[發(fā)明專利]集廢水生物處理與促進(jìn)甲烷回收于一體的微生物電解系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410324228.6
• 申請(qǐng)日: 2014-07-09
• 公開（公告）號(hào): CN104176823A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳東雷;丁阿強(qiáng);孫國棟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F3/28
• 分類號(hào): C02F3/28;C02F3/34
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微生物電解池與微生物產(chǎn)甲烷過程的交叉領(lǐng)域，具體涉及一種集廢水生物處理與促進(jìn)甲烷回收于一體的微生物電解系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

從19世紀(jì)開始，化石燃料（煤炭、石油、天然氣）一直是人類的主要能源，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)繁榮與社會(huì)發(fā)展。然而進(jìn)入20世紀(jì)中后期以來，過度依賴化石燃料的弊端開始越來越明顯地表現(xiàn)出來。一方面使用化石能源產(chǎn)生了大量二氧化碳、硫化氫和氮氧化物，造成了嚴(yán)重的溫室效應(yīng)以及酸雨、光化學(xué)煙霧等環(huán)境災(zāi)難；另一方面由于化石能源儲(chǔ)量有限，目前已瀕于枯竭。根據(jù)2013年中國統(tǒng)計(jì)年鑒，中國的能源總產(chǎn)量與總消耗量與日俱增，其中尤以化石燃料（煤、石油、天然氣）為主。其三者占到能源總量的90%以上。與此同時(shí)根據(jù)中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部每年公布的環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)，無論是工業(yè)廢水還是生活廢水中的化學(xué)需氧量的濃度始終保持在150mg/L以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

針對(duì)目前存在的能源與環(huán)境問題，發(fā)明一種能同時(shí)解決這兩種問題的技術(shù)顯得尤為重要。微生物電解池(MEC)系統(tǒng)作為一種新興的電化學(xué)系統(tǒng)在能源回收方面具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。然而傳統(tǒng)的MEC所使用的陰極都為價(jià)格較為昂貴的金屬電極，使得成本有了很大的提高。同時(shí)現(xiàn)在的MEC大多用來進(jìn)行氫氣的產(chǎn)生，而氫氣制造成本較高，不便于收集與運(yùn)輸，這些都制約了MEC在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種集廢水生物處理與促進(jìn)甲烷回收于一體的微生物電解系統(tǒng)及方法。

集廢水生物處理與促進(jìn)甲烷回收于一體的微生物電解系統(tǒng)的電源連接陽極與陰極，陽極與陰極分別處在由殼體組成的陽極室和陰極室之中，陽極室和陰極室之前通過陽離子交換膜進(jìn)行分隔，陽極室和陰極室底部均設(shè)有磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，陰極所產(chǎn)生的氣體通過氣體收集口進(jìn)行收集。

所述的電源電壓控制在0.8V。

所述的殼體所用的材料全部為有機(jī)玻璃。

所述的陽極與陰極所用材料均為碳?xì)?，二者通過鈦絲與電源相連，陽極室和陰極室均裝有廢水與污泥。

所述系統(tǒng)的集廢水生物處理與促進(jìn)甲烷回收于一體的方法包括如下步驟：

1）馴化階段

陽極室和陰極室中間所夾的陽離子交換膜用15%H₂O₂進(jìn)行預(yù)處理，陽極室和陰極室中的接種污泥均采用城市污水處理廠二沉池污泥進(jìn)行馴化，陰極室與陽極室同時(shí)加入污水與污泥，陽極室與陰極室的廢水與污泥體積比為3:1，馴化階段電源(1)提供電壓為0.8V，陽極室和陰極室自配水配方為：Na₂HPO₄?12H₂O?11.47g/L、NaH₂PO₄?2H₂O?2.75g/L、NH₄Cl?0.31g/L、KCl?0.13g/L，陽極室通過CH₃COOH控制COD濃度為2000mg/L，陰極室通過蔗糖控制COD濃度為3000mg/L；

2）運(yùn)行階段

更換陽離子交換膜(4)，用15%H₂O₂對(duì)陽離子交換膜(4)進(jìn)行預(yù)處理，電源(1)提供的電壓保持不變，陽極室(6)和陰極室(7)內(nèi)自配水配方和馴化過程相同，控制陽極室(6)和陰極室(7)下方的磁力攪拌器(8)轉(zhuǎn)速為100r/min，一個(gè)批次運(yùn)行時(shí)間設(shè)置為3天，陰極室(7)上方的氣體收集口(9)處通過橡皮管導(dǎo)出氣體。

本發(fā)明重點(diǎn)在于陰極室與陽極室同時(shí)加入了污水與污泥，在陰極室本身可以進(jìn)行降解污水產(chǎn)生甲烷的基礎(chǔ)上，對(duì)這個(gè)過程進(jìn)行了進(jìn)一步的強(qiáng)化。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是同步實(shí)現(xiàn)了廢水的生物處理與產(chǎn)甲烷功能的加強(qiáng)。

在陰陽兩極同時(shí)加入廢水，通過微生物的降解作用可以進(jìn)行廢水的處理，同時(shí)由于外加電壓的存在，提高了廢水降解的效果。

在陰極的產(chǎn)甲烷過程中，由于外電路電子的供給可以極大的提高甲烷的產(chǎn)率。

通過該項(xiàng)技術(shù)可以使MEC大規(guī)模運(yùn)用到廢水處理當(dāng)中而不用擔(dān)心成本問題，同時(shí)也可以作為城市廢水或者工業(yè)廢水的前處理步驟減輕后面處理過程的壓力。

附圖說明

圖1為系統(tǒng)示意圖。

電源1、陽極碳?xì)?、陰極碳?xì)?、陽離子交換膜4、殼體5、陽極室6、陰極室7、磁力攪拌器8、氣體收集口9。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。