[發明專利]一種過濾型生物陰極微生物脫鹽電池及污水處理方法

在審

• 申請號: 201710040801.4
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106698679A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 黃霞;左魁昌;梁鵬;張瀟源
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C02F3/34
• 分類號: C02F3/34;H01M8/16
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司11372
• 代理人: 吳大建

技術領域

本發明屬于污水處理技術領域，涉及一種過濾型生物陰極微生物脫鹽電池及用于該脫鹽電池的污水處理方法。

背景技術

污水中的有機物蘊含有大量的化學能，其化學能的能量密度約為1.93kW/m³，遠高于污水處理過程中需要消耗的能量。然而，傳統的污水處理則是通過消耗巨大能量(如曝氣、水泵等等)來實現污水中有機物的氧化分解，沒有有效回收利用污水中化學能。因而，傳統的污水處理過程具備能耗高等缺點。

微生物脫鹽電池(Microbial Desalination Cell,MDC)作為一種新型的低能耗污水處理技術。MDC一般由一個微生物陽極、陰極(生物陰極、化學陰極、空氣陰極等)、以及陰陽極之間的離子交換膜堆組成。在運行時，污水進入陽極，污水中的有機物在陽極厭氧產電微生物的作用下氧化分解釋放電子，電子通過外部電路到達陰極，在陰極發生還原反應(如還原O₂、化學氧化劑等)實現產電。與此同時，陰陽極之間產生電場，驅動離子交換膜堆中鹽水的陰陽離子移動，實現脫鹽。因而，MDC能夠同時實現污水處理、產電以及脫鹽。

然而，傳統的MDC也具有一些缺點：

(1)出水水質較差。MDC的陽極微生物雖然可以降解污水中的有機物，但其降解速率和程度均較低，且不能對污水中的營養元素(如氮磷等)及顆粒物實現有效去除，因而出水水質不能滿足現有排放要求。

(2)淡水產水率較低。在運行過程中傳統MDC會同時產生多種出水，如陽極出水、陰極出水、淡水以及濃水，其中淡水為唯一的有用水，但是傳統MDC中淡水的產率較低。

膜分離技術是一種成熟的污水處理技術，其中的微濾膜孔徑為0.1-1.0微米，能夠實現污水中懸浮物、微生物以及一些大分子物質的截留，實現污水的深度處理。由于該技術具有出水水質好、性能穩定等特點，目前微濾膜分離技術已經廣泛應用于污水處理、食品加工等行業，取得了良好的效果。

發明內容

本發明是針對現有技術中存在的問題，提供一種過濾型生物陰極微生物脫鹽電池及用于該脫鹽電池的污水處理方法，將過濾膜和生物陰極型微生物脫鹽電池耦合，過濾膜能實現對污染物的攔截分離，強化水處理效果；而生物陰極能實現氧氣的還原產生電能，同時對污染物的具有降解作用。

根據本發明的一個方面，提供一種用于過濾型生物陰極微生物脫鹽電池的污水處理方法，包括：

使污水進入陽極室，在陽極產電微生物的作用下降解污水中的部分有機物，得到陽極出水；

使所述陽極出水進入陰極室，在陰極產電微生物、過濾處理和曝氣處理的共同作用下去除所述陽極出水中的懸浮物、細菌和有機物，得到陰極出水；

使所述陰極出水進入淡室和濃室，在離子交換膜和電場的作用下脫除或濃縮所述陰極出水中的鹽分。

根據本發明的一些實施方式，所述陽極產電微生物附著于所述陽極室的陽極上，其通過厭氧氧化分解污水中的有機物釋放電子到陽極上，所述電子通過外部電路傳遞到陰極；所述陰極產電微生物附著于所述陰極室的陰極上，在所述陰極產電微生物的作用下，所述陰極上的電子與所述陰極室中的電子受體發生還原反應實現產電。

根據本發明的一個優選實施例，所述污水的進水流速為35mL/h。

根據本發明的一些實施方式，所述污水在陽極室的水力停留時間為2-15小時，優選為12小時。

根據本發明的一個優選實施例，所述陰極室內過濾處理的通量為10-50L/(h·m²)。

根據本發明的一些實施方式，所述陰極室內曝氣處理的曝氣速率為0.2-60L/h。

根據本發明的一個優選實施例，所述陽極出水進入陰極室，一方面通過曝氣處理，去除其中的一部分污染物(如有機物、氮等)，另一方面通過附著于陰極上的陰極產電微生物降解其中的部分有機物，再一方面通過過濾裝置濾除其中的懸浮顆粒物及微生物，得到陰極出水。

根據本發明的一些實施例，通過對所述陽極出水進行曝氣處理，一方面可以去除其中的一部分污染物(如有機物、氮等)，另一方面通過曝氣能夠為陰極提供電子受體(氧氣)產生電能，再一方面通過曝氣可以減輕過濾裝置的污染。

根據本發明的一個優選實施例，所述過濾處理為通過過濾裝置進行的過濾處理，所述過濾裝置包括過濾膜。

根據本發明的一些實施方式，對于所述過濾膜沒有特別的限定，選擇本領域具有污水過濾功能的過濾膜即可。

在一些具體實施例中，所述過濾膜包括有機膜、無機膜和金屬膜中的一種或幾種。