空气阴极生物电化学系统辅助正渗透膜生物反应器的水处理装置及水处理方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种空气阴极生物电化学系统辅助正渗透膜生物反应器的水处理装置及水处理方法，水处理装置的反应池包括阳极室和汲取液室，两者通过正渗透膜分隔；阳极室一侧设有空气阴极，其与阳极室通过玻璃纤维膜分隔。水处理方法中，阳极室的厌氧污泥降解有机物质产生电子传递到阴极；阴极处的氧气与电子、质子结合生成水，此过程产生电能；阴极处同时发生硝化过程，电流驱动硝酸根离子迁移到厌氧阳极处，阳极的厌氧微生物利用反渗的有机汲取液作为反硝化的碳源，将硝酸根反硝化成为氮气；阳极室中的部分水分子通过正渗透膜进入汲取液侧。本发明专利技术脱氮效率高，能够降低进料液侧出水中的污染物浓度；此外，空气阴极无需曝气，节约能源，降低成本。降低成本。降低成本。

【技术实现步骤摘要】
空气阴极生物电化学系统辅助正渗透膜生物反应器的水处理装置及水处理方法


[0001]本专利技术涉及水处理
，具体涉及一种空气阴极生物电化学系统辅助正渗透膜生物反应器的水处理装置，同时还涉及一种空气阴极生物电化学系统辅助正渗透膜生物反应器的水处理方法。

技术介绍

[0002]正渗透膜生物反应器(Osmotic Membrane Bioreactors，OMBR)是一种基于膜的处理技术，可通过正渗透(Forward Osmosis,FO)从废水中回收高质量的水。微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells，MFCs)能够利用产电微生物作为催化剂降解废水中的污染物，同时将废水污染物中的化学能直接转换为电能。渗透型微生物燃料电池系统是将正渗透膜与传统微生物燃料电池相结合，主要应用于解决OMBR的膜污染的问题和提高系统的渗透性能。其中，正渗透膜是不对称结构，由活性层和支撑层组成，靠近支撑层的一侧放置高浓度溶液作为汲取液，靠近活性层的一侧放置低浓度的原料液，在浓度差的作用下产生渗透压，驱使原料液侧的水透过半渗透膜，汲取液被稀释，后续可以对稀释汲取液进行分离，得到纯净的出水。若将OMBR连接到微生物电解池(MEC)，能够达到减少电场下的膜污染的技术效果。在MEC
‑
FO系统中，MEC从高强度合成废水中回收的铵作为驱动溶质应用于随后的FO装置中，该装置从MEC获得回用水的同时回收了氨氮。但是到目前为止，尚未研究BES(生物电化学)来提升基于FO的处理系统中的脱氮效率低的问题。

技术实现思路
<br/>[0003]专利技术目的：针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种空气阴极生物电化学系统辅助正渗透膜生物反应器的水处理装置，本专利技术的另一目的是提供一种空气阴极生物电化学系统辅助正渗透膜生物反应器的水处理方法。
[0004]技术方案：一种空气阴极生物电化学系统辅助正渗透膜生物反应器的水处理装置，包括反应池，所述反应池包括阳极室和汲取液室，阳极室与汲取液室之间通过正渗透膜分隔；所述阳极室一侧设有空气阴极，空气阴极与阳极室之间通过玻璃纤维膜分隔；所述正渗透膜靠近阳极室的一侧为进料侧，靠近汲取液室的一侧为汲取液侧；所述阳极室内设有阳极，阳极与外部数据采集卡的正极相连；阳极室的底部具有进水口，顶部具有出水口。
[0005]进一步的，还包括原料液罐，原料液罐内盛放阳极电解液，阳极电解液为含活性污泥的市政污水或人工配水；所述进水口和出水口分别通过管路与原料液罐相连。所述原料液罐与进水口之间的管路上设有第一蠕动泵，第一蠕动泵将原料液罐内的阳极电解液泵入阳极室内，阳极电解液再通过出水口流出循环至原料液罐内。
[0006]进一步的，还包括汲取液罐，汲取液罐内盛放汲取液，汲取液为乙酸钠；汲取液进口和汲取液出口分别通过管路与汲取液罐相连。所述汲取液进口与汲取液罐相连的管路上设有第二蠕动泵，第二蠕动泵将汲取液罐内的汲取液泵入至汲取液室内，汲取液通过汲取
液出口排出。
[0007]进一步的，所述汲取液室和/或阳极室的底部设有搅拌装置。
[0008]进一步的，所述正渗透膜的活性侧朝向阳极室。
[0009]优选的，所述阳极材料为碳刷。所述空气阴极材料为防水碳纸。
[0010]一种基于所述水处理装置的水处理方法，包括如下步骤：
[0011]S1:将阳极与外部数据采集卡的正极相连，阴极与外部数据采集卡的负极相连，将阳极电解液泵入阳极室，将汲取液泵入汲取液室，汲取液和阳极电解液以预设循环流速运行，阳极室内序批次进水；所述阳极电解液为包含厌氧污泥降解有机物质的市政污水或人工配水，汲取液为乙酸钠；
[0012]S2:阳极室里的厌氧污泥降解有机物质，产生电子通过外电路传递到阴极；空气阴极处，扩散的氧气与电子、质子结合生成水，此过程产生电能；空气阴极处同时发生硝化过程，将氨氮氧化成硝氮，电流驱动硝酸根离子迁移到厌氧阳极处，阳极的厌氧微生物利用反渗的有机汲取液作为反硝化的碳源，将硝酸根反硝化成为氮气；阳极室中的部分水分子通过正渗透膜进入汲取液侧。
[0013]有益效果：
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：
[0015]为了减缓OMBR的脱氮效率低的问题，本专利技术提出了一种同步硝化反硝化作用以及正渗透膜生物反应器盐反渗补充碳源强化反硝化的装置及方法，其采用硝化细菌、反硝化细菌，产电微生物的耦合共同作用。OMBR的原料侧既是生物反应主体，也是生物电化学系统的阳极，通过产电作用驱动在阴极氧化得到的硝酸根进入阳极室发生反硝化，实现脱氮，BES协助作用使得汲取液反渗到进料液侧的有机汲取液被用于产电，提高了OMBR微生物去污能力。此外，OMBR可以将有机物和氨氮浓缩在进料溶液中并强化生物电化学系统产电，同时强化系统的同步硝化反硝化作用，从而提高脱氮效率，降低进料液侧出水中的污染物浓度。此外，空气阴极无需曝气，节约能源，降低成本。
附图说明
[0016]图1是空气阴极生物电化学系统辅助正渗透膜生物反应器的水处理装置的结构图；
[0017]图2是图1中反应池的结构图。
具体实施方式
[0018]下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术。
[0019]如图1、图2所示，本专利技术的空气阴极生物电化学系统辅助正渗透膜生物反应器的水处理装置包括反应池1、原料液罐2、汲取液罐3以及连通管路。
[0020]反应池1包括两个隔室，阳极室101和汲取液室103，在阳极室101一侧设有一个空气阴极102，两个隔室体积均为50ml，空气阴极碳纸的表面积为0.0025m2；空气阴极102与阳极室101之间通过玻璃纤维膜104分隔，阳极室101与汲取液室103之间通过正渗透膜105分隔，正渗透膜105靠近阳极室101的一侧为进料侧，靠近汲取液室103的一侧为汲取液侧。本实施例中，正渗透膜105为总渗透面积0.0025m2的薄膜复合膜，其活性侧朝向阳极室101，正
渗透膜105和玻璃纤维膜104可采用现有技术中常规产品。
[0021]阳极室101内设有阳极106，阳极106材料为碳刷(可以是非防湿的)，阳极106通过导线与外部数据采集卡的正极相连。阳极室101的底部具有进水口107，顶部具有出水口108，进水口107和出水口108分别通过管路与原料液罐2相连。原料液罐2内盛放阳极电解液，阳极电解液可以是含活性污泥的市政污水或人工配水。原料液罐2与进水口107之间的管路上设有第一蠕动泵4，第一蠕动泵4将原料液罐内2的阳极电解液泵入阳极室101内，阳极电解液再通过出水口108流出循环至原料液罐2内。
[0022]空气阴极102的阴极材料优选为涂布有气体扩散层、支撑层和碳基层的5cm
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5cm防水碳纸(河森HCP135)。
[0023]汲取液室103的底部具有汲取液进口109，顶部具有汲取液出口110，汲取液进口109和汲取液出口110分别通过管路与汲取液罐3相连，汲取液进口109与汲取液罐3相连的管路上设有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空气阴极生物电化学系统辅助正渗透膜生物反应器的水处理装置，其特征在于：包括反应池(1)，所述反应池(1)包括阳极室(101)和汲取液室(103)，阳极室(101)与汲取液室(103)之间通过正渗透膜(105)分隔；所述阳极室(101)一侧设有空气阴极(102)，空气阴极(102)与阳极室(101)之间通过玻璃纤维膜(104)分隔；所述正渗透膜(105)靠近阳极室(101)的一侧为进料侧，靠近汲取液室(103)的一侧为汲取液侧；所述阳极室(101)内设有阳极(106)，阳极(106)与外部数据采集卡的正极相连；阳极室(101)的底部具有进水口(107)，顶部具有出水口(108)。2.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于：还包括原料液罐(2)，原料液罐(2)内盛放阳极电解液，阳极电解液为含活性污泥的市政污水或人工配水；所述进水口(107)和出水口(108)分别通过管路与原料液罐(2)相连。3.根据权利要求2所述的水处理装置，其特征在于：原料液罐(2)与进水口(107)之间的管路上设有第一蠕动泵(4)，第一蠕动泵(4)将原料液罐内(2)的阳极电解液泵入阳极室(101)内，阳极电解液再通过出水口(108)流出循环至原料液罐(2)内。4.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于：还包括汲取液罐(3)，汲取液罐(3)内盛放汲取液，汲取液为乙酸钠；汲取液进口(109)和汲取液出口(110)分别通过管路与汲取液罐(3)相连。5.根据权利要求4所述的水处理装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉立，吴忧，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：