一种强化微污染物降解及产气性能的一体式双室耦合系统技术方案

本发明专利技术公开了一种强化微污染物降解及产气性能的一体式双室耦合系统，涉及到污、废水处理领域。包括：由AnMBR反应池与好氧反应池结合形成的反应器本体、水循环恒温自控装置、进出水水箱、进出水管路、曝气装置、及PLC自动控制终端。所述AnMBR反应池内设纤维膜组件、阳极；所述好氧反应池内设阴极；阴、阳极间设电阻箱，均用铜丝连接；耦合系统外设恒温自控装置；耦合系统外壁下端设进水口，出水在所述纤维膜组件上端；AnMBR反应池与好氧反应池之间设置连通桥，加装质子交换膜；所述曝气装置包括曝气盘、气泵，均用气管连接。采用本发明专利技术有益效果是：提高了厌氧膜生物反应器微污染物的去除以及产气性能。

【技术实现步骤摘要】
一种强化微污染物降解及产气性能的一体式双室耦合系统
本专利技术涉及污水处理及新能源开发领域，特别涉及一种强化微污染物降解及产气性能的一体式双室MFC-AnMBR耦合系统。
技术介绍
随着经济全球化的发展，环境污染与能源短缺问题日益严重，尤其是废水中微污染物去除效率低，排入到水体环境中对生态环境和人类健康造成危害。目前，传统的污、废水处理工艺技术普遍存在处理效率低，高能耗以及废水中能源回收率低等问题，且容易对水体造成二次污染。因此，研究开发高效率、低成本、资源化的污、废水处理技术具有重要意义。近年来，微生物燃料电池(MicrobialFuelCell，MFC)由于能够有效利用废水中的化学能受到了广泛的关注。微生物燃料电池是一种能同时实现废水治理与产电的新型水处理技术，属于微生物电化学系统领域，其原理是利用微生物的催化代谢作用将水体中有机污染物降解为无机物，同时产生电能。传统双室MFC由阳极室和阴极室组成，两室之间通过PEM膜相隔。其主要原理是以阳极微生物作催化剂氧化底物，如葡萄糖、乙酸钠等，产生电子、质子和二氧化碳。电子通过介体传递到阳极极板，并通过外电路负载到达阴极，质子通过PEM由阳极到达阴极，氧化剂(如氧气)在阴极得到电子而被还原，从而形成回路，产生电流，形成内部电场。尽管MFC具有降解有机物及产生电能的双重作用，但其广泛应用仍受到产电效率低及运行成本高的制约。同时，近年来各种高效且实用的污、废水处理工艺逐渐发展起来，其中膜生物反应器(MembraneBioreactor，MBR)，特别是厌氧膜生物反应器(AnaerobicMembraneBioreactor，AnMBR)受到了广泛的关注与研究。与传统厌氧工艺相比，AnMBR提高了厌氧微生物的降解能力，延长了污泥停留时间，可以保证更好的出水质量。因此AnMBR具有能耗低、产生的生物气可回收利用、运行成本低以及剩余污泥量少等优势，能够有效制约水处理过程中环境污染与能源短缺的问题。但污/废水中抗生素和激素等微污染物的存在，会对AnMBR厌氧处理系统中微生物的活性以及多样性产生影响，从而抑制微生物对有机物的去除和降低沼气能源的产生。同时污/废水中微污染物的存在会影响AnMBR厌氧污泥性质和微生物群落结构，例如刺激微生物分泌更多的胞外聚合物EPS和产生更多的溶解性微生物产物SMP，从而导致膜污染速率加快，膜污染周期缩短。如何既能提高废水中微污染物去除，又能增加沼气能源产生、延缓和控制膜污染，是推动AnMBR应用于废水中资源回收发展的关键。将双室MFC与AnMBR进行耦合，既发挥AnMBR高MLSS降解与吸附微污染有机物、产生清洁能源的优势，又可发挥MFC引入电场增强系统稳定性及延长系统运行周期的优势，达到水体中微污染物的高效去除、生物产气量上升并循环利用、系统运行稳定的三重目的。从而推动微生物电化学系统与厌氧废水处理技术在污、废水处理及新能源开发领域的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种强化微污染物降解及产气性能的一体式双室MFC-AnMBR耦合系统。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种强化微污染物降解及产气性能的一体式双室耦合系统，包括：进水水箱、AnMBR反应池、好氧反应池、出水水箱、曝气装置、进出水管路水循环恒温自控装置和PLC自动控制系统，所述AnMBR反应池与好氧反应池设置连通桥，所述连通桥内设置质子交换膜；所述AnMBR反应池内设置中空纤维膜膜组件，所述中空纤维膜膜组件上端设有出水调节管路与好氧反应池连通，所述出水调节管路上设有记录仪和调节蠕动泵；所述好氧反应池与出水水箱经出水管路连通，所述出水管路上设有出水蠕动泵；所述AnMBR反应池内设有阳极经可变电阻箱与好氧反应池内的阴极连接。所述曝气装置包括生物气循环曝气软管、气体压缩机、生物气曝气盘、曝气软管、气泵、曝气盘；所述生物气循环曝气软管前端连接在AnMBR反应池顶端，生物气循环曝气软管末端通过AnMBR反应池侧壁底端进入AnMBR反应池内与生物气曝气盘连接，生物气循环曝气软管前、末端之间连接气体压缩机，AnMBR反应池产生的甲烷气体由此进行循环；所述曝气软管前端连接在好氧反应池顶端，曝气软管末端通过好氧反应池侧壁底端进入好氧反应池内与曝气盘连接，曝气软管前、末端之间连接空气气泵，好氧反应池内进行氧气循环。所述PLC自动控制系统包括进水控制管路、调节控制管路、生物气循环管路、出水控制管路、TMP无纸记录仪及PLC自动控制终端；所述PLC自动控制终端连接进水控制管路、调节控制管路、生物气循环管路、出水控制管路。所述水循环恒温自控装置包括AnMBR反应池进水软管、好氧反应池进水软管、AnMBR反应池出水软管、好氧反应池出水软管及恒温自控终端；所述恒温自控终端实时监测循环水温度，并经由AnMBR反应池进水软管、好氧反应池进水软管、AnMBR反应池出水软管、好氧反应池出水软管对AnMBR反应池及好氧反应池进行无间断控温；所述AnMBR反应池与好氧池的恒温自控装置独立存在，互不影响。所述连通桥加装质子交换膜，所述PEM质子交换膜使得AnMBR反应池内产生的氢离子传达至好氧反应池内，与好氧反应池内的氢氧根离子结合，生成H2O；所述连通桥为连接AnMBR反应池与好氧反应池的通道，为密封环境。所述AnMBR反应池内设置阳极电极，阳极材料选用成型性强、吸附能力强的碳毡；所述好氧反应池内设置阴极电极，阴极材料与阳极材料相同。所述阳极电极与所述阴极电极通过铜丝连接，同时外部连接电阻箱；所述外接电阻箱阻值调节范围为10～10000Ω的可变电阻箱。所述中空纤维膜膜组件包括起过滤作用的膜丝及起固定作用的高分子聚合材料配件；所述中空纤维膜膜组件浸没在液面下方，悬空放置于所述AnMBR反应池内。述一体式双室MFC-AnMBR耦合系统材质均为有机玻璃，连接所述一体式双室MFC--AnMBR耦合系统的管路均采用PE软管。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术高径比设置为2：1，不仅能使厌氧污泥与污水充分混合，而且也利于布设膜组件及电极。(2)本专利技术通过微生物代谢活性增强和电场刺激作用以及膜组件截留作用，可提高微污染物去除、增产沼气的效果。(3)本专利技术利用生物电场可降低膜组件表面饼层的致密性与稳定性，有效减缓膜污染。(4)本专利技术设置水循环恒温自控装置，确保两个反应池的运行温度不受外界天气影响。(5)本专利技术外接电阻选值小，提高了微生物降解有机物的速率及阳极表面产电菌的氧化能力。(6)本专利技术耐冲击负荷高，相较于传统废水处理工艺还可有效去除高浓度有机污染物。(7)本专利技术污泥产量较少，降低了污泥处理处置的成本。(8)本专利技术电极材料选择碳毡，耦合系统整体电损失小。(9)本专利技术通过内部电场作用，可有效提高生物产气量，水中溶解性甲烷含量少，产出的生物气可用于循环曝气，节约投资成本。附图说明图1是本专利技术结构原理图，图2是本专利技术PLC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强化微污染物降解及产气性能的一体式双室耦合系统，包括：进水水箱(1)、AnMBR反应池(4)、好氧反应池(5)、出水水箱(16)、曝气装置、进出水管路水循环恒温自控装置(34)和PLC自动控制系统，其特征在于：所述AnMBR反应池(4)与好氧反应池(5)设置连通桥(20)，所述连通桥内设置质子交换膜(21)；所述AnMBR反应池(4)内设置中空纤维膜膜组件(10)，所述中空纤维膜膜组件上端设有出水调节管路(13)与好氧反应池(5)连通，所述出水调节管路(13)上设有记录仪(11)和调节蠕动泵(12)；所述好氧反应池(5)与出水水箱(16)经出水管路(14)连通，所述出水管路(14)上设有出水蠕动泵(15)；所述AnMBR反应池(4)内设有阳极(8)经可变电阻箱(7)与好氧反应池(5)内的阴极(9)连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种强化微污染物降解及产气性能的一体式双室耦合系统，包括：进水水箱(1)、AnMBR反应池(4)、好氧反应池(5)、出水水箱(16)、曝气装置、进出水管路水循环恒温自控装置(34)和PLC自动控制系统，其特征在于：所述AnMBR反应池(4)与好氧反应池(5)设置连通桥(20)，所述连通桥内设置质子交换膜(21)；所述AnMBR反应池(4)内设置中空纤维膜膜组件(10)，所述中空纤维膜膜组件上端设有出水调节管路(13)与好氧反应池(5)连通，所述出水调节管路(13)上设有记录仪(11)和调节蠕动泵(12)；所述好氧反应池(5)与出水水箱(16)经出水管路(14)连通，所述出水管路(14)上设有出水蠕动泵(15)；所述AnMBR反应池(4)内设有阳极(8)经可变电阻箱(7)与好氧反应池(5)内的阴极(9)连接。


2.根据权利要求书1所述的一种强化微污染物降解及产气性能的一体式双室耦合系统，其特征在于：所述曝气装置包括生物气循环曝气软管(18)、气体压缩机(17)、生物气曝气盘(19)、曝气软管(23)、气泵(24)、曝气盘(22)；所述生物气循环曝气软管前端连接在AnMBR反应池顶端，生物气循环曝气软管末端通过AnMBR反应池侧壁底端进入AnMBR反应池内与生物气曝气盘连接，生物气循环曝气软管前、末端之间连接气体压缩机，AnMBR反应池产生的甲烷气体由此进行循环；所述曝气软管前端连接在好氧反应池顶端，曝气软管末端通过好氧反应池侧壁底端进入好氧反应池内与曝气盘连接，曝气软管前、末端之间连接空气气泵，好氧反应池内进行氧气循环。


3.根据权利要求书1所述的一种强化微污染物降解及产气性能的一体式双室耦合系统，其特征在于：所述PLC自动控制系统包括进水控制管路(25)、调节控制管路(26)、生物气循环管路(28)、出水控制管路(27)、TMP无纸记录仪(11)及PLC自动控制终端(29)；所述PLC自动控制终端(29)连接进水控制管路(25)、调节控制管路(26)、生物气循环管路(28)、出水控制管路(27)。


4.根据权利要求书1所述的一种强化微污染物降解及产气性能的一体式双室耦合系统，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新波，郝元坤，程衍斌，刘颖，温海涛，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：天津;12