒组成，从而具有大的比表面积，填料层4的厚度为15?20cm，接种的厌氧污泥与填料层4的体积比为1:10;三维生物膜电极反应器I的阴极层13发生还原反应，其材质为不锈钢、碳布或石墨碳毡;三维生物膜电极反应器I的阳极层I发生氧化反应，其材质为不锈钢、碳布或石墨碳毡。
[0025]双阳极微生物燃料电池2的第一阳极层7和第二阳极层8发生还原反应，其材质为颗粒活性炭、不锈钢、碳布、石墨颗粒或石墨碳毡，第一阳极层7和第二阳极层8的厚度均为10cm，其与接种的厌氧污泥的体积比为10:1;双阳极微生物燃料电池2的阴极层116发生氧化反应，其材质为颗粒活性炭、不锈钢、碳布、石墨颗粒或石墨碳毡。两个阳极层同时产电，能极大的加强双阳极微生物燃料电池2的产电性能。
[0026]连接导线为不锈钢导线、钛导线或铜导线，连接导线与导电层的连接处均采用密封绝缘处理。
[0027]污水从三维生物膜电极反应器I从阴极侧进水，在三维生物膜电极反应器I的阴极层13下方还设有缓冲石子层19，缓冲石子层19的厚度为1cm;污水穿过三维生物膜电极反应器I后，从双阳极微生物燃料电池2的第二阳极侧进水，双阳极微生物燃料电池2的阴极层116与第一阳极层7之间、第一阳极层7与第二阳极层8之间以及第二阳极层8下方均设有缓冲石子层II10，缓冲石子层用于使水流布水均匀，进而起到对填料层4表面微生物膜层、第一阳极层7表面微生物膜层和第二阳极层8表面微生物膜层的保护。
[0028]三维生物膜电极反应器I阴极层13和阳极层I以及双阳极微生物燃料电池2第一阳极层7、第二阳极层8和阴极层116的材料内均包覆有钛丝网，钛丝网用于增强导电材质的导电性能。
[0029]本发明装置的原理:由活性炭或其它导电材料构成的双阳极微生物燃料电池的阳极，在阳极富集的产电菌通过降解有机物产生质子和电子，电子被导出产电菌细胞外，经电极和导线传导至三维生物膜电极反应器的阴极，质子扩散至双阳极微生物燃料电池的阴极，双阳极微生物燃料电池的阴极发生氧化反应，在氧气参与下反应生成水;三维生物膜电极反应器中的厌氧微生物利用双阳极微生物燃料电池阳极传递至三维生物膜反应器阴极的电子用于降解有机物，三维生物膜反应器的填料为反应器的第三极(粒子电极)，厌氧微生物附着在粒子电极上，在粒子电极上发生氧化还原反应，产生的电子经由三维生物膜电极反应器的阳极再流回双阳极微生物燃料电池的阴极，从而形成回路产生电流。形成回路的电流强化了三维生物膜电极反应器微生物降解有机物的电子供给，提高了三维生物膜电极反应器对难降解有机物的处理能力，同时三维生物膜电极反应器在整个装置中降低了高浓度有机物污水的处理负荷，提高了污水的可生化性，从而又促进了双阳极微生物燃料电池对三维生物膜电极出水的进一步处理，进而也强化了双阳极微生物燃料电池的降解能力和产电性能。从而使整个系统实现了物质与能量的有效循环，促进了整个装置的净化处理效果，强化了系统的运行稳定性。
[0030]本发明装置中三维生物膜电极反应器I和双阳极微生物燃料电池2对于处理高浓度难降解有机物污水具有良好的协同促进作用，双阳极微生物燃料电池2的产电菌能够产生电流，产生的电流能够刺激三维生物膜电极反应器I中的厌氧微生物，使厌氧微生物在微电流刺激下活性提高，降解有机物的能力得到提高，也使难降解污水的可生化性得到提高，从而又促进了双阳极微生物燃料电池2对难降解污水的进一步处理。本发明装置中的三维生物膜电极反应器I将大部分难降解有机物降解至中间产物，双阳极微生物燃料电池2在降解中间产物(中间产物能够为产电菌提供碳源)的过程中产生电子同时降解余下的大分子难降解有机物，难降解有机物通过两次降解过程能被更有效的去除。本发明装置可以在开始之前和运行期间往污水中添加适量碳源，碳源用于促进产电菌的产电能力以及作为微生物代谢难降解有机物的共基质。
[0031]本发明装置适用于处理高浓度难降解有机物污水，其COD去除率能达到90%以上。
[0032]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
【主权项】
1.一种用于处理含有高浓度难降解有机污染物污水的装置，其特征在于:包括三维生物膜电极反应器和双阳极微生物燃料电池，其中，污水依次穿过三维生物膜电极反应器和双阳极微生物燃料电池； 所述三维生物膜电极反应器从上往下依次包括阳极层、填料层和阴极层I，所述填料层上接种有厌氧污泥； 所述双阳极微生物燃料电池从上往下依次包括阴极层I1、第一阳极层和第二阳极层，所述第一阳极层和第二阳极层上均接种有厌氧污泥； 所述三维生物膜电极反应器的阴极层I通过导线分别与双阳极微生物燃料电池的第一阳极层和第二阳极层连接，所述三维生物膜电极反应器的阳极层通过导线与双阳极微生物燃料电池的阴极层II连接，所述三维生物膜电极反应器和双阳极微生物燃料电池通过导线形成电流回路。2.根据权利要求1所述的用于处理含有高浓度难降解有机污染物污水的装置，其特征在于:所述填料层为颗粒活性炭填料层、金属填料层、镀金属的玻璃球填料层、石墨颗粒填料层或石英砂填料层。3.根据权利要求1所述的用于处理含有高浓度难降解有机污染物污水的装置，其特征在于:所述三维生物膜电极反应器阴极层I材质为不锈钢、碳布或石墨碳毡;所述三维生物膜电极反应器阳极层材质为不锈钢、碳布或石墨碳毡。4.根据权利要求1所述的用于处理含有高浓度难降解有机污染物污水的装置，其特征在于:所述双阳极微生物燃料电池第一阳极层材质为颗粒活性炭、不锈钢、碳布、石墨颗粒或石墨碳毡;所述双阳极微生物燃料电池第二阳极层材质为颗粒活性炭、不锈钢、碳布、石墨颗粒或石墨碳毡;所述双阳极微生物燃料电池阴极层II材质为颗粒活性炭、不锈钢、碳布、石墨颗粒或石墨碳毡。5.根据权利要求1所述的用于处理含有高浓度难降解有机污染物污水的装置，其特征在于:所述导线为不锈钢导线、钛导线或铜导线。6.根据权利要求1所述的用于处理含有高浓度难降解有机污染物污水的装置，其特征在于:所述填料层的厚度为15?20cm，所述接种的厌氧污泥与填料层的体积比为1:10。7.根据权利要求1所述的用于处理含有高浓度难降解有机污染物污水的装置，其特征在于:所述双阳极微生物燃料电池第一阳极层的厚度为10cm，所述接种的厌氧污泥与第一阳极层的体积比为1:10;所述双阳极微生物燃料电池第二阳极层的厚度为10cm，所述接种的厌氧污泥与第二阳极层的体积比为1:10。8.根据权利要求1所述的用于处理含有高浓度难降解有机污染物污水的装置，其特征在于:所述三维生物膜电极反应器从阴极侧进水，所述阴极层I下方还设有缓冲石子层I，所述缓冲石子层I的厚度为1cm09.根据权利要求1所述的用于处理含有高浓度难降解有机污染物污水的装置，其特征在于:所述双阳极微生物燃料电池从第二阳极侧进水，所述双阳极微生物燃料电池的阴极层II与第一阳极层之间、第一阳极层与第二阳极层之间以及第二阳极层下方均设有缓冲石子层II。10.根据权利要求1所述的用于处理含有高浓度难降解有机污染物污水的装置，其特征在于:所述三维生物膜电极反应器的阴极层I和阳极层以及双阳极微生物燃料电池的第一阳极层、第二阳极层和阴极层II内均包覆有钛丝网。
【文档编号】C02F3/34GK105858878SQ201610262697
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】李先宁, 李晓琦, 曹羡
【申请人】东南大学