上流式電化學(xué)生物膜反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種廢水生物處理中的膜生物反應(yīng)器的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種上流式電化學(xué)生物膜反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]能量和水資源的短缺，是全球面臨的兩個重要挑戰(zhàn)。應(yīng)用廣泛的城鎮(zhèn)污水處理工藝包括傳統(tǒng)活性污泥工藝及變形，如厭氧-缺氧-好氧法(A2O)工藝、氧化溝工藝、序批式活性污泥法(SBR)工藝等。這些工藝對污染物的去除效果好，但運行能耗高、剩余污泥產(chǎn)量大。實際上，污水中蘊含了巨大的能量，Ikg化學(xué)需氧量(COD)完全氧化為水和CO2理論上可以產(chǎn)生3.86kff.h的能量，如果生活污水以400 mg/L COD計，則所含能量為1.544kff.h/m3，是我國污水處理廠處理lm3污水平均電耗的5.3倍。近幾年微生物燃料電池(MFC)的出現(xiàn)和快速發(fā)展，也實現(xiàn)了從廢水中回收電能，但也存在著生物量低造成的能量效率和污水處理負荷低以及出水水質(zhì)差的缺點。
[0003]中國專利文獻ZL201110134094.8提供了一種生物電化學(xué)膜反應(yīng)器裝置。該裝置將膜生物反應(yīng)器(MBR)和MFC耦合在一起，使其能在廢水生物處理的同時回收電能并得到較好的出水水質(zhì)，但上述系統(tǒng)中的陽極室與陰極室的隔離需要離子選擇性透過膜，這使得反應(yīng)器的成本大大的提高。
[0004]因此，提供一種能在廢水生物處理的同時回收電能并得到較好的出水水質(zhì)，并且利用反應(yīng)器的流態(tài)從而不需要離子選擇性透過膜的上流式電化學(xué)生物膜反應(yīng)器，降低反應(yīng)器成本，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員額待解決的重要問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種上流式電化學(xué)生物膜反應(yīng)器。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采取的技術(shù)方案是:
[0007]本實用新型上流式電化學(xué)生物膜反應(yīng)器包括反應(yīng)容器，所述反應(yīng)容器由剛性多孔塑料墊片分隔成陽極室和陰極室，所述陰極室位于陽極室的上方；所述陽極室內(nèi)為厭氧環(huán)境，所述陰極室為好氧環(huán)境，在所述陽極室內(nèi)設(shè)有用于生長產(chǎn)電微生物的陽極，在所述陰極室內(nèi)設(shè)有導(dǎo)電性分離膜；陽極室設(shè)有進水口 ；陰極室設(shè)有出氣口和出水口，且所述出氣口設(shè)于陰極室的頂部，所述出水口低于陰極室的液面；所述導(dǎo)電性分離膜的一端封閉，所述導(dǎo)電性分離膜的另一端通過導(dǎo)管與所述出水口連通，以使陰極室內(nèi)的廢水經(jīng)該導(dǎo)管流到所述反應(yīng)器的外部；所述陽極和所述導(dǎo)電性分離膜之間串聯(lián)有外電阻。
[0008]進一步地，本實用新型還包括供氧裝置，來自所述供氧裝置的氧氣進入所述陰極室內(nèi)。
[0009]進一步地，本實用新型來自所述供氧裝置的氧氣經(jīng)由陰極室的底部進入所述陰極室內(nèi)。
[0010]進一步地，本實用新型所述供氧裝置包括相互連通的曝氣頭和空氣泵，其中，所述曝氣頭置于陰極室內(nèi)，所述空氣泵置于所述反應(yīng)容器外。
[0011]進一步地，本實用新型所述曝氣頭置于陰極室的底部。
[0012]進一步地，本實用新型所述陰極室的頂部呈敞口狀，該敞口為所述陰極室的出氣
□ O
[0013]進一步地，本實用新型所述陽極室的進水口設(shè)于陽極室的底部。
[0014]進一步地，本實用新型所述陽極的體積為陽極室的體積的1/3?2/3。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有的有益效果是:(1)采用陽極室的厭氧生物反應(yīng)和陰極室的好氧生物反應(yīng)相耦合，強化污染物的去除，同時實現(xiàn)在處理廢水的過程中回收電能；(2)本實用新型采用導(dǎo)電性分離膜作為反應(yīng)器的陰極，在運行過程中不僅能夠回收電能，同時在導(dǎo)電性分離膜的表面會形成一層生物膜，截留污泥絮體和懸浮顆粒，從而提高水質(zhì)，發(fā)揮了膜生物反應(yīng)器(MBR)的高效截留及選擇性分離和微生物燃料電池(MFC)產(chǎn)能的優(yōu)點，同時也克服MBR的成本高、MFC出水水質(zhì)差的問題；(3)利用剛性多孔塑料墊片作為物理阻隔，保證廢水從陽極室到陰極室自下而上地單向流動，能夠有效阻斷氧氣從陰極室向陽極室的擴散，保障陽極室的絕對厭氧環(huán)境，同時廢水從陽極室自下而上通過剛性多孔塑料墊片流至陰極室內(nèi)，從而達到傳遞質(zhì)子的目的，因此利用反應(yīng)器的流態(tài)從而不需要離子選擇性透過膜，降低了反應(yīng)器成本。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型上流式電化學(xué)生物膜反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中:1-陽極室的進水口，2-陽極室，3-剛性多孔塑料墊片，4-陰極室，5-生物膜，6-導(dǎo)電性分離膜，7-陰極室的出水口 ；8-液位壓差，9-碳租，10-石墨棒電極，11-外電阻，12-曝氣頭，13-空氣泵，14-陰極室的出氣口，15-反應(yīng)容器。
【具體實施方式】
[0018]如圖1所示，本實用新型上流式電化學(xué)生物膜反應(yīng)器包括反應(yīng)容器15，反應(yīng)容器15由剛性多孔塑料墊片3分隔成陽極室2和陰極室4，其中，陰極室4位于陽極室2的上方；陽極室2內(nèi)為厭氧環(huán)境，陰極室4為好氧環(huán)境。在陽極室2內(nèi)設(shè)有用于生長產(chǎn)電微生物的陽極，在陰極室4內(nèi)設(shè)有導(dǎo)電性分離膜6。陽極室2設(shè)有進水口 1，進水口 I 一般設(shè)于陽極室2的底部。陰極室4設(shè)有出氣口 14和出水口 7，且陰極室4的出氣口 14設(shè)于陰極室4的頂部，陰極室4的出水口 7低于陰極室4的液面。導(dǎo)電性分離膜6的一端封閉，導(dǎo)電性分離膜6的另一端通過導(dǎo)管與陰極室4的出水口 7連通，以使陰極室4內(nèi)的廢水經(jīng)該導(dǎo)管流到本實用新型反應(yīng)器的外部。優(yōu)選地，導(dǎo)電性分離膜6的底端封閉，導(dǎo)電性分離膜6的頂端通過導(dǎo)管與陰極室4的出水口 7連通。陽極和導(dǎo)電性分離膜6之間串聯(lián)有外電阻11。
[0019]本實用新型可通過供氧裝置為陰極室4提供氧氣。來自供氧裝置的氧氣通常經(jīng)由陰極室4的底部進入陰極室4內(nèi)。作為本實用新型的一種實施方式，供氧裝置可由相互連通的曝氣頭12和空氣泵13組成。其中，曝氣頭12置于陰極室4的底部，空氣泵13置于反應(yīng)容器15外，曝氣頭12通過穿過反應(yīng)容器底部的導(dǎo)氣管與空氣泵13連通。
[0020]作為本實用新型的一種結(jié)構(gòu)緊湊的實施方式，陰極室4的頂部呈敞口狀，該敞口直接作為陰極室的出氣口 14。
[0021]本實用新型上流式電化學(xué)生物膜反應(yīng)器工作時，先使廢水由進水口 I進入陽極室2內(nèi)，廢水經(jīng)陽極室2厭氧處理后通過陽極室2與陰極室4之間的剛性多孔塑料墊片3流入至陰極室4以作下一步處理。隨著反應(yīng)器的運行，微生物會在導(dǎo)電性分離膜6上形成生物膜5，通過膜孔的壓力變大，從而導(dǎo)致陰極室4的液面高于陰極室出水口 7，在兩者間形成液位壓差8。在液位壓差8的存在下，廢水通過導(dǎo)電性分離膜6的膜孔進入膜內(nèi)，然后經(jīng)出水管7由陰極室出水口 16引到本實用新型反應(yīng)器的外部。反應(yīng)器可在陽極室2內(nèi)接種有產(chǎn)電微生物的厭氧污泥，在陰極室4內(nèi)接種好氧污泥。來自外部的廢水經(jīng)過陽極室2時，陽極上的產(chǎn)電微生物催化廢水中的有機物氧化分解而產(chǎn)生電子