[發明專利]一種耦合厭氧產酸、正滲透和微生物燃料電池的三元污水處理方法

有效

• 申請號: 201610559203.3
• 申請日: 2016-07-15
• 公開（公告）號: CN106045035B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 王新華;劉金夢;陸宇琴;李秀芬
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C02F3/28
• 分類號: C02F3/28
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司23211
• 代理人: 耿曉岳

技術領域

本發明涉及了一種耦合厭氧產酸、正滲透和微生物燃料電池的三元污水處理方法，屬于污水處理技術領域。

背景技術

隨著經濟社會的發展進步和人口數量的增加，生活用水及工業用水量亦隨之增長。據國家環保部統計，2015年我國城市污水排放總量高達716.2億噸，加之水體不斷被污染，致使許多城市和地區都面臨水資源危機?？紤]到城市污水只含1％的污染物，且就近可得、水量穩定、易收集等特點，世界各國都將城市污水回用作為解決缺水問題的首選方案。目前，對于城市污水一般采用好氧生物處理，但該技術能耗較大。因此，必須尋找其他能耗較低的替代技術。

正滲透(forward osmosis，FO)膜分離技術由于其自身獨特的優勢，目前已經成為污水處理與回用方面的研究熱點。FO過程利用膜兩側的滲透壓差作為驅動力，使水分子自發地通過半透膜，從水化學勢高的原料液部分滲透到水化學勢低的汲取液部分，由于不需要外加壓力，故所需能耗低。此外，FO還具有出水水質好，膜污染趨勢小等優點。然而，在此過程中污水中所含的有機物僅僅是被FO膜截留，卻未得到回收利用。

微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell，MFC)借助產電微生物的作用可以將廢水中的有機物轉化成可以回收的電能，在污水處理方面具有較大的潛力。然而，目前限制MFC在污水處理中應用的主要障礙就是出水水質較差，無法直接達標排放或回用。

發明內容

為了解決上述問題，本發明創造性的提出了一種新的FO與MFC的耦合工藝和厭氧反應器，主要利用FO膜對有機物的高效截留能力，實現污水水質的提升以及有機物的富集，同時借助厭氧產酸技術將污水中的有機物轉變成小分子的有機酸，從而進一步提高MFC的產電性能，最終構建低能耗的，以同步實現污水回用與生物電回收為目的的新型三元城市污水處理工藝。

本發明的第一個目的是提供一種耦合厭氧產酸、FO和MFC的厭氧反應器。

所述厭氧反應器主要包括厭氧產酸裝置、汲取液池、反滲透(reverse osmosis，RO)膜處理裝置、微生物燃料電池(MFC)裝置、沉淀池、吸附裝置；所述厭氧產酸裝置中包括微濾(microfiltration，MF)膜組件、FO膜組件；所述MF膜組件通過管路與沉淀池連接，沉淀池通過管路與吸附裝置連接；所述FO膜組件通過管路與汲取液池連接，汲取液池與RO膜處理裝置連接；所述微生物燃料電池(MFC)裝置與厭氧產酸裝置相連。

在一種實施方式中，所述厭氧產酸裝置中還含有擋板。

在一種實施方式中，所述厭氧產酸裝置內的下部安裝有曝氣管。

在一種實施方式中，氣泵一端與曝氣管連接，另一端延伸至厭氧產酸裝置內的上部。

在一種實施方式中，所述沉淀池為化學沉淀池，與pH控制器相連。

在一種實施方式中，所述pH控制器與第一NaOH溶液池相連。

在一種實施方式中，所述沉淀池的中上部通過管路和水泵與吸附裝置相連。

在一種實施方式中，所述吸附裝置為活性炭吸附柱。

在一種實施方式中，所述FO膜組件與汲取液池通過汲取液泵和管路構成循環。

在一種實施方式中，所述汲取液池與RO膜處理裝置通過高壓泵和管路構成循環。

在一種實施方式中，所述FO膜組件中的FO膜的材質為三醋酸纖維(CTA)膜、聚酰胺(TFC)膜、聚醚砜樹脂(PES)中的任意一種。

在一種實施方式中，所述FO膜的膜面積為0.025m²。

在一種實施方式中，所述RO膜處理裝置中的RO膜為醋酸纖維(CTA)膜、聚酰胺(TFC)復合膜中的任意一種。

在一種實施方式中，所述MF膜組件中的MF膜為聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜(PSF)、聚丙烯腈(PAN)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)等的任意一種。

在一種實施方式中，所述MF膜的孔徑為0.1-1微米。

在一種實施方式中，MF膜的膜面積為0.025m²，孔徑為0.20μm左右。

在一種實施方式中，所述MF膜組件為平板膜組件、中空纖維膜組件或管式膜組件中一種。

在一種實施方式中，所述MFC為單室空氣陰極MFC，陽極材料為碳氈，陰極材料為活性炭-PTFE空氣陰極。