专利名称：一种微生物燃料电池和动态膜相结合的污水处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及污水处理领域，具体涉及膜生物反应器污水处理装置。
背景技术：
MBR技术有出水水质好、污泥产量低等优点，被誉为是21世纪最有前景的污水处理工艺。但是MBR对于总氮的去除率低，且MBR在运行过程中的高能耗和膜污染严重制约着MBR技术在水处理领域的应用。
随着社会工业化发展和人们生活水平的逐渐提高，资源特别是能源问题越来越成为制约人类发展的限制因素。对于整个社会而言，在未来的几十年中，能源成本及价格将控制人类的经济发展和生活方式。另一方面，化石燃料的过度消耗加剧了环境破坏及全球气候恶化。因此，人类所面临的挑战是要同时解决能量产出及温室效应。为此，新的能量平台建立迫在眉睫，作为一种特殊的生物质能源利用方式，微生物燃料电池是一种产生电能的新方法，即微生物降解或氧化有机物，产生电子并释放给最终电子受体，得到电子后被还原，从而产生连续电流。在生物阴极型微生物燃料电池体系中，电子受体可以是氧气，硝酸盐、硫酸盐等。发明内容
本发明是要解决传统的MBR在运行过程中存在膜污染和高能耗的问题，而提供一种微生物燃料电池和动态膜相结合的污水处理装置。
一种微生物燃料电池和动态膜相结合的污水处理装置包括进水箱、进水泵、污水处理池、出水泵、出水箱和曝气装置；
所述的污水处理池由中部带有阳离子交换膜的隔板分隔成微生物燃料电池阳极室和微生物燃料电池阴极室，所述的隔板上端开口，开口作为微生物燃料电池阳极室的出水口，所述的微生物燃料电池阴极室同时作为膜反应区；
所述的污水处理池内置微生物燃料电池和膜组件；所述的微生物燃料电池由微生物燃料电池阳极室、微生物燃料电池阴极室、阳极碳刷、负载和阴极电极组成；阳极碳刷位于微生物燃料电池阳极室中，阴极电极位于微生物燃料电池阴极室中，阳极碳刷上部和阴极电极上部之间连接有负载；所述的膜组件为一封闭的容器，容器的一侧面设置为动态膜， 容器的上方设有开口，作为微生物燃料电池阴极室的出水口，所述的动态膜为附着有生物膜的碳毡，动态膜同时作为微生物燃料电池的阴极电极，膜组件位于微生物燃料电池阴极室中;
所述的曝气装置由微孔曝气头和空气泵组成；在微生物燃料电池阴极室设置有微孔曝气头，定位于底部；微孔曝气头的入口与空气泵的出口连通；
所述进水箱的出口与进水泵的入口连通，进水泵的出口与微生物燃料电池阳极室的底部入水口连通，微生物燃料电池阳极室通过微生物燃料电池阳极室的出水口与微生物燃料电池阴极室连通，微生物燃料电池阴极室的出水口与出水泵的入口连通， 出水泵的出口与出水箱入口连通。
本发明一种微生物燃料电池和动态膜相结合的污水处理装置的工作原理废水从进水箱中被进水泵作用进入到微生物燃料电池阳极室，废水中的有机物被微生物燃料电池阳极室中附着在阳极碳刷上的厌氧微生物氧化，电子通过外电路传递到阴极电极上，产生的质子通过置于阳极碳刷和阴极电极之间的阳离子交换膜进入到微生物燃料电池阴极室， 电子、质子以及电子受体在阴极电极上发生反应，产生电流，经过阳极碳刷处理后的废水通过微生物燃料电池阳极室的出水口进入微生物燃料电池阴极室，这部分废水在微生物燃料电池阴极室中被生活在微生物燃料电池阴极室中的活性污泥氧化分解，达到最后废水中有机物的降解，处理后的污水通过动态膜进入膜组件，最终被出水泵作用通过微生物燃料电池阴极室的出水口进入出水箱。
本发明的优点一、本发明可实现废水中COD去除率达80%以上，氨氮去除率达 90%以上，并且在处理废水的同时完成电能的收集；二、本发明的动态膜是依靠碳毡上生长的微生物形成过滤层，微生物在生长过程中会不断更新，相比传统的依靠膜丝上的微孔对废水进行过滤的膜组件，降低了膜污染的问题，降低了膜生物反应器的运行费用；三、本发明由于动态膜的截留作用，微生物燃料电池的阴极室中可以保持较高的污泥浓度，可以达到对COD良好的去除；四、本发明的工艺操作简单。
图1为具体实施方式
一的一种微生物燃料电池和动态膜相结合的污水处理装置的示意图。
具体实施方式
具体实施方式
一结合图1，本实施方式一种微生物燃料电池和动态膜相结合的污水处理装置包括进水箱1、进水泵2、污水处理池、出水泵12、出水箱13和曝气装置；
所述的污水处理池由中部带有阳离子交换膜4的隔板分隔成微生物燃料电池阳极室3和微生物燃料电池阴极室5，所述的隔板上端开口，开口作 为微生物燃料电池阳极室 3的出水口，所述的微生物燃料电池阴极室5同时作为膜反应区；
所述的污水处理池内置微生物燃料电池和膜组件9 ;所述的微生物燃料电池由微生物燃料电池阳极室3、微生物燃料电池阴极室5、阳极碳刷6、负载7和阴极电极8组成； 阳极碳刷6位于微生物燃料电池阳极室3中，阴极电极8位于微生物燃料电池阴极室5中， 阳极碳刷6上部和阴极电极8上部之间连接有负载7 ;所述的膜组件9为一封闭的容器，容器的一侧面设置为动态膜，容器的上方设有开口，作为微生物燃料电池阴极室5的出水口， 所述的动态膜为附着有生物膜的碳毡，动态膜同时作为微生物燃料电池的阴极电极8，膜组件9位于微生物燃料电池阴极室5中；
所述的曝气装置由微孔曝气头10和空气泵11组成；在微生物燃料电池阴极室5 设置有微孔曝气头10，定位于底部；微孔曝气头10的入口与空气泵11的出口连通；
所述进水箱I的出口与进水泵2的入口连通，进水泵2的出口与微生物燃料电池阳极室3的底部入水口连通，微生物燃料电池阳极室3通过微生物燃料电池阳极室3的出水口与微生物燃料电池阴极室5连通，微生物燃料电池阴极室5的出水口与出水泵12的入口连通，出水泵12的出口与出水箱13入口连通。
本实施方式的工作原理废水从进水箱I中被进水泵2作用进入到微生物燃料电池阳极室3，废水中的有机物被微生物燃料电池阳极室3中附着在阳极碳刷6上的厌氧微生物氧化，电子通过外电路传递到阴极电极8上，产生的质子通过置于阳极碳刷6和阴极电极 8之间的阳离子交换膜进入到微生物燃料电池阴极室5，电子、质子以及电子受体在阴极电极8上发生反应，产生电流，经过阳极碳刷6处理后的废水通过微生物燃料电池阳极室的出水口进入微生物燃料电池阴极室5，这部分废水在微生物燃料电池阴极室5中被生活在微生物燃料电池阴极室中的活性污泥氧化分解，达到最后废水中有机物的降解，处理后的污水通过动态膜8进入膜组件9，最终被出水泵12作用通过微生物燃料电池阴极室5的出水口进入出水箱13。
本实施方式可实现废水中COD去除率达80%以上，氨氮去除率达90%以上，并且在处理废水的同时完成电能的收集。
本实施方式的动态膜是依靠碳毡上生长的微生物形成过滤层，微生物在生长过程中会不断更新，相比传统的依靠膜丝上的微孔对废水进行过滤的膜组 件，降低了膜污染的问题，降低了膜生物反应器的运行费用。
本实施方式由于动态膜的截留作用，微生物燃料电池的阴极室中可以保持较高的污泥浓度，可以达到对COD良好的去除。
本实施方式工艺操作简单。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是所述的阳极碳刷6由碳纤维和钛丝组成。其他与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是所述的负载7为 500 Ω的电阻。其他与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三不同的是所述的微生物燃料电池阳极室3和微生物燃料电阴极室5为长方体。其他与具体实施方式
一至三相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四不同的是所述的膜组件9 框架材料为有机玻璃或不锈钢。其他与具体实施方式
一至四相同。
采用下述试验验证本发明的效果
试验一一种微生物燃料电池和动态膜相结合的污水处理装置包括进水箱1、进水泵2、污水处理池、出水泵12、出水箱13和曝气装置；
所述的污水处理池由中部带有阳离子交换膜4的隔板分隔成微生物燃料电池阳极室3和微生物燃料电池阴极室5，所述的隔板上端开口，开口作为微生物燃料电池阳极室 3的出水口，所述的微生物燃料电池阴极室5同时作为膜反应区；其中所述的微生物燃料电池阳极室3和微生物燃料电池阴极室5为长方体；
所述的污水处理池内置微生物燃料电池和膜组件9 ;所述的微生物燃料电池由微生物燃料电池阳极室3、微生物燃料电池阴极室5、阳极碳刷6、负载7和阴极电极8组成；阳极碳刷6位于微生物燃料电池阳极室3中，阴极电极8位于微生物燃料电池阴极室5中，阳极碳刷6上部和阴极电极8上部之间连接有负载7 ;所述的膜组件9为一封闭的容器，容器的一侧面设置为动态膜，容器的上方设有开口，作为微生物燃料电池阴极室5的出水口，所述的动态膜为附着有生物膜的碳毡，动态膜同时作为微生物燃料电池的阴极电极8，膜组件9位于微生物燃料电池阴极室5中；其中所述的阳极碳刷6由碳纤维和钛丝组成，所述的负载7为500 Ω的电阻，所述的膜组件9框架材料为有机玻璃；
所述的曝气装置由微孔曝气头10和空气泵11组成；在微生物燃料电池阴极室5 设置有微孔曝气头10，定位于底部；微孔曝气头10的入口与空气泵11的出口连通；
所述进水箱I的出口与进水泵2的入口连通，进水泵2的出口与微生物燃料电池阳极室3的底部入水口连通，微生物燃料电池阳极室3通过微生物燃料电池阳极室3的出水口与微生物燃料电池阴极室5连通，微生物燃料电池阴极室5的出水口与出水泵12的入口连通，出水泵12的出口与出水箱13入口连通。
将COD均值为300mg/L,氨氮均值为50mg/L的污水从进水箱I中被进水泵2作用进入到微生物燃料电池阳极室3，废水中的有机物被微生物燃料电池阳极室3中附着在阳极碳刷6上的厌氧微生物氧化，电子通过外电路传递到阴极电极8上，产生的质子通过置于阳极碳刷6和阴极电极8之间的阳离子交换膜进入到微生物燃料电池阴极室5，电子、质子以及电子受体在阴极电极8上发生反应，产生电流，经过阳极碳刷6处理后的废水通过微生物燃料电池阳极室的出水口进入微生物燃料电池阴极室5，这部分废水在微生物燃料电池阴极室5中被生活在微生物燃料电池阴极室中的活性污泥氧化分解，达到最后废水中有机物的降解，处理后的污水通过动态膜8进入膜组件9，最终被出水泵12作用通过微生物燃料电池阴极室5的出水口进入出水箱13。
本试验经处理后出水C0D小于50mg/L，氨氮小于3. Omg/L, COD的去除率达 83. 33%，氨氮去除率达94%，符合GB18918-2002《污水综合排放标准》一 级标准。
权利要求
1.一种微生物燃料电池和动态膜相结合的污水处理装置，其特征在于微生物燃料电池和动态膜相结合的污水处理装置包括进水箱(I )、进水泵(2)、污水处理池、出水泵(12)、出水箱(13)和曝气装置；所述的污水处理池由中部带有阳离子交换膜(4)的隔板分隔成微生物燃料电池阳极室 (3)和微生物燃料电池阴极室(5)，所述的隔板上端开口，开口作为微生物燃料电池阳极室(3)的出水口，所述的微生物燃料电池阴极室(5)同时作为膜反应区；所述的污水处理池内置微生物燃料电池和膜组件(9);所述的微生物燃料电池由微生物燃料电池阳极室(3)、微生物燃料电池阴极室(5)、阳极碳刷(6)、负载(7)和阴极电极(8) 组成；阳极碳刷(6)位于微生物燃料电池阳极室(3)中，阴极电极(8)位于微生物燃料电池阴极室(5)中，阳极碳刷(6)上部和阴极电极(8)上部之间连接有负载(7);所述的膜组件 (9)为一封闭的容器,容器的一侧面设置为动态膜，容器的上方设有开口，作为微生物燃料电池阴极室(5)的出水口，所述的动态膜为附着有生物膜的碳毡，动态膜同时作为微生物燃料电池的阴极电极(8)，膜组件(9)位于微生物燃料电池阴极室(5)中；所述的曝气装置由微孔曝气头(10)和空气泵(11)组成；在微生物燃料电池阴极室(5) 设置有微孔曝气头(10)，定位于底部；微孔曝气头(10)的入口与空气泵(11)的出口连通；所述进水箱(I)的出口与进水泵(2)的入口连通，进水泵(2)的出口与微生物燃料电池阳极室(3)的底部入水口连通，微生物燃料电池阳极室(3)通过微生物燃料电池阳极室(3) 的出水口与微生物燃料电池阴极室(5 )连通，微生物燃料电池阴极室(5 )的出水口与出水泵(12)的入口连通，出水泵(12)的出口与出水箱(13)入口连通。
2.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池和动态膜相结合的污水处理装置，其特征在于所述的阳极碳刷(6)由碳纤维和钛丝组成。
3.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池和动态膜相结合的污水处理装置，其特征在于所述的负载(7)为500 Ω的电阻。
4.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池和动态膜相结合的污水处理装置，其特征在于所述的微生物燃料电池阳极室(3)和微生物燃料电池阴极室(5)为长方体。
5.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池和动态膜相结合的污水处理装置，其特征在于所述的膜组件(9)框架材料为有机玻璃或不锈钢。
全文摘要
一种微生物燃料电池和动态膜相结合的污水处理装置，它涉及污水处理领域，具体涉及膜生物反应器污水处理装置。本发明是要解决传统的MBR在运行过程中存在膜污染和高能耗的问题。一种微生物燃料电池和动态膜相结合的污水处理装置包括进水箱、进水泵、污水处理池、出水泵、出水箱和曝气装置；污水处理池内置微生物燃料电池和膜组件；曝气装置由微孔曝气头和空气泵组成。本发明应用于污水处理领域。
文档编号C02F9/14GK103043872SQ20131002497
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月23日 优先权日2013年1月23日
发明者田禹, 迪世靖, 王德震, 李慧 申请人:哈尔滨工业大学