一体化MFC-DMBR耦合装置

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种一体化MFC-DMBR耦合装置。

背景技术

膜生物反应器(MBR)具有出水水质好、占地面积小、污泥产量低等优点，其工程应用在2009～2012年间达到鼎盛，一度有取代活性污泥法的趋势。但是自2012年以后，MBR在全球的工程应用数量迅速下降，近两年的新增应用数量仅为鼎盛时期的10％左右，究其原因，高能耗和膜污染是限制MBR发展的主要因素。因此，有效控制膜污染、大幅度降低能耗依然是目前MBR领域迫切需要解决的问题。

近年来，一些学者尝试将动态膜技术引入MBR，利用廉价的粗孔材料(例如无纺布、滤布、尼龙网、不锈钢丝网等)代替昂贵的超滤/微滤膜，利用运行过程中在粗孔材料表面形成的滤饼层(即动态膜)实现固/液分离，进而开发出了一种新型工艺-动态膜生物反应器(DMBR)，该反应器保留了传统MBR的大部分优点，同时也在一定程度上克服了传统MBR高成本、高能耗的缺点，目前已成为研究的热点。此外，微生物燃料电池(MFC)是一种利用微生物作催化剂，将有机物中的化学能转化为电能的装置。由于能够在去除有机物的同时回收电能，近年来MFC备受人们的青睐。

在此基础上，一些研究人员尝试将MFC与MBR进行耦合，这在提高出水水质、减缓膜污染、降低能耗等方面均取得了很好的效果。但是，该耦合技术无法从根本上解决由微滤(或超滤)膜材料本身所带来的高能耗与膜污染问题。

发明内容

本发明在将MFC与DMBR进行有机结合的基础上，提出了一体化MFC-DMBR耦合工艺装置，能够在MFC-MBR的基础上进一步降低能耗、减缓膜污染，对有效解决MBR的高能耗与膜污染问题、推动其应用进程有重要意义。

本发明是这样实现的，一体化MFC-DMBR耦合装置，该装置包括调节池、厌氧阳极池、好氧阴极池、曝气池；所述厌氧阳极池、好氧阴极池之间设置为阳离子交换膜，所述厌氧阳极池内设有产电微生物、碳毡以及搅拌器，所述好氧阴极池内设有不锈钢丝网，在所述装置运行设定时间后，该不锈钢丝网上形成具有固/液分离作用的动态膜，经动态膜过滤后的出水由出水管自流流出；所述曝气池内设有气泵驱动的曝气头；

该装置还包括PLC控制器，该PLC控制器正、负极分别与不锈钢丝网、碳毡电连接；其中，

污水进入调节池并下行进入厌氧阳极池底部，厌氧阳极池的污水上行并溢流到好氧阴极池，好氧阴极池的污水下行并进入到曝气池底部，曝气池的污水上行且在曝气气泡的提气作用下回流到好氧阴极池中。

优选地，该装置还包括污泥回流泵驱动的污泥回流管路，该管路的入口端对接好氧阴极池底部、出口端对接调节池池壁上部；其中，污水与回流的污泥形成的混合液进入调节池中。

优选地，所述PLC控制器、不锈钢丝网之间的连接电路上串联有外接电阻。

优选地，所述不锈钢丝网的网眼孔径为25～100um。

本发明克服现有技术的不足，提供一种一体化MFC-DMBR耦合装置，原水由进水管进入调节池与回流污泥混合，混合液自池底进入厌氧阳极池，污水中的有机物通过阳极池中产电微生物的催化作用降解生成CO

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明装置的生物降解能力强，出水水质好；

(2)本发明装置中胞外聚合物(EPS)含量低，能够有效控制膜污染；

(2)本发明装置中微生物絮体、EPS等一般都带负电，MFC产生的电场可以有效降低这些物质在滤饼层中的累积，减缓膜污染；

(3)本发明采用不锈钢丝网做膜基材(其他很多材料都能做动态膜的基材)，成本低；

(4)不锈钢丝网的孔径一般为25～100um，膜孔阻力小，动态膜组件可以自流出水，节省电耗；

(5)MFC产生的电能可以抵消一部分耦合装置运行过程中的电能，系统的整体能耗低；

(6)通过污泥回流交替形成“好氧-缺氧-厌氧”环境，因此，本发明装置具有良好的脱氮除磷能力。

附图说明

图1是本发明一体化MFC-DMBR耦合工艺装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开了一种一体化MFC-DMBR耦合工艺装置，如图1所示，该装置包括调节池2、厌氧阳极池3、好氧阴极池10、曝气池15；所述厌氧阳极池3、好氧阴极池10之间设置为阳离子交换膜9，所述厌氧阳极池3内设有产电微生物、碳毡6以及搅拌器，所述好氧阴极池10内设有不锈钢丝网8，在所述装置运行设定时间后，该不锈钢丝网8上形成具有固/液分离作用的动态膜，经动态膜过滤后的出水由出水管13自流流出；所述曝气池15内设有气泵12驱动的曝气头11；该装置还包括PLC控制器16，该PLC控制器的正、负极分别与不锈钢丝网8、碳毡6电连接；其中，污水进入调节池2并下行进入厌氧阳极池3底部，厌氧阳极池3的污水上行并由溢流口18溢流到好氧阴极池10，好氧阴极池10的污水下行并进入到曝气池15底部，曝气池15的污水上行且在曝气气泡的提气作用下回流到好氧阴极池10中。

在本发明实施例中，进水管1对接调节池2以注入待处理的污水，调节池2、厌氧阳极池3相邻且底部导通，污水由导通底部进入到厌氧阳极池3中。调节池2主要是调节水质、水量，主要使泥水混合后的水质波动不大，也可以根据情况进行pH值调节。

在本发明实施例中，该搅拌器由搅拌桨4、搅拌电机5构成，搅拌桨设置在厌氧阳极池3内中进行搅拌工作。

在本发明实施例中，好氧阴极池10与曝气池15之间设置隔板14，该隔板底部设为导通、顶部水平高度略低于液面。

在本发明实施例中，所述PLC控制器、不锈钢丝网8之间的连接电路上串联有外接电阻7，该外接电阻7与MFC的产电性能有关。

在本发明实施例中，阳离子交换膜9具有阳离子交换作用，只能允许阳离子通过，例如H

在本发明实施例中，为更加节省电耗，所述不锈钢丝网8的网眼孔径为25～100um，此时膜孔阻力更小，动态膜组件可以自流出水。

在本发明实施例中，为使污水降解更完全，该装置还包括污泥回流泵17驱动的污泥回流管路，该管路的入口端对接好氧阴极池10底部、出口端对接调节池2池壁上部；其中，污水与回流的污泥形成的混合液进入调节池2中。

在本发明的实际应用过程中，原水由进水管1进入调节池2与回流污泥混合，混合液自池底进入厌氧阳极池3，污水中的有机物通过阳极池中产电微生物的催化作用降解生成CO

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。