[發明專利]一種強化微污染物降解及產氣性能的一體式雙室耦合系統

在審

• 申請號: 202110349405.6
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN112939198A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 張新波;郝元坤;程衍斌;劉穎;溫海濤
• 申請（專利權）人: 天津城建大學
• 主分類號: C02F3/00
• 分類號: C02F3/00;C02F3/28;C02F3/30
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 呂志英

本發明公開了一種強化微污染物降解及產氣性能的一體式雙室耦合系統，涉及到污、廢水處理領域。包括：由AnMBR反應池與好氧反應池結合形成的反應器本體、水循環恒溫自控裝置、進出水水箱、進出水管路、曝氣裝置、及PLC自動控制終端。所述AnMBR反應池內設纖維膜組件、陽極；所述好氧反應池內設陰極；陰、陽極間設電阻箱，均用銅絲連接；耦合系統外設恒溫自控裝置；耦合系統外壁下端設進水口，出水在所述纖維膜組件上端；AnMBR反應池與好氧反應池之間設置連通橋，加裝質子交換膜；所述曝氣裝置包括曝氣盤、氣泵，均用氣管連接。采用本發明有益效果是：提高了厭氧膜生物反應器微污染物的去除以及產氣性能。

技術領域

本發明涉及污水處理及新能源開發領域，特別涉及一種強化微污染物降解及產氣性能的一體式雙室MFC-AnMBR耦合系統。

背景技術

隨著經濟全球化的發展，環境污染與能源短缺問題日益嚴重，尤其是廢水中微污染物去除效率低，排入到水體環境中對生態環境和人類健康造成危害。目前，傳統的污、廢水處理工藝技術普遍存在處理效率低，高能耗以及廢水中能源回收率低等問題，且容易對水體造成二次污染。因此，研究開發高效率、低成本、資源化的污、廢水處理技術具有重要意義。近年來，微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell，MFC)由于能夠有效利用廢水中的化學能受到了廣泛的關注。

微生物燃料電池是一種能同時實現廢水治理與產電的新型水處理技術，屬于微生物電化學系統領域，其原理是利用微生物的催化代謝作用將水體中有機污染物降解為無機物，同時產生電能。傳統雙室MFC由陽極室和陰極室組成，兩室之間通過PEM膜相隔。其主要原理是以陽極微生物作催化劑氧化底物，如葡萄糖、乙酸鈉等，產生電子、質子和二氧化碳。電子通過介體傳遞到陽極極板，并通過外電路負載到達陰極，質子通過PEM由陽極到達陰極，氧化劑(如氧氣)在陰極得到電子而被還原，從而形成回路，產生電流，形成內部電場。盡管MFC具有降解有機物及產生電能的雙重作用，但其廣泛應用仍受到產電效率低及運行成本高的制約。

同時，近年來各種高效且實用的污、廢水處理工藝逐漸發展起來，其中膜生物反應器(Membrane Bioreactor，MBR)，特別是厭氧膜生物反應器(Anaerobic MembraneBioreactor，AnMBR)受到了廣泛的關注與研究。與傳統厭氧工藝相比，AnMBR提高了厭氧微生物的降解能力，延長了污泥停留時間，可以保證更好的出水質量。因此AnMBR具有能耗低、產生的生物氣可回收利用、運行成本低以及剩余污泥量少等優勢，能夠有效制約水處理過程中環境污染與能源短缺的問題。

但污/廢水中抗生素和激素等微污染物的存在，會對AnMBR厭氧處理系統中微生物的活性以及多樣性產生影響，從而抑制微生物對有機物的去除和降低沼氣能源的產生。同時污/廢水中微污染物的存在會影響AnMBR厭氧污泥性質和微生物群落結構，例如刺激微生物分泌更多的胞外聚合物EPS和產生更多的溶解性微生物產物SMP，從而導致膜污染速率加快，膜污染周期縮短。如何既能提高廢水中微污染物去除，又能增加沼氣能源產生、延緩和控制膜污染，是推動AnMBR應用于廢水中資源回收發展的關鍵。

將雙室MFC與AnMBR進行耦合，既發揮AnMBR高MLSS降解與吸附微污染有機物、產生清潔能源的優勢，又可發揮MFC引入電場增強系統穩定性及延長系統運行周期的優勢，達到水體中微污染物的高效去除、生物產氣量上升并循環利用、系統運行穩定的三重目的。從而推動微生物電化學系統與厭氧廢水處理技術在污、廢水處理及新能源開發領域的廣泛應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種強化微污染物降解及產氣性能的一體式雙室MFC-AnMBR耦合系統。