一种具有整体污泥收集装置的微生物电化学系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种具有整体污泥收集装置的微生物电化学系统，包括阳极室和阴极室，所述阳极室和阴极室的底部设置有污泥收集装置，所述阳极室、阴极室和污泥收集装置互相连通，污水从阳极室折流进入阴极室。通过对剩余污泥进行整体收集，能避免在多模块生物阴极微生物电化学系统中设立分别针对阴阳极阵列污泥的大量收集单元，同时也便于后续污泥的集中处理。

A Microbial Electrochemical System with Integrated Sludge Collection Device

【技术实现步骤摘要】
一种具有整体污泥收集装置的微生物电化学系统
本专利技术属于污泥处理
，具体涉及一种具有整体污泥收集装置的微生物电化学系统。
技术介绍
微生物电化学系统以微生物为载体或催化剂，以此来促进电池阳极的氧化反应或阴极的还原反应，在能源与资源回收利用及环境污染修复等方面展现出独有的特色。生物阴极型微生物电化学系统主要是依据附着在阴极表面的自养或异养微生物，以电极作为电子供体和能量来源，利用无机碳源和氮源通过自身的新陈代谢还原氧气或其他具有较强氧化性的物质，并同时利用从阳极迁移过来的质子供给自身生长。典型的生物阴极微生物电化学系统为双室构型，在阴阳极室间插入分隔材料，使两极室间形成一定的COD(化学需氧量)梯度和DO(溶解氧)梯度。典型的生物阴极微生物电化学系统如图1所示。传统的分隔材料多采用离子或质子交换膜，但离子/质子交换膜价格昂贵，不适于应用。以大孔径多孔材料作为基体，在水处理设备中自生微生物层形成微生物隔膜，这层膜兼具阻隔氧气与COD在极室间直接扩散的特点，并允许阴阳离子直接透过，可以达到与离子交换膜相同的功能。在具有微生物隔膜的生物阴极微生物电化学系统(图2)中，污水进入厌氧的阳极室，阳极降解大部分COD，阳极出水横向穿过微生物隔膜渗流进入阴极室，阴极室一般通过曝气的方式维持好氧的环境并进一步降低阳极室出水中的少量COD。该系统解决了阴阳极室间的传质与扩散问题，且降低了系统的成本，对于实际应用表现出优势，但仍存在一些不足。微生物隔膜中的生物膜处于脱落与再生的动态平衡中，脱落的生物膜会进入阴阳极室，形成污泥，特别是在好氧型生物阴极系统中，虽然阴极微生物只降解来自阳极室的少量COD，但在溶解氧充足的条件下，好氧微生物代谢旺盛会产生较多的生物质，最终形成大量剩余污泥，产生的污泥可能影响出水水质，甚至引起系统内部或系统管道的堵塞，因此，在实际应用中，系统剩余污泥的排放不容忽视。然而，在目前生物阴极微生物电化学系统中，鲜有对系统污泥进行收集和排放的装置，对电极或极室中多余生物膜(剩余污泥)的方式，大多是采取将电极取出去除生物膜，或者将污泥留存在各自相对隔离的电极室中。人工干预对反应器和电极进行冲刷或刮膜的方式，这样的方式对系统是破坏性的，不利于系统连续稳定操作，对大型化的系统来说不便于操作。而将污泥留在彼此独立的电极室中则对污泥的进一步收集和处理带来挑战。收集污泥需要对各个狭窄电极室设置污泥收集管，结构复杂同时容易堵塞失效。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，针对目前生物阴极微生物电化学系统两极室完全分隔导致的阴阳极污泥收集不便问题，通过改变污水在系统中的流动模式，以及在阴阳极室底部增设整体的污泥收集装置，实现同时收集阴、阳极室及微生物分隔材料上产生的污泥。本专利技术提供一种具有整体污泥收集装置的微生物电化学系统。该系统中通过直接在阴阳极室底部设置跨越阴阳极室的污泥收集装置，避免了设置多余的污泥收集系统，结构简单，便于实际应用。由于增设的污泥收集装置，系统形成了折流的污水流动模式，减小系统的水头损失。同时污泥的良好收集也可以防止污泥在系统中的淤积导致内部堵塞。本专利技术的技术方案是：一种具有整体污泥收集装置的微生物电化学系统，包括阳极室和阴极室，所述阳极室和阴极室的底部设置有污泥收集装置，所述阳极室、阴极室和污泥收集装置互相连通。优选的，污水从阳极室折流进入阴极室。优选的，所述污泥收集装置的形状与所述阳极室和阴极室的底部形状相契合。优选的，所述污泥收集装置的形状为正方体、长方体、圆锥体或棱锥体中的任一种。优选的，所述污泥收集装置并联设置若干个集泥斗。优选的，所述集泥斗设置有排泥口。优选的，所述污泥收集装置的边壁设置为倾斜。优选的，所述污泥收集装置的深度至少为5cm。优选的，所述阳极室的进水口设置有布水堰。优选的，所述阳极室和阴极室包括平板式阴/阳极室或管式阴/阳极室。有益效果：本专利技术对于现有技术的优势在于以下几点，1.微生物电化学耦合水处理系统，底部增设污泥收集装置，混合收集阴阳极室中的剩余污泥：①系统污泥整体收集，避免了每个极室单设集泥斗，便于后续的污泥处理；②使用大孔径多孔材料及其在运行过程中形成的自生微生物隔膜层代替离子/质子交换膜作为生物阴极微生物电化学系统的分隔材料，避免了离子/质子交换膜高额成本，延长了分隔材料的寿命；③系统内水流连通，污水从阳极直接折流到阴极，结构简单，适合大型系统连续运行，减少了管路等冗余结构，避免了系统内部堵塞。2.本专利技术在双室微生物电化学系统阴、阳极室底部直接增设污泥收集装置，混合收集阴、阳极室中的污泥，这使得阳极室、阴极室和污泥收集装置水流连通，能够良好的维持微生物电化学系统阳极产电微生物所需的厌氧环境以及阴极微生物所需的好氧和低COD环境，因此，该系统在混合收集系统整体污泥的同时，能够稳定的产生电能。3.本专利技术通过采用集中的底部污泥收集结构，实现生物阴极型微生物电化学系统中阴阳极室剩余污泥的同时收集。阴阳极污水通过底部增设的集泥斗，也使得阴阳极室在底部连通，污水从阳极室折流进入阴极室，降低系统水头损失。阳极液可直接折流进入阴极，同时采用大孔径多孔材料作为阴阳极分隔介质，利用其在污水浸没和渗透过程中自发产生的微生物及截留物层形成微生物膜分隔介质，截留阳极室的高COD阳极液，以及截留阴极室中的氧气，并能够保持阴阳极室间离子导通。该系统能够对系统污泥进行收集，未增加结构的复杂性，适于构建应用型的生物阴极微生物电化学处理工艺。附图说明图1为典型的生物阴极微生物电化学系统。图2为具有微生物隔膜的生物阴极微生物电化学系统。图3为系统的水力流向示意图。图4为带整体污泥收集装置的微生物电化学系统结构图:a-系统结构图；b-集泥斗结构图；c-进水布水堰及出水口结构图；d-多孔材料及多孔板层结构图。图5为系统涉及的多模块结构形式：a-单阴极室单阳极室构型示意图；b-单阴极室双阳极室构型示意图；c-双阴极室单阳极室构型示意图；d-堆栈系统多个集泥斗并联示意图；e-管式结构俯视图。图6为系统极化曲线与功率密度曲线图。图7为出水COD随时间的变化图。附图标记：1-布水堰，2-阳极室，3-阴极室，4-集泥斗，5-多孔材料，6-多孔板，7-出水口，8-排泥口,9-卡槽。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术所涉及的具有整体污泥收集装置的微生物电化学系统，主要包括使系统均匀布水的布水堰1，阳极室2，阴极室3，集泥斗4，多孔材料5，多孔板6，出水口7，排泥口8。阴阳极室及集泥斗三个区域直接连通，无多余的挡板或导流板，阴阳极室间的分隔材料，直接插入两极室接界处，两侧由多孔板6压合，使用卡槽9固定多孔板6位置，进水通过阳极室上部的布水堰1均匀进入阳极室2，部分通过分隔材料渗流进入阴极，其余部分经过分隔材料底端从阳极折流进入阴极，而后通过阴极上部出水口7流出，阴阳极室中的污泥可直接沉降进入集泥斗4中进行收集，最终通过排泥口8排出系统。本专利技术的系统涉及的结构形式：如图5a-e所示(1)平板式阴/阳极室：①阴阳极室整体状态为平层状结构，但其截面积形态多样，可建本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有整体污泥收集装置的微生物电化学系统，包括阳极室(2)和阴极室(3)，其特征在于，所述阳极室(2)和阴极室(3)的底部设置有污泥收集装置，所述阳极室(2)、阴极室(3)和污泥收集装置互相连通。

【技术特征摘要】
1.一种具有整体污泥收集装置的微生物电化学系统，包括阳极室(2)和阴极室(3)，其特征在于，所述阳极室(2)和阴极室(3)的底部设置有污泥收集装置，所述阳极室(2)、阴极室(3)和污泥收集装置互相连通。2.根据权利要求1所述的一种具有整体污泥收集装置的微生物电化学系统，其特征在于，污水从阳极室折流进入阴极室。3.根据权利要求1所述的一种具有整体污泥收集装置的微生物电化学系统，其特征在于，所述污泥收集装置的形状与所述阳极室(2)和阴极室(3)的底部形状相契合。4.根据权利要求3所述的一种具有整体污泥收集装置的微生物电化学系统，其特征在于，所述污泥收集装置的形状为正方体、长方体、圆锥体或棱锥体中的任一种。5.根据权利要求1所述的一种具有整体污泥收集装置的微生物电化学系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯玉杰，刘淑娟，何伟华，牛娇娇，陈洁，曹梦佳，刘佳，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12