[發(fā)明專利]一種生物電化學(xué)膜反應(yīng)器裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110288409.4
• 申請(qǐng)日: 2011-09-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102381753A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盛國(guó)平;王允坤;俞漢青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F3/02
• 分類號(hào): C02F3/02;H01M8/16
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 逯長(zhǎng)明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及廢水生物處理中的膜生物反應(yīng)器的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種生物電化學(xué)膜反應(yīng)器裝置。

背景技術(shù)

膜生物反應(yīng)器(Membrane?bioreactors，MBRs)是一種將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新型高效污水處理與回用技術(shù)，因其具有處理效率高、出水水質(zhì)好、污泥產(chǎn)量低的優(yōu)點(diǎn)，在近幾十年來(lái)得到迅猛發(fā)展，但是，目前仍存在著一些制約膜生物反應(yīng)器大規(guī)模應(yīng)用的因素，像膜組件成本高、嚴(yán)重的膜污染問(wèn)題以及較高的曝氣能耗。而利用粗網(wǎng)材料來(lái)代替微濾/超濾膜來(lái)實(shí)現(xiàn)泥水分離，可以有效降低MBR的成本，減緩膜污染，提高了MBR應(yīng)用的可行性。目前用在MBR上的主要粗網(wǎng)膜基材主要有無(wú)紡布，工業(yè)濾布，滌綸濾布，篩絹等，主要研究其過(guò)濾性能和對(duì)污染物的去除效率上。

微生物燃料電池(Microbial?fuel?cells，MFCs)是以微生物為催化劑，通過(guò)降解有機(jī)物將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的一種裝置。因其在降解污染物得同時(shí)可以回收電能而引起越來(lái)越多的關(guān)注。但是，目前也存在著一些缺點(diǎn)，像處理效率低、出水水質(zhì)差，并且由于貴金屬催化劑的使用以及昂貴的質(zhì)子交換膜的使用，使得MFC的成本很高，這些都嚴(yán)重地制約了MFC在污水處理中的廣泛應(yīng)用。但是MFC可以跟常規(guī)的污水處理工藝相結(jié)合，作為污水預(yù)處理設(shè)施，在污水處理的同時(shí)回收電能。

如何保證污水得到處理的同時(shí)可以從中回收電能，并且能夠部分抵消MBR的曝氣能耗，克服MFC生物量低、出水水質(zhì)差的缺點(diǎn)，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的重要技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種生物電化學(xué)膜反應(yīng)器裝置，以保證污水得到處理的同時(shí)可以從中回收電能，并且能夠部分抵消MBR的曝氣能耗，克服MFC生物量低、出水水質(zhì)差的缺點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種生物電化學(xué)膜反應(yīng)器裝置，包括：

陽(yáng)極室，其上分別設(shè)有陽(yáng)極室進(jìn)水管和陽(yáng)極室出水管，其具有石墨棒電極，所述石墨棒電極周?chē)O(shè)有石墨粒，產(chǎn)電微生物附著生長(zhǎng)在其表面；

外套于所述陽(yáng)極室外側(cè)的陰極室，其底部設(shè)有曝氣管，用于向陰極室內(nèi)的好氧微生物提供氧氣；

為所述曝氣管供氣的空氣泵；

套設(shè)于所述陽(yáng)極室外側(cè)的離子選擇性透過(guò)膜；

套設(shè)于所述陽(yáng)極室外側(cè)，且與所述陽(yáng)極室具有間隙的導(dǎo)電性分離膜，其一端封閉，另一端連接有反應(yīng)器出水管；

與所述石墨棒電極和所述導(dǎo)電性分離膜串聯(lián)的外電阻。

優(yōu)選地，在上述生物電化學(xué)膜反應(yīng)器裝置中，所述離子選擇性透過(guò)膜為50-500g/m²的無(wú)紡布。

優(yōu)選地，在上述生物電化學(xué)膜反應(yīng)器裝置中，述離子選擇性透過(guò)膜為經(jīng)聚四氟乙烯浸泡后，在105-370℃下烘干2-8小時(shí)制成的無(wú)紡布。

優(yōu)選地，在上述生物電化學(xué)膜反應(yīng)器裝置中，所述陽(yáng)極室、陰極室和所述導(dǎo)電性分離膜均為圓筒狀結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，在上述生物電化學(xué)膜反應(yīng)器裝置中，所述導(dǎo)電性分離膜距所述陽(yáng)極室的距離為5-50mm，距所述陰極室的距離為10-100mm。

優(yōu)選地，在上述生物電化學(xué)膜反應(yīng)器裝置中，所述導(dǎo)電性分離膜為孔徑20-200μm的不銹鋼絲網(wǎng)。

優(yōu)選地，在上述生物電化學(xué)膜反應(yīng)器裝置中，還包括設(shè)置于所述陰極室內(nèi)的液位傳感器。

優(yōu)選地，在上述生物電化學(xué)膜反應(yīng)器裝置中，所述陽(yáng)極室的外壁上開(kāi)有小孔，孔徑為0.5-10mm。

優(yōu)選地，在上述生物電化學(xué)膜反應(yīng)器裝置中，所述石墨粒的粒徑為3-5mm；

所述陽(yáng)極室的水力停留時(shí)間為0.25-5h。

優(yōu)選地，在上述生物電化學(xué)膜反應(yīng)器裝置中，所述陽(yáng)極室的容積負(fù)荷可以選擇在0.5-22.6kg?COD/(m³d)。

從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的生物電化學(xué)膜反應(yīng)器裝置，先將廢水進(jìn)入陽(yáng)極室內(nèi)，處理后通過(guò)陽(yáng)極室出水管流入陰極室做進(jìn)一步處理；同時(shí)將導(dǎo)電性分離膜一端封閉，另一端連接反應(yīng)器出水管，在液位壓差的作用下，靠重力由反應(yīng)器出水管自流出水。生物電化學(xué)膜反應(yīng)器在陽(yáng)極室內(nèi)接種厭氧污泥，在陰極室內(nèi)接種好氧污泥。污水經(jīng)過(guò)陽(yáng)極室時(shí)，石墨粒上產(chǎn)電微生物催化有機(jī)物氧化分解，同時(shí)把電子導(dǎo)出到石墨棒電極上，然后流經(jīng)外電阻到達(dá)陰極(即導(dǎo)電性分離膜)上，與空氣泵提供的氧氣以及從陽(yáng)極室經(jīng)離子選擇性透過(guò)膜遷移至陰極的質(zhì)子反應(yīng)，最終生成水。