一种基于藻菌共生电化学体系的污水处理装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于藻菌共生电化学体系的污水处理装置及其方法，其采用H型微生物燃料电池构型，阴极室与阳极室通过质子交换膜连接，阳极电极为碳毡材质，表面附着有厌氧微生物膜；阴极电极为钛镀钌铱网状电极，表面附着有微藻生物膜，中部填料附着有好氧生物膜。阴阳极之间设置有电容器，夜间微藻光合作用停止时释放白天储存的电能驱动装置运行，实现污染物的持续、高效去除以及微藻的有效回收。本发明专利技术通过耦合藻菌共生体系与微生物燃料电池，同步去除污水中的氮、磷、有机物，具有处理成本低、运行流程简单、能源利用率高的特点，克服了传统污水处理技术耗时、耗电的缺陷以及普通微生物燃料电池产电效率低、处理效能差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于藻菌共生电化学体系的污水处理装置及其方法
本专利技术属于水污染控制领域，具体涉及一种基于藻菌共生电化学体系的污水处理装置及其方法。
技术介绍
针对市政和工业废水处理，目前广泛采用的仍是好氧和厌氧生物处理两种方法。好氧生物处理工艺能量消耗大、运行费用高；传统的厌氧生物处理工艺运行费用低，但处理周期长、能源回收难。微生物燃料电池(MFC)是一种利用微生物体作为催化剂将有机物质及无机物质氧化并产生电能的装置，近年来在废水处理领域展现出较大的应用潜力，主要表现为：可利用有机废物发电、污泥产量少、能量转换效率高、节省曝气等。然而，MFC的工业化应用还面临着产电功率低、缓冲能力弱、处理效能差、阴极易极化、质子交换膜与电极易污染等问题。
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，结合厌氧、好氧反应机制，提供一种基于藻菌共生电化学体系的污水处理装置及其方法，能够高效稳定地处理污水中的氮、磷和有机物。本专利技术采用的具体技术方案如下：一种基于藻菌共生电化学体系的污水处理装置，其包括阳极室、阴极室和微藻回收装置；所述阳极室为密闭结构，其上部通过进水管与外部的给水装置相连通，顶部开设有能与外界连通的排气口；阳极室中固定有表面用于附着厌氧微生物膜的阳极电极，内底部设有若干搅拌桨；阳极室通过质子交换膜与透明的阴极室连通；所述阴极室中固定有表面用于附着微藻生物膜的阴极电极，内底部均匀设有曝气装置；所述阴极电极为内部填充若干填料的筒型网状电极，填料用于附着好氧生物膜；所述阳极电极与阴极电极之间通过导线串联有可变电阻与电容器；所述阴极室的底部通过出水管与微藻回收装置连通；微藻回收装置的底部铺设有滤网，滤网的上方设有离心搅拌器；位于滤网上方的微藻回收装置侧壁上开设有排水口，通过排水管与外部相连通。作为优选，所述进水管上还设有水泵和进水阀门；阳极室与阴极室之间设有连接阀门，出水管上设有出水阀门。作为优选，所述阳极电极为碳毡材质。作为优选，所述厌氧微生物膜为地杆菌或希瓦氏菌。作为优选，所述阴极室分别与多个阳极室并联连通，以适应不同的水质。作为优选，所述阴极电极为钛镀钌铱电极。作为优选，所述阴极室内设有用于监测氧含量的溶氧仪。作为优选，所述阳极电极与阴极电极之间通过导线连接有数据采集器。作为优选，所述阴极室的材质为有机玻璃。本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述任一污水处理装置处理污水中氮、磷和有机物的方法，具体如下：1)在所述污水处理装置使用前，将阳极室内的阳极电极上接种经有机废水厌氧处理反应器驯化后的厌氧污泥；将阴极室内的阴极电极表面上接种微藻生物膜，填料上接种好氧微生物膜；通过进水管向阳极室和阴极室内注入待处理的污水，并将阳极室作密封处理；当阳极电极和阴极电极之间的电压及污染物去除率持续稳定后，排空污水处理装置中的污水，完成生物膜的驯化过程；2)将待处理的污水通过进水管通入阳极室，利用重力作用和搅拌桨的搅拌作用实现污水的充分混匀以及污水与厌氧微生物膜的充分接触；厌氧微生物膜通过厌氧消化作用氧化污水中的有机物，产生的甲烷气体通过排气口排出收集；厌氧微生物膜氧化有机物的同时产生电子和质子，电子通过导线流至阴极电极从而产生电流，质子通过质子交换膜到达阴极室；3)经阳极室处理后的污水通过质子交换膜进入阴极室，阴极电极表面附着的微藻生物膜利用二氧化碳和污水中的氮和磷进行光合作用产生氧气，合成自身生命体的同时与好氧微生物膜共同构成藻菌共生体系以去除污水中的氮和磷；微藻生物膜产生的氧气为阴极室内的还原反应提供电子，与从阳极室进入的质子结合生成水，驱动阳极电极对有机物的降解过程，产生的电能储存在电容器中；4)夜间，微藻生物膜的光合作用停止，电容器将白天储存的电能释放，强化夜间藻菌共生体系对污水的处理作用，实现白天-夜间的不间断废水处理；阴极室中硝化作用产生的硝酸盐可代替氧气作为电子受体驱动阳极电极对有机物的降解；当微藻生物膜生命力不足或夜间产能低于目标值时，启动阴极室底部的曝气装置进行曝气充氧作用；5)经过阴极室处理后的污水进入微藻回收装置，通过离心搅拌器对污水进行离心作用，随后静置使污水中含有的包括微藻在内的杂质分离沉降，杂质被截留在滤网上；经微藻回收装置处理后的污水从排水管排出，实现污水中氮、磷和有机物的去除过程。本专利技术相对于现有技术而言，具有以下有益效果：1)本专利技术结合了传统好氧、厌氧生物处理技术的高效去除能力以及藻菌共生净化污水的协同机制，进一步优化了微生物燃料电池的效能，实现同步去除水中的氮、磷、有机物；2)本专利技术针对不同有机物浓度的进水，可以通过调整阳极室内的水力停留时间或并联阳极室来实现不同水质有机物的高效去除；3)本专利技术通过在阴极、阳极间接有电容器，将白天储存的电能用于强化夜间的藻菌共生电化学体系，实现白天、夜间的不间断高效废水处理；4)本专利技术能够通过驯化、接种不同种类的微生物(如可降解抗生素、吸附重金属的细菌等)来实现多种类型污水的处理；5)本专利技术能够对生长过量的微藻进行回收，用作生物质能源产品的制造；6)本专利技术具有去污效率高、处理流程简单、运行成本低的特点。附图说明图1为本专利技术装置的结构示意图；图2为本专利技术装置的俯视图；图3为阴极电极的剖面结构示意图；图中附图标记为：1-进水管，2-水泵，3-进水阀门，4-阳极室，5-阳极电极，6-厌氧微生物膜，7-搅拌桨，8-质子交换膜，9-连接阀门，10-导线，11-电容器，12-可变电阻，13-阴极电极，14-微藻生物膜，15-阴极室，16-曝气装置，17-溶氧仪，18-出水管，19-出水阀门，20-排气口，21-数据采集器，22-填料，23-好氧微生物膜，25-微藻回收装置，26-滤网，27-离心搅拌器，28-排水管。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步阐述和说明。本专利技术中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。如图1和2所示，为本专利技术提供的一种基于藻菌共生电化学体系的污水处理装置，该污水处理装置采用H型微生物燃料电池构型，包括厌氧的阳极室4、好氧的阴极室15和用于回收微藻的微藻回收装置25，各组件的具体结构如下：阳极室4为内部具有腔室的密闭结构，阳极室4的上部开设有进水口，进水口外接进水管1并与外部的给水装置相连通，进水管1上还设有水泵2和进水阀门3，水泵2用于为阳极室4的进水提供动力，进水阀门3用于控制污水进入阳极室4的进水流量。阳极室4的顶部开设有排气口20，通过排气口20的设置能使阳极室4的内部腔室与外界相连通，排气口20上设置有开关阀门，能够控制排气口20的开闭。阳极室4的内部腔室中还固定有阳极电极5，阳极电极5的表面用于附着厌氧微生物膜6，即富集充足的厌氧电活性细菌，如地杆菌、希瓦氏菌等。为了使阳极电极5更好的为微生物提供附着位点，阳极电极5可以采用多孔的碳毡材质，碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于藻菌共生电化学体系的污水处理装置，其特征在于，包括阳极室(4)、阴极室(15)和微藻回收装置(25)；/n所述阳极室(4)为密闭结构，其上部通过进水管(1)与外部的给水装置相连通，顶部开设有能与外界连通的排气口(20)；阳极室(4)中固定有表面用于附着厌氧微生物膜(6)的阳极电极(5)，内底部设有若干搅拌桨(7)；阳极室(4)通过质子交换膜(8)与透明的阴极室(15)连通；所述阴极室(15)中固定有表面用于附着微藻生物膜(14)的阴极电极(13)，内底部均匀设有曝气装置(16)；所述阴极电极(13)为内部填充若干填料(22)的筒型网状电极，填料(22)用于附着好氧生物膜(23)；所述阳极电极(5)与阴极电极(13)之间通过导线(10)串联有可变电阻(12)与电容器(11)；/n所述阴极室(15)的底部通过出水管(18)与微藻回收装置(25)连通；微藻回收装置(25)的底部铺设有滤网(26)，滤网(26)的上方设有离心搅拌器(27)；位于滤网(26)上方的微藻回收装置(25)侧壁上开设有排水口，通过排水管(28)与外部相连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于藻菌共生电化学体系的污水处理装置，其特征在于，包括阳极室(4)、阴极室(15)和微藻回收装置(25)；
所述阳极室(4)为密闭结构，其上部通过进水管(1)与外部的给水装置相连通，顶部开设有能与外界连通的排气口(20)；阳极室(4)中固定有表面用于附着厌氧微生物膜(6)的阳极电极(5)，内底部设有若干搅拌桨(7)；阳极室(4)通过质子交换膜(8)与透明的阴极室(15)连通；所述阴极室(15)中固定有表面用于附着微藻生物膜(14)的阴极电极(13)，内底部均匀设有曝气装置(16)；所述阴极电极(13)为内部填充若干填料(22)的筒型网状电极，填料(22)用于附着好氧生物膜(23)；所述阳极电极(5)与阴极电极(13)之间通过导线(10)串联有可变电阻(12)与电容器(11)；
所述阴极室(15)的底部通过出水管(18)与微藻回收装置(25)连通；微藻回收装置(25)的底部铺设有滤网(26)，滤网(26)的上方设有离心搅拌器(27)；位于滤网(26)上方的微藻回收装置(25)侧壁上开设有排水口，通过排水管(28)与外部相连通。


2.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述进水管(1)上还设有水泵(2)和进水阀门(3)；阳极室(4)与阴极室(15)之间设有连接阀门(9)，出水管(18)上设有出水阀门(19)。


3.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述阳极电极(5)为碳毡材质。


4.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述厌氧微生物膜(6)为地杆菌或希瓦氏菌。


5.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述阴极室(15)分别与多个阳极室(4)并联连通，以适应不同的水质。


6.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述阴极电极(13)为钛镀钌铱电极。


7.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述阴极室(15)内设有用于监测氧含量的溶氧仪(17)。


8.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述阳极电极(5)与阴极电极(13)之间通过导线(10)连接有数据采集器(21)。


9.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述阴极室(15)的材质为有机玻璃。...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴东雷，张舒迟，陈旭，谈梦宇，董家裕，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33