[發(fā)明專利]一種用于同步短程硝化生物脫氮的套筒型微生物燃料電池及其工藝方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510581906.1
• 申請日: 2015-09-14
• 公開（公告）號: CN106711485B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李丹;付融冰;耿春女
• 申請（專利權(quán)）人: 上海市環(huán)境科學(xué)研究院
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16;C02F3/30;C02F3/34
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 曹莉

本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于短程硝化生物脫氮的套筒型微生物燃料電池及其工藝方法，本發(fā)明采用內(nèi)外套筒型的微生物燃料電池，可以短程硝化生物脫氮，結(jié)合膜曝氣生物膜技術(shù)與生物陰極工藝，在硝化階段通過控制膜內(nèi)氧分壓、進(jìn)水pH、溶解氧濃度、進(jìn)水氨氮濃度、反應(yīng)溫度等工藝條件，將氨氮氧化控制在亞硝化階段然后直接進(jìn)行反硝化脫氮。可在利用污水中的生物資源產(chǎn)生電能的同時(shí)，不僅高效去除污水中含碳有機(jī)化合物，同時(shí)實(shí)現(xiàn)硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)的同步進(jìn)行，達(dá)到提高總氮和氨氮的去除率的效果。通過本工藝方法，廢水的總氮去除率和COD的去除率都非常顯著。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于短程硝化生物脫氮的套筒型微生物燃料電池及其工藝方法。

背景技術(shù)

微生物燃料電池MFC(Microbial Fuel Cell)是一種利用微生物將有機(jī)物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置，該技術(shù)顛覆了傳統(tǒng)污水處理技術(shù)僅僅將污水視為廢物來處理并耗費(fèi)大量能源的窘迫局面。城市生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水中含有大量的生物質(zhì)能，逐步被作為一種資源來看待。MFC除了從廢水中激發(fā)能量，重要的優(yōu)勢在于使用較低的能耗和產(chǎn)生污泥量較少，同時(shí)還可以去除污水中的污染物質(zhì)。

一般來說污水中的主要污染物包括COD、氮和磷。COD主要以含碳有機(jī)物的形式存在，而污水中的氮污染物主要以氨氮(NH4⁺-N)和硝酸氮(NO₃^--N)形式存在。傳統(tǒng)的生物脫氮包括硝化和反硝化兩段過程來實(shí)現(xiàn)，存在工藝流程較長、需要混合液回流、運(yùn)行能耗較大、產(chǎn)生的污泥量較大、占地面積大、基建投資高，若反硝化階段碳源不足，還需要投加額外的碳源有機(jī)物等缺點(diǎn)；這些問題都限制著水處理技術(shù)的發(fā)展。

現(xiàn)有技術(shù)中的微生物燃料電池，對污水脫氮的效果也很有限，導(dǎo)致出水水質(zhì)不佳、陰陽極pH酸化或堿化等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于同步短程硝化生物脫氮的套筒型微生物燃料電池，該套筒型微生物燃料電池將膜曝氣生物膜技術(shù)運(yùn)用到微生物燃料電池中，以提高硝化階段氧利用效率，并結(jié)合生物陰極工藝進(jìn)行生物反硝化脫氮，從廢水中提取生物質(zhì)能的同時(shí)，達(dá)到更好的去除污染物的效果。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于同步短程硝化生物脫氮的套筒型微生物燃料電池的工藝方法。

本發(fā)明的目的由如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種用于同步短程硝化生物脫氮的套筒型微生物燃料電池，包括由進(jìn)水池、進(jìn)水泵組成的進(jìn)水系統(tǒng)；由空壓機(jī)、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥、出氣調(diào)節(jié)閥組成的進(jìn)氧系統(tǒng)，其特征在于：

該套筒型微生物燃料電池還包括反應(yīng)器內(nèi)筒，套在反應(yīng)器內(nèi)筒外的反應(yīng)器外筒，反應(yīng)器內(nèi)筒和反應(yīng)器外筒構(gòu)成一體式反應(yīng)器件。所述反應(yīng)器外筒底部聯(lián)通；

所述反應(yīng)器內(nèi)筒中設(shè)置膜曝氣生物膜反應(yīng)器，該膜曝氣生物膜反應(yīng)器的中間設(shè)有膜腔，該模腔內(nèi)填充中空纖維膜；所述進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥的出氣口與膜腔底部連接；膜腔頂部與出氣調(diào)節(jié)閥連接；

所述反應(yīng)器內(nèi)筒的底部與進(jìn)水泵的出水口連接，所述反應(yīng)器內(nèi)筒的側(cè)壁上端部設(shè)有出水口，該出水口的高度低于反應(yīng)器內(nèi)筒和反應(yīng)器外筒的筒壁的高度；所述反應(yīng)器內(nèi)筒的外壁上包裹有陽極碳纖維布，該碳纖維布上接種厭氧菌作為生物陽極；所述膜曝氣生物膜反應(yīng)器的內(nèi)壁為PVC材質(zhì)；

所述反應(yīng)器外筒的內(nèi)壁上設(shè)有陰極碳纖維布，該碳纖維布上接種缺氧反硝化菌作為生物陰極；所述反應(yīng)器內(nèi)、外筒之間設(shè)置有循序下降的階梯狀折板，該折板長度與反應(yīng)器內(nèi)、外筒的軸向距離相同，該折板的高度為0.5-1.5cm，該折板的寬度為0.5-1.5cm。優(yōu)選的，折板的高度和寬度均為1cm；可很好地保持反應(yīng)器外筒內(nèi)的較好的水力混合條件。

所述反應(yīng)器外筒的筒壁和反應(yīng)器內(nèi)筒外側(cè)壁電極之間連接有電阻形成電路回路；所述反應(yīng)器外筒的底部設(shè)有出水管，該出水管與出水調(diào)節(jié)閥連接。