一种上流式电化学生物膜反应器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种废水生物处理中的膜生物反应器的技术领域，特别涉及一种上流式电化学生物膜反应器。
【背景技术】
[0002]能量和水资源的短缺，是全球面临的两个重要挑战。应用广泛的城镇污水处理工艺包括传统活性污泥工艺及变形，如厌氧-缺氧-好氧法(A2O)工艺、氧化沟工艺、序批式活性污泥法(SBR)工艺等。这些工艺对污染物的去除效果好，但运行能耗高、剩余污泥产量大。实际上，污水中蕴含了巨大的能量，Ikg化学需氧量(COD)完全氧化为水和CO2理论上可以产生3.86kff.h的能量，如果生活污水以400 mg/L COD计，则所含能量为1.544kff.h/m3,是我国污水处理厂处理lm3污水平均电耗的5.3倍。近几年微生物燃料电池(MFC)的出现和快速发展，也实现了从废水中回收电能，但也存在着生物量低造成的能量效率和污水处理负荷低以及出水水质差的缺点。
[0003]中国专利文献ZL201110134094.8提供了一种生物电化学膜反应器装置。该装置将膜生物反应器(MBR)和MFC耦合在一起，使其能在废水生物处理的同时回收电能并得到较好的出水水质，但上述系统中的阳极室与阴极室的隔离需要离子选择性透过膜，这使得反应器的成本大大的提闻。
[0004]因此，提供一种能在废水生物处理的同时回收电能并得到较好的出水水质，并且利用反应器的流态从而不需要离子选择性透过膜的上流式电化学生物膜反应器，降低反应器成本，成为本领域技术人员额待解决的重要问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种上流式电化学生物膜反应器。
[0006]为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是:
本发明上流式电化学生物膜反应器包括反应容器，所述反应容器由刚性多孔塑料垫片分隔成阳极室和阴极室，所述阴极室位于阳极室的上方；所述阳极室内为厌氧环境，所述阴极室为好氧环境，在所述阳极室内设有用于生长产电微生物的阳极，在所述阴极室内设有导电性分离膜；阳极室设有进水口 ；阴极室设有出气口和出水口，且所述出气口设于阴极室的顶部，所述出水口低于阴极室的液面；所述导电性分离膜的一端封闭，所述导电性分离膜的另一端通过导管与所述出水口连通，以使阴极室内的废水经该导管流到所述反应器的外部；所述阳极和所述导电性分离膜之间串联有外电阻。
[0007]进一步地，本发明还包括供氧装置，来自所述供氧装置的氧气进入所述阴极室内。
[0008]进一步地，本发明来自所述供氧装置的氧气经由阴极室的底部进入所述阴极室内。
[0009]进一步地，本发明所述供氧装置包括相互连通的曝气头和空气泵，其中，所述曝气头置于阴极室内，所述空气泵置于所述反应容器外。
[0010]进一步地，本发明所述曝气头置于阴极室的底部。
[0011]进一步地，本发明所述阴极室的顶部呈敞口状，该敞口为所述阴极室的出气口。
[0012]进一步地，本发明所述阳极室的进水口设于阳极室的底部。
[0013]进一步地，本发明所述阳极的体积为阳极室的体积的1/3?2/3。
[0014]与现有技术相比，本发明具有的有益效果是:(1)采用阳极室的厌氧生物反应和阴极室的好氧生物反应相耦合，强化污染物的去除，同时实现在处理废水的过程中回收电能；(2)本发明采用导电性分离膜作为反应器的阴极，在运行过程中不仅能够回收电能，同时在导电性分离膜的表面会形成一层生物膜，截留污泥絮体和悬浮颗粒，从而提高水质，发挥了膜生物反应器(MBR)的高效截留及选择性分离和微生物燃料电池(MFC)产能的优点，同时也克服MBR的成本高、MFC出水水质差的问题；(3)利用刚性多孔塑料垫片作为物理阻隔，保证废水从阳极室到阴极室自下而上地单向流动，能够有效阻断氧气从阴极室向阳极室的扩散，保障阳极室的绝对厌氧环境，同时废水从阳极室自下而上通过刚性多孔塑料垫片流至阴极室内，从而达到传递质子的目的，因此利用反应器的流态从而不需要离子选择性透过膜，降低了反应器成本。
【附图说明】
[0015]图1是本发明上流式电化学生物膜反应器的结构示意图。
[0016]图中:1-阳极室的进水口，2-阳极室，3-刚性多孔塑料垫片，4-阴极室，5-生物膜，6-导电性分离膜，7-阴极室的出水口 ；8-液位压差，9-碳毡，10-石墨棒电极，11-外电阻，12-曝气头，13-空气泵，14-阴极室的出气口，15-反应容器。
【具体实施方式】
[0017]如图1所示，本发明上流式电化学生物膜反应器包括反应容器15，反应容器15由刚性多孔塑料垫片3分隔成阳极室2和阴极室4，其中，阴极室4位于阳极室2的上方；阳极室2内为厌氧环境，阴极室4为好氧环境。在阳极室2内设有用于生长产电微生物的阳极，在阴极室4内设有导电性分离膜6。阳极室2设有进水口 1，进水口 I 一般设于阳极室2的底部。阴极室4设有出气口 14和出水口 7，且阴极室4的出气口 14设于阴极室4的顶部，阴极室4的出水口 7低于阴极室4的液面。导电性分离膜6的一端封闭，导电性分离膜6的另一端通过导管与阴极室4的出水口 7连通，以使阴极室4内的废水经该导管流到本发明反应器的外部。优选地，导电性分离膜6的底端封闭，导电性分离膜6的顶端通过导管与阴极室4的出水口 7连通。阳极和导电性分离膜6之间串联有外电阻11。
[0018]本发明可通过供氧装置为阴极室4提供氧气。来自供氧装置的氧气通常经由阴极室4的底部进入阴极室4内。作为本发明的一种实施方式，供氧装置可由相互连通的曝气头12和空气泵13组成。其中，曝气头12置于阴极室4的底部，空气泵13置于反应容器15夕卜，曝气头12通过穿过反应容器底部的导气管与空气泵13连通。
[0019]作为本发明的一种结构紧凑的实施方式，阴极室4的顶部呈敞口状，该敞口直接作为阴极室的出气口 14。
[0020]本发明上流式电化学生物膜反应器工作时，先使废水由进水口 I进入阳极室2内，废水经阳极室2厌氧处理后通过阳极室2与阴极室4之间的刚性多孔塑料垫片3流入至阴极室4以作下一步处理。随着反应器的运行，微生物会在导电性分离膜6上形成生物膜5，通过膜孔的压力变大，从而导致阴极室4的液面高于阴极室出水口 7，在两者间形成液位压差8。在液位压差8的存在下，废水通过导电性分离膜6的膜孔进入膜内，然后经出水管7由阴极室出水口 16引到本发明反应器的外部。反应器可在阳极室2内接种有产电微生物的厌氧污泥，在阴极室4内接种好氧污泥。来自外部的废水经过阳极室2时，阳极上的产电微生物催化废水中的有机物氧化分解而产生电子和质子，主要反应的反应式为:CH3C