溢流式電化學(xué)生物膜反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)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，特別涉及一種溢流式電化學(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(gè)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(duì)污染物的去除效果好，但運(yùn)行能耗高、剩余污泥產(chǎn)量大。實(shí)際上，污水中蘊(yùn)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(jì)，則所含能量為1.544kff.h/m3，是我國(guó)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(shí)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(fù)荷低以及出水水質(zhì)差的缺點(diǎn)。
[0003]中國(guó)專利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(shí)回收電能并得到較好的出水水質(zhì)，但上述系統(tǒng)中的陽(yáng)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(shí)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溢流式電化學(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(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種溢流式電化學(xué)生物膜反應(yīng)器。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是:
[0007]本實(shí)用新型溢流式電化學(xué)生物膜反應(yīng)器包括反應(yīng)容器，在所述反應(yīng)容器中設(shè)有環(huán)形陽(yáng)極室、用于生長(zhǎng)產(chǎn)電微生物的環(huán)形陽(yáng)極、陰極室和環(huán)形導(dǎo)電性分離膜；所述環(huán)形陽(yáng)極室內(nèi)為厭氧環(huán)境，所述陰極室為好氧環(huán)境，所述陽(yáng)極置于環(huán)形陽(yáng)極室內(nèi)，所述環(huán)形導(dǎo)電性分離膜置于陰極室內(nèi)；所述陰極室設(shè)于環(huán)形陽(yáng)極室的內(nèi)圈中，并在陰極室的外壁和環(huán)形陽(yáng)極室的內(nèi)圈壁的外壁之間形成通道；環(huán)形陽(yáng)極室設(shè)有陽(yáng)極室進(jìn)水口，陽(yáng)極室出水口，陰極室設(shè)有陰極室出氣口、陰極室進(jìn)水口和陰極室出水口 ；所述陽(yáng)極室進(jìn)水口低于陽(yáng)極室出水口 ；所述陰極室進(jìn)水口低于陽(yáng)極室出水口，所述陽(yáng)極室出水口通過所述通道與陰極室進(jìn)水口連通；陰極室的液面高于陽(yáng)極室的液面；陰極室出水口高于陰極室進(jìn)水口，且所述陰極室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，另一端通過出水管連接所述陰極室出水口，以使陰極室內(nèi)的廢水經(jīng)由所述出水管流到所述反應(yīng)器的外部；所述陽(yáng)極和所述導(dǎo)電性分離膜之間串聯(lián)有外電阻。
[0008]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型還包括供氧裝置，來(lái)自所述供氧裝置的氧氣經(jīng)由陰極室進(jìn)水口進(jìn)入所述陰極室內(nèi)。
[0009]進(jìn)一步地，本實(shí)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進(jìn)水口處，所述空氣泵置于所述反應(yīng)容器外。
[0010]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述反應(yīng)容器的內(nèi)壁作為環(huán)形陽(yáng)極室的外圈壁的內(nèi)壁。
[0011]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述所述陽(yáng)極室進(jìn)水口設(shè)于陽(yáng)極室的底部，陽(yáng)極室出水口設(shè)于陽(yáng)極室的頂部，所述陰極室進(jìn)水口設(shè)于陰極室的底部，陰極室出水口設(shè)于陰極室的頂部。
[0012]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述陰極室由反應(yīng)容器的頂部伸出，且所述反應(yīng)容器的頂部與陰極室的外壁之間密封連接；所述環(huán)形陽(yáng)極室的內(nèi)圈壁的高度低于所述反應(yīng)容器的頂部，由此在所述環(huán)形陽(yáng)極室的內(nèi)圈壁與反應(yīng)容器的頂部之間形成所述陽(yáng)極室出水口。
[0013]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述陰極室的底部高于反應(yīng)容器的底部，所述陰極室進(jìn)水口設(shè)于所述陰極室的底部。
[0014]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述陰極室的頂部呈敞口狀，該敞口為所述陰極室出氣口。
[0015]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述導(dǎo)電性分離膜的底端封閉，頂端通過出水管連接所述陰極室出水口。
[0016]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述陽(yáng)極的體積為所述陽(yáng)極室的體積的1/3?2/3。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的有益效果是:(1)采用陽(yáng)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(qiáng)化污染物的去除，同時(shí)實(shí)現(xiàn)在處理廢水的過程中回收電能；(2)本實(shí)用新型采用導(dǎo)電性分離膜作為反應(yīng)器的陰極，在運(yùn)行過程中不僅能夠回收電能，同時(shí)在導(dǎo)電性分離膜的表面會(huì)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(diǎn)，同時(shí)也克服MBR的成本高、MFC出水水質(zhì)差的問題；(3)利用陽(yáng)極室的內(nèi)壁與陰極室的外壁之間的空間作為物理阻隔，能夠有效阻斷氧氣從陰極室向陽(yáng)極室的擴(kuò)散，保障陽(yáng)極室的絕對(duì)厭氧環(huán)境，同時(shí)通過廢水從陽(yáng)極室向陰極室的溢流而達(dá)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】
[0018]圖1是本實(shí)用新型溢流式電化學(xué)生物膜反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是圖1的俯視圖。
[0020]圖中:1-陽(yáng)極室進(jìn)水口，2-陽(yáng)極室，3-通道，4-陰極室，5-生物膜，6-導(dǎo)電性分離膜，7-出水管；8_液位壓差，9-陽(yáng)極，10-外電阻，11-曝氣頭，12-空氣泵，13-陽(yáng)極室出水口，14-環(huán)形陽(yáng)極室的內(nèi)圈壁，15-陰極室進(jìn)水口，16-陰極室出水口，17-陰極室出氣口，18-反應(yīng)容器。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1所示，本實(shí)用新型溢流式電化學(xué)生物膜反應(yīng)器包括反應(yīng)容器18，在反應(yīng)容器18中設(shè)有環(huán)形陽(yáng)極室2、用于生長(zhǎng)產(chǎn)電微生物的環(huán)形陽(yáng)極9、陰極室4和環(huán)形導(dǎo)電性分離膜6。本實(shí)用新型反應(yīng)器可在陽(yáng)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，從而使得環(huán)形陽(yáng)極室2內(nèi)為厭氧環(huán)境，陰極室4為好氧環(huán)境。陽(yáng)極9置于環(huán)形陽(yáng)極室2內(nèi)，陽(yáng)極靠近環(huán)形陽(yáng)極室2的內(nèi)圈壁。環(huán)形導(dǎo)電性分離膜6置于陰極室4內(nèi)。陰極室4設(shè)于環(huán)形陽(yáng)極室2的內(nèi)圈中，并在陰極室4的外壁和環(huán)形陽(yáng)極室2的內(nèi)圈壁的外壁之間形成通道3。環(huán)形陽(yáng)極室2設(shè)有陽(yáng)極室進(jìn)水口 1，陽(yáng)極室出水口 13，陰極室4設(shè)有陰極室出氣口 17、陰極室進(jìn)水口 15和陰極室出水口 16。陽(yáng)極室進(jìn)水口 I低于陽(yáng)極室出水口 13。陰極室進(jìn)水口 15低于陽(yáng)極室出水口 13，陽(yáng)極室出水口 13通過通道3與陰極室進(jìn)水口 15連通，從而使環(huán)形陽(yáng)極室2內(nèi)溢流出的廢水經(jīng)由通道3，由陰極室進(jìn)水口 13流入陰極室4，并使陰極室4的液面高于陽(yáng)極室2的液面。陰極室出水口 16高于陰極室進(jìn)水口 15，且陰極室出水口 16低于陰極室4的液面。導(dǎo)電性分離膜6的底端封閉，頂端則通過出水管7連接陰極室出水口 16。因此可以利用陰極室4的液面與陰極室出水口 16之間形成的液位壓差8而使陰極室內(nèi)的處理過的廢水經(jīng)出水管7由陰極室出水口 16引到本實(shí)用新型反應(yīng)器的外部。陽(yáng)極9和導(dǎo)電性分離膜6之間串聯(lián)有外電阻10。
[0022]本實(shí)用新型可通過供氧裝置為陰極室4提供氧氣。來(lái)自供氧裝置的氧氣經(jīng)由陰極室進(jìn)水口 15進(jìn)入陰極室4內(nèi)。作為本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式，供氧裝置可由相互連通的曝氣頭11和空氣泵12組成。其中，曝氣頭11置于陰極室進(jìn)水口 15處，空氣泵12置于所述反應(yīng)容器18外，曝氣頭11通過穿過反應(yīng)容器底部的導(dǎo)氣管與空氣泵12連通。
[0023]作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式，直接以反應(yīng)容器18的內(nèi)壁作為環(huán)形陽(yáng)極室2的外圈壁的內(nèi)壁。陽(yáng)極室進(jìn)水口 I設(shè)于陽(yáng)極室2的底部，陽(yáng)極室出水口 13設(shè)于環(huán)形陽(yáng)極室2的頂部，例如，可使環(huán)形陽(yáng)極室2的內(nèi)圈壁的高度低于所述反應(yīng)容器18的頂部，由此在環(huán)形陽(yáng)極室2的內(nèi)圈壁與反應(yīng)容器18的頂部之間形成陽(yáng)極室出水口 13。
[0024]陰極室進(jìn)水口 15設(shè)于陰極室4的底部，陰極室出水口 16設(shè)于陰極室4的頂部。陰極室4由反應(yīng)容器18的頂部伸出，從而保證陰極室4的液面能夠高于陽(yáng)極室2的液面；并且，反應(yīng)容器18的頂部與陰極室4的外壁之間密封連接，從而保證環(huán)形陽(yáng)極室2內(nèi)為厭氧環(huán)境。
[0025]作為本實(shí)用新型的一種結(jié)構(gòu)緊湊的實(shí)施方式，陰極室4的底部高于反應(yīng)容器18的底部，陰極室進(jìn)水口 15設(shè)于陰極室4的底部。更優(yōu)選地，將陰極室進(jìn)水口 15設(shè)計(jì)為喇叭狀。此外，優(yōu)選地將陰極室4的頂部設(shè)為敞口狀，該敞口為陰極室出氣口 17。
[0026]本實(shí)用新型溢流式電化學(xué)生物膜反應(yīng)器工作時(shí)，先將廢水引入到陽(yáng)極室2內(nèi)，經(jīng)陽(yáng)極室2厭氧處理后通過陽(yáng)極室出水口 13溢流至陽(yáng)極室2的內(nèi)圈壁的外壁與陰極室4的外壁之間所形成的通道3中，然后再經(jīng)陰極室進(jìn)水口 15流入至陰極室4內(nèi)。由于陰極室4內(nèi)設(shè)有導(dǎo)電性分離膜6，導(dǎo)電性分離膜6的一端封閉，另一端連接出水管7。隨著反應(yīng)器的運(yùn)行，微生物會(huì)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 16，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(jìn)入膜內(nèi)，然后