本发明专利技术公开了一种颗粒污泥微生物燃料电池装置，包括阳极室、阴极室和沉淀室。在阳极室侧壁开孔，阳极室的侧壁外部包裹有离子交换膜，阴极室环绕阳极室设置，阴极室顶部设置有用于将水排入沉淀室的出液口；阳极室内设置有布液器和厌氧颗粒污泥，阴极室内设置有好氧颗粒污泥。本发明专利技术的颗粒污泥微生物燃料电池装置不仅可以进行污水处理，而且能够以废水为能源，通过微生物的作用进行产电，达到资源综合合理利用。本发明专利技术装置操作方法简单易行，占地少，投资低，实现连续运行，可处理高浓度有机废水，具有很高的污染物去除效率，具有广阔的工程应用前景。
【技术实现步骤摘要】
颗粒污泥微生物燃料电池装置
本专利技术涉及微生物燃料电池装置，特别是一种颗粒污泥微生物燃料电池装置。
技术介绍
微生物燃料电池(MicrobialFuelCell，MFC)是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化为电能的装置，其原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放地电子和质子。电子依靠电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂一般为氧气，在阴极得到电子被还原，与质子结合形成水。厌氧颗粒污泥(AnaerobicGranularSludge)于上世纪80年代初发展起来，是在高的水力剪切下，由产甲烷菌、产乙酸菌以及水解发酵菌等构成的，沉降性优于活性污泥絮体的自凝聚体。厌氧颗粒污泥因其沉降性能的优良、污泥浓度较高，抗水力负荷和冲击负荷的能力强，使得在处理高浓度有机废水中得以较为广泛的应用。好氧颗粒污泥(AerobicGranularSludge)是好氧颗粒污泥是废水生物处理中的一种新技术，与目前普遍使用的活性污泥法中的活性污泥絮体相比，不易发生污泥膨胀、抗冲击能力强、能承受高有机负荷，集不同性质的微生物(好氧、兼氧和厌氧微生物)为一体。另外，好氧颗粒污泥在水中沉降速度远大于活性污泥絮体，生物浓度显著提高，沉淀时间则大幅缩短。目前微生物燃料电池阳极微生物大多采用普通厌氧污泥，阴极微生物多采用常规絮状活性污泥，上述微生物燃料电池具有一定的产电功能，受微生物限制，其有机负荷较低，无法大幅提升。另外，目前微生物燃料电池多采用序批式运行方式，水力负荷有限。将颗粒污泥和微生物燃料电池两种技术有效结合，并构建一种新型颗粒污泥型燃料电池装置，可以将二者优势进一步提升，具有广阔的工程应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术不足，提供一种将颗粒污泥与微生物燃料电池技术联用，并以连续进出水方式运行的颗粒污泥微生物燃料电池装置，提高装置有机负荷。技术方案：本专利技术提供一种颗粒污泥微生物燃料电池装置，包括阳极室、阴极室和沉淀室，阳极室侧壁开孔，阳极室的侧壁外部包裹有离子交换膜，阴极室环绕阳极室设置，阳极室设置有用于将水排入到阴极室的出液口，阴极室顶部设置有用于将水排入沉淀室的出液口；阳极室内设置有布液器和厌氧颗粒污泥，阴极室内设置有好氧颗粒污泥。在上述颗粒污泥微生物燃料电池装置中，离子交换膜完全包住阳极室侧壁上的孔洞，将阳极室和阴极室分隔开。污水由阳极室自流至阴极室，阴极室内污水流入到沉淀室。优选地，阳极室包括主反应区、次反应区、污泥沉降区和气室，气室设置在主反应区和次反应区上方，气室与主反应区和次反应区连通；主反应区、次反应区和污泥沉降区分别设置有进液口和出液口，气室设置有出气口；布液器设置在主反应区底部的进液口处，水由进水管通过布液器均匀布水进入反应器中，主反应区的出液口连接次反应区的进液口，次反应区的出液口连接污泥沉降区的进液口，污泥沉降区通过底部的污泥出口与所述反应器底部连通。主反应区的出液口设置在主反应区顶部，次反应区的进液口设置在次反应区顶部，次反应区的出液口设置在次反应区底部；污泥沉降区的顶部设置有用于将水排入到阴极室的出液口。次反应区环绕主反应区上部设置，污泥沉降区环绕主反应区下部、次反应区上部和气室设置。阳极室包括由外至内依次设置的壳体、第一隔板和第二隔板；第一隔板顶部与出气口相连；第一隔板围成的内部空间上部设置有三相分离器，三相分离器设置在第二隔板上方，第一隔板、第二隔板和三相分离器将壳体围成的内部空间分隔成主反应区、次反应区、污泥沉降区和气室。壳体下部向反应器内部方向倾斜；第一隔板下部向第二隔板方向倾斜；第二隔板下部向壳体侧壁方向倾斜；出气口连接气体收集装置；三相分离器为纵剖面为倒立的三角形的挡板，气室通过三相分离器和第一隔板之间的间隙与主反应区及次反应区连通。阳极室的主反应区中，从反应器底部的布液器进入的待处理污水在主反应区底部与污泥剧烈混合，在主反应区高速上流，颗粒污泥层在其中充分膨胀，到达反应器上部颗粒污泥与三相分离器撞击实现气-固-液分离，气体进入气室，大部分的污泥在主反应区下沉停留，少量污泥与水一起进入次反应区，继续发生反应。阳极室的次反应区中，泥水继续反应，水流速度和泥沉降速度方向一致为向下，产生的少量气体方向上，经过三相分离器进入气室，水和泥一起从次反应区的出液口进入污泥沉降区。阳极室的污泥沉降区中，泥水从次反应区流出进入沉淀区，污泥在重力和初速度作用下，继续下滑通过污泥出口进入主反应区底部，水流方向改为上向流，在实现泥水分离的同时将出水流向和污泥流向分开。上述颗粒污泥微生物燃料电池装置中，阳极室内设置有阳极材料，阳极材料为碳刷；阴极室内设置有阴极材料，阴极材料为碳布，碳布包裹在离子交换膜外面；阳极材料和阴极材料通过导线连接；离子交换膜为质子交换膜。优选地，阳极室底部设置有排泥管，进水管联通布液器设置在阳极室底部。优选地，阴极室底部设置有曝气管，为池内好氧颗粒污泥提供所需溶解氧。阴极室设置出液口，上述用于将水排入沉淀室的出液口通过出水管与沉淀室的进液口相连；或者，沉淀室紧邻阴极室的出液口设置，水通过出液口溢流排入沉淀室。优选地，沉淀室设置有用于稳定流态的隔板，隔板靠近沉淀室的进液口竖直设置，以提高泥水分离效果；沉淀室可以为圆柱形或棱柱形，沉淀室底部为泥斗，沉淀室污泥沉降至泥斗中；泥斗底部设置有污泥回流管和排泥管，污泥回流管与阴极室底部连通，部分污泥通过污泥回流管回流到阴极室以保证污泥浓度，剩余污泥由排泥管排掉。本专利技术的颗粒污泥微生物燃料电池装置具有如下有益效果：1、本专利技术的颗粒污泥微生物燃料电池装置不仅可以进行污水处理，而且能够以废水为能源，通过微生物的作用进行产电，达到资源综合合理利用。阳极微生物采用厌氧颗粒污泥，阴极微生物采用好氧颗粒污泥，可极大提高装置有机负荷，负荷较常用的普通厌氧微生物和絮状活性污泥可提高数倍。2、本专利技术的颗粒污泥微生物燃料电池装置，阳极室具有独特的结构，气固、液固在主反应区出液口处，在三相分离器的作用下实现初步分离，液固在次反应区和沉淀区实现充分分离，各区域相对独立，互相干扰小，适于厌氧颗粒污泥生长，沉淀区污泥沉降受气体及水流上升影响较小，避免了三相分离器的入流口和污泥回流口(污泥沉降区底部的污泥出口)的重合，防止上升混合液和回流污泥相互干扰，提高了液-固分流的效果，三相分离效果显著，污泥具有自循环功能，充分利用了反应器的容积，在处理高浓度有机污水时，有机负荷高，能确保厌氧颗粒污泥稳定运行，提高反应器去除有机质的效率，可用于处理高浓度有机污水，解决颗粒污泥、水及气三相分离效果差的问题，获得良好的出水水质。3、本专利技术的颗粒污泥微生物燃料电池装置可以连续进出水，以连续运行方式运行，水力负荷较序批式运行方式显著提高。阴极微生物采用好氧颗粒污泥，不易发生污泥膨胀，便于系统稳定运行。本专利技术装置的操作方法方法简单易行，占地少，投资低，实现连续运行，可处理高浓度有机废水，具有很高的污染物去除效率，具有广阔的工程应用前景。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。具体实施方式如图1所示，一种颗粒污泥微生物燃料电池装置，包括阳极室I、阴极室II和沉淀室III。阳极室I为圆柱形，阴极室II为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种颗粒污泥微生物燃料电池装置，包括阳极室(I)、阴极室(II)和沉淀室(III)，其特征在于，所述阳极室(I)侧壁开孔，所述阳极室(I)的侧壁外部包裹有离子交换膜，所述阴极室(II)环绕所述阳极室(I)设置；所述阳极室(I)设置有用于将水排入到阴极室(II)的出液口(9)；所述阴极室(II)顶部设置有用于将水排入所述沉淀室(III)的出液口(13)；所述阳极室(I)内设置有厌氧颗粒污泥和布液器(2)，所述阴极室(II)内设置有好氧颗粒污泥。
【技术特征摘要】
1.一种颗粒污泥微生物燃料电池装置，包括阳极室(I)、阴极室(II)和沉淀室(III)，其特征在于，所述阳极室(I)侧壁开孔，所述阳极室(I)的侧壁外部包裹有离子交换膜，所述阴极室(II)环绕所述阳极室(I)设置；所述阳极室(I)设置有用于将水排入到阴极室(II)的出液口(9)；所述阴极室(II)顶部设置有用于将水排入所述沉淀室(III)的出液口(13)；所述阳极室(I)内设置有厌氧颗粒污泥和布液器(2)，所述阴极室(II)内设置有好氧颗粒污泥。2.根据权利要求1所述的颗粒污泥微生物燃料电池装置，其特征在于，所述阳极室(I)包括主反应区(A)、次反应区(B)、污泥沉降区(C)和气室(D)，所述气室(D)设置在所述主反应区(A)和次反应区(B)上方，所述气室(D)与所述主反应区(A)和次反应区(B)连通；所述主反应区(A)、次反应区(B)和污泥沉降区(C)分别设置有进液口和出液口，所述气室(D)设置有出气口(8)；所述布液器(2)设置在所述主反应区(A)底部的进液口处，所述主反应区(A)的出液口连接所述次反应区(B)的进液口，所述次反应区(B)的出液口连接所述污泥沉降区(C)的进液口，所述污泥沉降区(C)通过底部的污泥出口与所述反应器底部连通。3.根据权利要求2所述的颗粒污泥微生物燃料电池装置，其特征在于，所述主反应区(A)的出液口设置在所述主反应区(A)顶部，所述次反应区(B)的进液口设置在所述次反应区(B)顶部，所述次反应区(B)的出液口设置在所述次反应区(B)底部；所述污泥沉降区(C)的顶部设置有所述用于将水排入到阴极室(II)的出液口(9)。4.根据权利要求2所述的颗粒污泥微生物燃料电池装置，其特征在于，所述次反应区(B)环绕所述主反应区(A)上部设置，所述污泥沉降区(C)环绕所述主反应区(A)下部、所述次反应区(B)和所述气室(D)设置。5.根据权利要求2所述的颗粒污泥微生物燃料电池装置，其特征在于，所述阳极室(I)包括由外至内依次设置的壳体(7)、第一隔板(5)和第二隔板(4)；所述第一隔板(5)顶部...
【专利技术属性】
技术研发人员：王新刚，张洁，李翀煜，朱晖，孙同帅，代洪亮，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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