一种微生物电解池处理剩余污泥产氢及磷回收的装置的制作方法

本实用新型属于微生物电化学反应装置领域，更具体地，涉及一种微生物电解池处理剩余污泥产氢及磷回收的装置。

背景技术：

近年来，在微生物电化学领域，微生物与电相结合处理剩余污泥的研究发展迅速，其相较于传统剩余污泥处理方法具有更彻底、效率高、无二次污染的优点。其中，微生物电解池的研究也日新月异，其通过在阴阳极之间外加电压的作用，阳极处理剩余污泥，阴极产气和产生鸟粪石回收磷，处理剩余污泥的同时实现了剩余污泥的资源化。

微生物电解池分单室微生物电解池和双室微生物电解池，而相比单室微生物电解池，双室微生物电解池的阴阳极两极之间设置质子交换膜，只允许质子通过，污泥中的固体悬浮物等被阻挡在阳极。鸟粪石晶体在阴极上结晶，污泥颗粒的存在会造成阴极污染，使阴极表面积减少，鸟粪石不易结晶。故回收鸟粪石的微生物电解池一般采用双室微生物电解池，从而给阴极提供一个清洁、无固体杂质的环境，利于阴极上鸟粪石的观察和收集，但是质子交换膜的添加会使得阳极的阴离子无法透过质子交换膜，进入阴极，从而使得溶液中的PO4^3-无法在阴极得到回收，这违背了装置设计的初衷，而且现存在的各种回收污泥磷的双室微生物电解池(立方体、圆柱形、瓶式等)，将阴阳极室隔开的质子交换膜在成本和寿命上有着明显的缺陷，质子交换膜机械强度的不稳定性给反应器的维护提出了巨大挑战，一方面增加了装置的构建成本，同时膜的传质效率不高，限制微生物电解池的性能，另一方面，质子交换膜需要不定期更换，影响微生物电解池的正常运行和厌氧微生物的活性。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型的目的在于提供一种微生物电解池处理剩余污泥产氢及磷回收的装置，其中通过对其关键组件的结构及其设置方式、内部构造(如微生物电解池反应器槽及相应的进料口、出样口、导气口)等进行改进，与现有技术相比能够有效解决双室微生物电解池的阴阳极两极之间需要设置质子交换膜的问题，并且本实用新型通过设置滤布，解决了质子交换膜对传统双室微生物电解池运行造成的不利影响，具有成本低、微生物电解池运行效率高、能源转化效率高、操作简单等优点。

为实现上述目的，按照本实用新型，提供了一种微生物电解池处理剩余污泥产氢及磷回收的装置，其特征在于，包括微生物电解池反应器槽、盖板、硅胶垫片、以及U型夹板，其中，

所述微生物电解池反应器槽用于容纳剩余污泥；

所述U型夹板设于该所述微生物电解池反应器槽侧内壁相对的两个位置及内底面上，由此形成U型形状；该U型夹板用于固定滤布，并将所述微生物电解池反应器槽划分出阳极室和阴极室；

所述硅胶垫片和所述盖板均覆盖在所述微生物电解池反应器槽的上表面上，且所述盖板还位于所述硅胶垫片的上方。

作为本实用新型的进一步优选，所述微生物电解池反应器槽呈立方体状。

作为本实用新型的进一步优选，所述U型夹板为两块，这两块U型夹板之间的间隙用于放置所述滤布。

作为本实用新型的进一步优选，在所述盖板与所述阳极室和所述阴极室对应的区域上均设置有导气口及电极塞孔；所述导气口用于通过硅胶管与接气袋相连，所述接气袋用于收集所述阳极室或所述阴极室产生的氢气；所述电极塞孔则用于塞入硅胶塞。

作为本实用新型的进一步优选，阴极极柄和阳极极柄分别穿过相应电极塞孔内的硅胶塞导入至所述微生物电解池反应器槽的内部，所述硅胶塞用于固定所述阴极极柄和所述阳极极柄。

作为本实用新型的进一步优选，在所述阳极室的上部和下部分别设置有阳极室进料口和阳极室出样口，所述阳极室进料口和所述阳极室出样口均用于连接硅胶管；

相应的，在所述阴极室的上部和下部分别设置有阴极室进料口和阴极室出样口，所述阴极室进料口和所述阴极室出样口均用于连接硅胶管。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本实用新型采用双室微生物电解池处理剩余污泥，剩余污泥在阳极室厌氧消化产氢，同时在电流的作用下阴极电极将质子还原产氢，阴极电极上附着鸟粪石实现磷的回收，该装置避免剩余污泥丢弃而造成的环境危害，变废为宝，实现剩余污泥分级资源化利用，能源转化率高。

2、本实用新型采用价格便宜的滤布替代昂贵的质子交换膜，大大降低微生物燃料电池构建的成本，滤布能有效阻隔污泥颗粒进入阴极区污染阴极电极，使阴极电极保持活性，微生物燃料电池能长时间稳定运行，同时阳极阴离子(PO4^3-)可以进入阴极，实现磷回收。

3.本实用新型装置采用阳极室大阴极室小的不对等的双室结构，扩大阳极室区域，增大剩余污泥的厌氧消化处理量，增加微生物电解池处理剩余污泥的能力，提高阴极电极使用效率，提高产氢速率和产氢量，加快磷的回收过程。

本实用新型中的微生物电解池处理剩余污泥产氢及磷回收的反应装置，主要包括微生物电解池反应器槽、盖板、硅胶垫片、U型夹板和滤布。本实用新型呈立方体状，采用价格便宜的滤布替代昂贵的质子交换膜，大大降低微生物燃料电池构建的成本，滤布能有效阻隔污泥颗粒进入阴极区污染阴极电极，使阴极电极保持活性，微生物燃料电池能长时间稳定运行。本实用新型装置采用阳极室大阴极室小的不对等的双室结构，扩大阳极室区域，增大剩余污泥的厌氧消化处理量，增加微生物电解池处理剩余污泥的能力，提高阴极电极使用效率，提高产氢速率和产氢量，加快磷的回收过程。本实用新型采用双室微生物电解池处理剩余污泥，剩余污泥在阳极室厌氧消化产氢，同时在电流的作用下阴极电极将质子还原产氢，阴极电极上附着鸟粪石实现磷的回收，该装置避免剩余污泥丢弃而造成的环境危害，变废为宝，实现剩余污泥分级资源化利用，能源转化率高。

附图说明

图1是本实用新型装置反应器槽三维立体图。

图2是另一视角下本实用新型装置反应器槽三维立体图。

图3是本实用新型反应装置正视图。

图4是本实用新型反应装置左视图。

图5是本实用新型反应装置俯视图。

图中各附图标记的含义如下：1为盖板，2为反应器槽，3为阳极导气口，4为阳极塞孔，5为阴极导气口，6为阴极塞孔，7为螺丝，8为硅胶垫片，9为阳极进料口，10为阴极进料口，11为阳极采样口，12为阴极采样口，13为U型夹板,14为硅胶塞，15为边框。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型中的微生物电解池处理剩余污泥产氢及磷回收的装置，通过该装置可有效保证反应装置的气密性和传质效率，显著降低反应器运行成本，在产氢的同时，达到剩余污泥磷回收的目的，实现了剩余污泥的分级资源化利用。

该微生物电解池处理剩余污泥产氢及磷回收的装置主要包括微生物电解池反应器槽、盖板、硅胶垫片、U型夹板和滤布，其中：

所述装置主体分为盖板(1)和反应器槽(2)两部分，反应器槽呈立方体状，由五面拼接而成(底面和四壁)；器内壁上固定有两块U型夹板(13)，滤布固定在U型板之间；阴阳极室壁上下部各设进料口(9)、(10)和出料口(11)、(12)，进料口(9)、(10)和出料口(11)、(12)分别连接硅胶管，硅胶管尾部利用止水夹密封；盖板(1)上阴阳极室对应区域设置导气口(3)、(5)和阴阳极塞孔(4)、(6)，导气口(3)、(5)连接硅胶管，硅胶管末端连接气袋；阴阳极塞孔(4)、(6)中的硅胶塞(14)放置阳极电极和阴极电极；盖板(1)和反应器槽(2)中间用硅胶垫片(8)贴合，硅胶垫片(8)用去离子水洗净烘干，保证硅胶垫片(8)与盖板(1)和边框(15)贴合紧密，盖板(1)和反应器槽(2)采用螺丝(7)密封，即整个装置完成安装。

滤布固定在U型板中间，将阳极室于阴极室区分开来，保证在隔离污泥固体悬浮物的同时，又不限制水、无机盐离子的迁移。

电极塞孔即阳极塞孔(对应阳极室)和阴极塞孔(对应阴极室)。

阴阳极室壁上下部各设进料口和出样口，进料口和出样口均可连接硅胶管，硅胶管末端用止水夹夹密封。

以下为具体实施例：

实施例1

本实用新型主要由以下几部分构成，微生物电解池反应器槽、盖板、硅胶垫片、U型夹板和滤布，其中：

本装置主要分为盖板(1)和反应器槽(2)两部分，反应器槽呈立方体状，可以选择有机玻璃材料，例如采用CAD完成设计图纸，再利用激光切割得到有机玻璃的各部分材料，可以首先将底面和四壁粘连，然后粘连边框(15)，组成器反应器槽(2)；反应器槽(2)内壁上设置有两块U型夹板(13)，将滤布放置在U型夹板(13)中间，阴阳极室区分开来，保证在隔离污泥固体悬浮物的同时，又不限制水、无机盐离子的迁移；阴阳极室壁上下部的进料口(9)、(10)和出料口(11)、(12)连接硅胶管，硅胶管尾部利用止水夹密封；出料口(11)、(12)同时可作为采样口使用；盖板(1)上阴阳极室对应区域设置导气口(3)、(5)和阴阳极塞孔(4)、(6)，导气口(3)、(5)连接硅胶管，硅胶管末端连接气袋；阳极电极和阴极电极炳分别穿过硅胶塞(14)，保留2cm左右部分在硅胶塞(14)上部，后将硅胶塞(14)塞入盖板(1)上阴阳极塞孔(4)、(6)。裁取与盖板同样大小硅胶垫片(8)，挖空(3)、(5)和阴阳极塞孔(4)、(6)区域。将硅胶垫片(8)用去离子水洗净烘干，放置在盖板(1)和反应器槽(2)中间，保证硅胶垫片(8)与盖板(1)和边框(15)贴合紧密，盖板(1)和边框(15)利用螺丝(7)密封，即整个装置完成安装。

本实用型新装置在使用时，先安装好装置，用止水夹密封出料口(11)、(12)，打开进料口(9)、(10)止水夹，将阳极液和阴极液分别从阳极进料口(9)和阴极进料口(10)加入至指定液位。关闭进料口(9)、(10)止水夹，阳极电极和阴极电极连接外加恒定电源，并串联一定数值的电阻，通过数据采集器采集电阻两端的电源。然后打开气袋开关，整个装置开始运行。同时在阳极室放入搅拌磁子，装置放置在搅拌设备上可实现装置的搅拌并可控制搅拌速率。阳极室中剩余污泥厌氧消化完成时，可通过出料口(11)排出阳极液，重新添加新鲜阳极液。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。