有機(jī)垃圾處理-能源再生的組合裝置及有機(jī)垃圾處理方法
【專利摘要】一種有機(jī)垃圾處理-能源再生的組合裝置，主要結(jié)構(gòu)包括酵素消融裝置、微生物燃料電池裝置、三段式生物膜反應(yīng)器和超濾裝置。經(jīng)過(guò)本發(fā)明的組合裝置處理后的污水可以達(dá)到國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)，可直接排放或作為中水回用。本發(fā)明解決了有機(jī)垃圾難分類、難處理問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了廢棄資源再利用的能源再生。
【專利說(shuō)明】
有機(jī)垃圾處理-能源再生的組合裝置及有機(jī)垃圾處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種垃圾處理結(jié)合污水處理的組合裝置，具體地涉及一種有機(jī)垃圾處理-能源再生的組合裝置。
[0002]本發(fā)明還涉及利用上述裝置進(jìn)行有機(jī)垃圾處理的方法。

【背景技術(shù)】
[0003]據(jù)報(bào)道，目前中國(guó)城市垃圾人均產(chǎn)量達(dá)到440公斤/年，至2010年可達(dá)到了 3.52億噸，且逐年增長(zhǎng)，垃圾無(wú)處堆放、無(wú)法處理問(wèn)題日益明顯，如不采取妥善方案，將嚴(yán)重影響居民的生活、生產(chǎn)，引發(fā)一系列嚴(yán)重問(wèn)題。
[0004]城市生活垃圾中有機(jī)垃圾占50%以上(如廚余垃圾、菜集垃圾等)，有機(jī)垃圾含大量水份(廚余最高含水量約85%以上)，采用常規(guī)垃圾處理方法難以安全做到垃圾的減量化、資源化、無(wú)害化。例如采用焚燒法處理廚余垃圾，不僅降低焚化爐溫度，損害爐體，降低其使用年限，而且焚燒過(guò)程中易產(chǎn)生戴奧辛等有毒塵粒，產(chǎn)生二次污染；采用堆肥法處理有機(jī)垃圾難度系數(shù)大，堆肥過(guò)程不可控，垃圾易腐敗，資源利用率低，難以得到所需的肥料；采用填埋法處理有機(jī)垃圾，固然可使其在微生物作用下進(jìn)行分解，做到垃圾的減量化，但是在填埋過(guò)程中垃圾會(huì)腐敗發(fā)臭,滋生蚊蠅等病媒,影響周邊環(huán)境并污染空氣及水源。
[0005]現(xiàn)如今，較成熟的有機(jī)垃圾處理方案無(wú)非采用厭氧發(fā)酵及生態(tài)生物鏈法，但其工藝操作難度大，運(yùn)行周期長(zhǎng)，運(yùn)行過(guò)程對(duì)周邊環(huán)境污染問(wèn)題嚴(yán)重，難以方便快捷的做到垃圾的減量化。本發(fā)明所述工藝不是常見(jiàn)的將垃圾壓縮，而是真正的做到垃圾的處理，第一步創(chuàng)新的將垃圾問(wèn)題轉(zhuǎn)化為污水處理問(wèn)題，降低了處理難度；工藝中第二步使用的微生物燃料電池裝置將能源進(jìn)行轉(zhuǎn)化，不但解決了有機(jī)垃圾難分類、難處理問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了廢棄資源再利用的能源再生方案。
[0006]本發(fā)明先用酵素消融裝置將有機(jī)垃圾消融轉(zhuǎn)換為液態(tài)，并打斷大分子有機(jī)物長(zhǎng)鏈，提高其可生化性，再使用微生物燃料電池裝置利用消融后的小分子有機(jī)物進(jìn)行能源轉(zhuǎn)化，將微生物燃料電池應(yīng)用于固體廢棄物處理之中，既拓寬了了有機(jī)固體廢棄物處理方法，有解決了瀕臨枯竭的能源問(wèn)題。本發(fā)明不但解決了有機(jī)垃圾難分類、難處理問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了廢棄資源再利用的能源再生方案；本發(fā)明采用三段式生物膜反應(yīng)器及超濾裝置，高效去除污水中的污染物質(zhì)，處理后污水達(dá)到國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)，可直接排放或作為中水回用。減少對(duì)環(huán)境二次污染的同時(shí)做到了資源回收最大化，占地面積小，運(yùn)行費(fèi)用低，垃圾處理率超過(guò)95%，能源利用率超過(guò)60%。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種有機(jī)垃圾處理-能源再生的組合裝置。
[0008]本發(fā)明的又一目的在于提供一種上述組合裝置處理有機(jī)垃圾的方法。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的有機(jī)垃圾處理-能源再生的組合裝置，主要結(jié)構(gòu)為:
[0010]酵素消融裝置，其上端為開(kāi)口，底部設(shè)有排泥口，排泥口上方設(shè)置有曝氣盤，曝氣盤上設(shè)置有攪拌機(jī)，攪拌機(jī)上設(shè)置多孔板；
[0011]酵素消融裝置通過(guò)提升泵連接微生物燃料電池裝置，微生物燃料電池裝置的陽(yáng)極為碳化鎢材料，陰極為碳布、Pt/c催化劑、質(zhì)子交換膜熱壓復(fù)合而成的復(fù)合材料；陽(yáng)極和陰極連接一供電裝置；
[0012]微生物燃料電池裝置的底部設(shè)有排泥孔，排泥孔上方設(shè)置超聲波發(fā)生器，對(duì)生物燃料電池裝置內(nèi)部物料進(jìn)行攪動(dòng)，微生物燃料電池裝置的上部通過(guò)提升泵連接三段式生物膜反應(yīng)器；
[0013]三段式生物膜反應(yīng)器，底部設(shè)有排泥孔，位于排泥孔上方設(shè)置一攪拌機(jī)，周圍鋪設(shè)有低密度流動(dòng)填料，形成厭氧生物濾池，低密度流動(dòng)填料上方安置一多孔板防止低密度流動(dòng)填料上行流失；
[0014]三段式生物膜反應(yīng)器內(nèi)的多孔板上方布設(shè)有組合生物填料，組合生物填料中的生物膜生長(zhǎng)在填料的表面，組合生物填料由下至上1/3處設(shè)有可上下移動(dòng)的納米曝氣盤，納米曝氣盤的上方形成好氧生物膜反應(yīng)段，納米曝氣盤的下方形成缺氧生物膜反應(yīng)段；通過(guò)曝氣盤位置的變化調(diào)整三段式生物膜反應(yīng)器內(nèi)好氧生物反應(yīng)段和缺氧生物反應(yīng)段所占的比例；三段式生物膜反應(yīng)器內(nèi)的組合生物填料采用上下布設(shè)的方式；
[0015]三段式生物膜反應(yīng)器的上部出水口通過(guò)加壓泵連接超濾裝置，超濾裝置為板框式超濾機(jī)，內(nèi)部布設(shè)有平板超濾膜，去除污水中的剩余懸浮物，使出水達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)；平板超濾膜上設(shè)置納米曝氣頭，利用進(jìn)氣錯(cuò)流的沖擊力擾動(dòng)濾膜表層，并在反應(yīng)器內(nèi)形成湍流，防止污染物質(zhì)在濾膜表層堆積對(duì)水流的順利通過(guò)形成阻力，同時(shí)增大了過(guò)濾壓力。
[0016]所述有機(jī)垃圾處理-能源再生的組合裝置，其中，低密度流動(dòng)填料采用納米型燒結(jié)陶粒。
[0017]所述有機(jī)垃圾處理-能源再生的組合裝置，其中，微生物燃料電池裝置是由多組單槽室微生物燃料電池反應(yīng)器串聯(lián)組成，陽(yáng)極和陰極分別固定在單槽室兩側(cè)與空氣直接接觸，陽(yáng)極和陰極之間與混合液接觸。
[0018]所述有機(jī)垃圾處理-能源再生的組合裝置，其中，酵素消融裝置及三段式生物膜反應(yīng)器的外側(cè)均安裝有溫度控制儀和加熱帶，內(nèi)部均安裝有感溫控頭。
[0019]所述有機(jī)垃圾處理-能源再生的組合裝置，其中，酵素消融裝置、三段式生物膜反應(yīng)器和超濾裝置中的曝氣盤、曝氣頭分別連接一納米曝氣機(jī)。
[0020]本發(fā)明提供的利用上述組合裝置進(jìn)行有機(jī)垃圾處理的方法，主要過(guò)程是:
[0021]先將有機(jī)垃圾與活性污泥均勻混合，并添加酵素菌堆慪進(jìn)行預(yù)處理；
[0022]將預(yù)處理的有機(jī)垃圾輸送至酵素消融裝置內(nèi)，對(duì)有機(jī)垃圾進(jìn)行消融處理，將有機(jī)垃圾的形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲬B(tài)垃圾，打斷其中大分子有機(jī)成分為小分子有機(jī)物，同時(shí)殺死垃圾中的病原菌；
[0023]經(jīng)過(guò)消融后的流態(tài)垃圾與后述的超濾裝置產(chǎn)生的濃液混合后，輸送至微生物燃料電池裝置內(nèi)；
[0024]微生物燃料電池反應(yīng)器內(nèi)微生物分別產(chǎn)生質(zhì)子和電子，電子從陽(yáng)極傳遞到陰極形成電流，而質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極，與傳遞過(guò)來(lái)的電子或者氧氣發(fā)生反應(yīng)，以完成電荷的傳遞；
[0025]經(jīng)過(guò)微生物燃料電池裝置處理后的上清液通過(guò)提升泵導(dǎo)入三段式生物膜反應(yīng)器內(nèi)，在厭氧-缺氧-好氧的環(huán)境中對(duì)污水進(jìn)行處理，降低水中污染物質(zhì)的濃度；三段式生物膜反應(yīng)器下方使用攪拌機(jī)提高低密度流動(dòng)填料流動(dòng)性，增強(qiáng)污水與填料的接觸，上方的組合填料采用上下布設(shè)的方式，提高微生物附著面積和反應(yīng)面積，同時(shí)防止堵塞；
[0026]經(jīng)過(guò)三段式生物膜反應(yīng)器處理后的上清液導(dǎo)入超濾裝置；超濾裝置內(nèi)部布設(shè)平板超濾膜，對(duì)污水進(jìn)行超濾處理，處理后污水達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)；處理過(guò)程中開(kāi)啟納米曝氣機(jī)，納米曝氣機(jī)產(chǎn)生納米氣泡攪動(dòng)產(chǎn)生錯(cuò)流清洗膜表面，高溫納米氣泡的氣流攪動(dòng)在膜表面產(chǎn)生剪切力以及湍流流動(dòng)，無(wú)須較高的進(jìn)水流速即可使膜表面的濃差極化層變薄，積累物質(zhì)定期隨濃液被帶走；
[0027]超濾裝置的超濾濃液作為回流液回流至酵素消融裝置，調(diào)節(jié)消融后的流態(tài)垃圾的污染負(fù)荷，輸送至微生物燃料電池裝置內(nèi)。
[0028]所述的方法，其中，調(diào)整酵素消融裝置內(nèi)部溫度為30-200°C，有機(jī)物氧化反應(yīng)為放熱過(guò)程，溫度升高速度快，三段式生物膜反應(yīng)器內(nèi)部溫度為25-35°C。
[0029]所述的方法，其中，酵素消融裝置內(nèi)的攪拌機(jī)將垃圾中大型固體切割、磨碎的同時(shí)，將曝氣盤產(chǎn)生的氣泡打碎成更小的氣泡，延長(zhǎng)氧氣的停留時(shí)間，增強(qiáng)氧氣利用率，利于氧氣的傳質(zhì)過(guò)程。
[0030]所述的方法，其中，微生物燃料電池裝置反應(yīng)過(guò)程中加入酸堿緩沖溶液，其內(nèi)部溫度為 25-65°C。
[0031]所述的方法，其中，微生物燃料電池裝置中每個(gè)單槽室微生物燃料電池反應(yīng)器電壓低于10mV時(shí)，使用抽吸泵出水，同時(shí)更換反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物。
[0032]本發(fā)明先用酵素消融裝置將有機(jī)垃圾消融轉(zhuǎn)換為液態(tài)，對(duì)部分有機(jī)物進(jìn)行碳化處理并打斷大分子有機(jī)物長(zhǎng)鏈，提高其可生化性，再使用微生物燃料電池裝置利用消融后的小分子有機(jī)物進(jìn)行能源轉(zhuǎn)化，將微生物燃料電池應(yīng)用于固體廢棄物處理之中，既拓寬了了有機(jī)固體廢棄物處理方法，有解決了瀕臨枯竭的能源問(wèn)題。本發(fā)明不但解決了有機(jī)垃圾難分類、難處理問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了廢棄資源再利用的能源再生方案；本發(fā)明采用三段式生物膜反應(yīng)器及超濾裝置，高效去除污水中的污染物質(zhì)，處理后污水達(dá)到國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)，可直接排放或作為中水回用。減少對(duì)環(huán)境二次污染的同時(shí)做到了資源回收最大化，占地面積小，運(yùn)行費(fèi)用低，垃圾處理率超過(guò)95 %，能源利用率超過(guò)60 %。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1是本發(fā)明的組合裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]附圖中主要組件符號(hào)說(shuō)明:
[0035]I酵素消融裝置；2陽(yáng)極；3微生物燃料電池裝置；4供電裝置；5陰極；6攪拌機(jī)；7溫度控制儀；8溫感探頭；9三段式生物膜反應(yīng)器；10組合生物填料；11加壓泵；12超濾裝置；13多孔板；14低密度流動(dòng)填料；15攪拌機(jī)；16排泥孔；17納米曝氣機(jī)；18提升泵；19曝氣盤；20曝氣頭。

【具體實(shí)施方式】
[0036]以下說(shuō)明中提到的上、下、左、右、底部等均是以附圖所示方向?yàn)闇?zhǔn)。
[0037]本發(fā)明提供的有機(jī)垃圾處理-能源再生的組合裝置，主要包括四個(gè)部分:酵素消融裝置1、微生物燃料電池裝置3、三段式生物膜反應(yīng)器9和超濾裝置12。其中:
[0038]酵素消融裝置I是一上端開(kāi)口底部密封的容器，經(jīng)過(guò)預(yù)處理的有機(jī)垃圾自上端開(kāi)口投入或機(jī)械輸送至酵素消融裝置I的內(nèi)部；酵素消融裝置I的底部開(kāi)設(shè)有排泥口 16，酵素消融裝置I的內(nèi)部于排泥口 16上方設(shè)置有曝氣盤19，曝氣盤19上設(shè)置有攪拌機(jī)15。酵素消融裝置I是對(duì)有機(jī)垃圾進(jìn)行消融處理，在納米曝氣及攪拌的環(huán)境產(chǎn)生酵素，初步實(shí)現(xiàn)有機(jī)垃圾形態(tài)的轉(zhuǎn)變，降低有機(jī)垃圾的處理難度，同時(shí)殺死垃圾中的病原菌以及大部分微生物。
[0039]經(jīng)過(guò)消融后的流態(tài)垃圾與后面超濾裝置12產(chǎn)生的濃液混合后，輸送至微生物燃料電池裝置3內(nèi)。該微生物燃料電池裝置3采用多個(gè)單槽室微生物燃料電池反應(yīng)器串聯(lián)而成。每個(gè)單槽室微生物燃料電池反應(yīng)器的左端為密封，使用碳化鎢陽(yáng)極2 ;右端為半開(kāi)放，使用碳布、Pt/C催化劑、質(zhì)子交換膜熱壓復(fù)合而成的陰極5，陰極5朝向微生物燃料電池裝置3的一面與混合液接觸，陰極5的另一面以多孔板13固定與，空氣直接接觸；微生物燃料電池反應(yīng)器3內(nèi)的微生物分別產(chǎn)生質(zhì)子和電子，電子從陽(yáng)極傳遞到陰極形成電流，而質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極，與傳遞過(guò)來(lái)的電子或者氧氣發(fā)生反應(yīng)，以完成電荷的傳遞。陽(yáng)極2和陰極5之間連接一供電裝置4。
[0040]經(jīng)過(guò)微生物燃料電池裝置3處理后的上清液在提升泵18的作用下導(dǎo)入三段式生物膜反應(yīng)器9內(nèi)；
[0041]其中，該三段式生物膜反應(yīng)器9是同時(shí)兼具厭氧、缺氧、好氧環(huán)境的生物膜反應(yīng)器，底部開(kāi)設(shè)有排泥口 16，位于排泥孔16上方設(shè)置一攪拌機(jī)15，三段式生物膜反應(yīng)器9底部鋪設(shè)有低密度流動(dòng)填料14 (低密度流動(dòng)填料采用公知的納米型燒結(jié)陶粒)，低密度流動(dòng)填料14上方安置有多孔板13防止填料上行流失。多孔板13上方布設(shè)有組合生物填料10 (組合生物填料為公知產(chǎn)品)，生物膜生長(zhǎng)在填料的表面。在三段式生物膜反應(yīng)器9內(nèi)部的組合生物填料10由下至上1/3處設(shè)有可上下移動(dòng)納米曝氣盤19，曝氣盤19連接曝氣機(jī)17。納米曝氣盤19的上方為好氧生物膜反應(yīng)段，納米曝氣盤19與多孔板13之間為缺氧生物膜反應(yīng)段，多孔板13的下方為厭氧生物濾池。通過(guò)移動(dòng)納米曝氣盤19在三段式生物膜反應(yīng)器9內(nèi)上下位置的變化以調(diào)整三段式生物膜反應(yīng)器9內(nèi)好氧生物膜反應(yīng)段和缺氧生物膜反應(yīng)段之間的比例。
[0042]三段式生物膜反應(yīng)器9內(nèi)部的組合生物填料10采用上下布設(shè)的方式，提高微生物附著面積、反應(yīng)面積的同時(shí)，防止了反應(yīng)器堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。本發(fā)明通過(guò)三段式生物膜反應(yīng)器9營(yíng)造厭氧、缺氧、好氧三種環(huán)境對(duì)污水進(jìn)行生物處理，降低其中污染物質(zhì)的濃度，減小下一步處理難度。
[0043]由于整個(gè)三段式生物膜反應(yīng)器9內(nèi)分為三段(最下端為厭氧生物濾池、中段為缺氧生物膜反應(yīng)段、最上方為好氧生物膜反應(yīng)段)，污水向上流動(dòng)過(guò)程中經(jīng)歷厭氧、缺氧、好氧三段生物處理，在厭氧生物濾池厭氧環(huán)境的前提下，兼性厭氧發(fā)酵菌先將易降解大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子的VFA ;聚磷菌吸收小分子有機(jī)物合成PHB儲(chǔ)存在細(xì)胞內(nèi)，同時(shí)將聚磷水解成正磷酸鹽，釋放到污水中，使污水中磷濃度升高；在缺氧生物膜反應(yīng)段內(nèi)，硝化菌在低氧條件下對(duì)污水內(nèi)氨氮進(jìn)行硝化反應(yīng)，反硝化菌吸收了小分子有機(jī)物作為碳源，污水中硝酸根被反硝化為N2散逸出來(lái)，同時(shí)缺氧環(huán)境導(dǎo)致磷的釋放；在好氧生物膜反應(yīng)段內(nèi)，微生物消解污水中殘余的有機(jī)物，并且脫除剩余的氨氮。此時(shí)污水內(nèi)碳源在前兩步內(nèi)已經(jīng)大量消耗，聚磷菌主要靠分解內(nèi)部?jī)?chǔ)存的PHB獲得能量進(jìn)行繁殖，同時(shí)吸收儲(chǔ)存污水內(nèi)的磷。
[0044]三段式生物膜反應(yīng)器9內(nèi)的污泥沉淀由排泥口 16排出，污水部分回流與進(jìn)水混合，降低進(jìn)水負(fù)荷，并對(duì)殘余硝氮有再處理功效。
[0045]經(jīng)過(guò)三段式生物膜反應(yīng)器9處理后的污水通過(guò)加壓泵11將處理后的上清液導(dǎo)入超濾裝置12。超濾裝置12內(nèi)部布設(shè)PVDF(聚偏氟乙烯)材質(zhì)平板超濾膜，高效去除污水中的污染物質(zhì)，處理后污水達(dá)到國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)，超濾濃液作為回流液回流至酵素消融裝置I以調(diào)節(jié)消融后的流態(tài)垃圾的污染負(fù)荷，并輸送至微生物燃料電池裝置3內(nèi)。
[0046]納料曝氣機(jī)17為三臺(tái)，各自通過(guò)流量計(jì)分別連接酵素消融裝置1、三段式生物膜反應(yīng)器9以及超濾裝置12的曝氣頭20。
[0047]所述的組合工藝，其酵素消融裝置I及三段式生物膜反應(yīng)器9的一側(cè)安裝有溫度控制儀7，該溫度控制儀7通過(guò)裝在內(nèi)部的感溫探頭8控制均勻纏繞在外壁的加熱帶，調(diào)整酵素消融裝置I內(nèi)溫度控制在30-200°C左右，三段式生物膜反應(yīng)器9內(nèi)溫度控制在25-35 °C 左右。
[0048]酵素消融裝置I內(nèi)的攪拌機(jī)15的葉輪為牛角刀片，旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中將處理垃圾中大型固體切割、磨碎；同時(shí)可將曝氣盤產(chǎn)生的氣泡打碎成更小的氣泡，延長(zhǎng)氧氣的停留時(shí)間，增強(qiáng)氧氣利用率，利于氧氣的傳質(zhì)過(guò)程。
[0049]微生物燃料電池裝置3反應(yīng)過(guò)程中加入少量酸堿緩沖溶液，其內(nèi)部溫度為30°C左右。微生物燃料電池裝置中每個(gè)單槽室微生物燃料電池反應(yīng)器電壓低于10mV時(shí)，使用抽吸泵出水，同時(shí)更換反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物。微生物燃料電池裝置內(nèi)部反應(yīng)過(guò)程中不斷運(yùn)行，堆積污泥自排泥孔16中排除。
[0050]本發(fā)明利用上述組合裝置進(jìn)行有機(jī)垃圾處理的組方法，其主要過(guò)程是:
[0051]處理前先將有機(jī)垃圾自城市生活垃圾內(nèi)分離出來(lái)，與厭氧活性污泥均勻混合，厭氧活性污泥量超過(guò)10%，并添加少量酵素菌(如側(cè)孢芽孢桿菌或枯草芽孢桿菌)堆慪30mino
[0052]將處理過(guò)的有機(jī)垃圾輸入酵素消融裝置1，啟動(dòng)曝氣盤19由納米曝氣機(jī)17曝氣約30分鐘后，開(kāi)啟攪拌機(jī)6及加熱帶9，對(duì)有機(jī)垃圾進(jìn)行消融處理；經(jīng)過(guò)消融后的流態(tài)垃圾與后述的超濾裝置12產(chǎn)生的濃液混合調(diào)節(jié)后，輸送至微生物燃料電池裝置3，反應(yīng)過(guò)程中電子從陽(yáng)極2傳遞到陰極5形成電流，完成微生物燃料電池裝置3的發(fā)電過(guò)程，發(fā)出的電通向用電裝置4 ;當(dāng)燃料電池電壓低于10mV時(shí)，使用提升泵18將處理后的上清液導(dǎo)入三段式生物膜反應(yīng)器9底部，污水在三段式生物膜反應(yīng)器9的厭氧區(qū)域進(jìn)行反應(yīng)，在推流的作用下自下而上運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)移到三段式生物膜反應(yīng)器9的缺氧及好氧區(qū)域，三段式生物膜反應(yīng)器9中的水力停留時(shí)間可視反應(yīng)出水情況而定，其經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為24小時(shí)-48小時(shí)。
[0053]反應(yīng)結(jié)束后將處理后的污水在加壓泵11的作用下導(dǎo)入超濾裝置12深度處理污水，處理過(guò)程中開(kāi)啟納米曝氣機(jī)，納米曝氣機(jī)產(chǎn)生納米氣泡攪動(dòng)產(chǎn)生錯(cuò)流清洗膜表面，高溫納米氣泡的氣流攪動(dòng)在膜表面產(chǎn)生剪切力以及湍流流動(dòng)，無(wú)須較高的進(jìn)水流速即可使膜表面的濃差極化層變薄，積累物質(zhì)定期隨濃液被帶走。
[0054]三段式生物膜反應(yīng)器9產(chǎn)生的濃液回流與消融后的流態(tài)垃圾混合導(dǎo)入微生物燃料電池裝置3，出水可直接排放或作為中水回用。
[0055]酵素消融裝置I及三段式生物膜反應(yīng)器9內(nèi)部的溫度均由溫度控制儀7進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)溫感探頭8檢測(cè)到溫度高于所需溫度時(shí)，溫度控制儀7停止加熱帶的加熱過(guò)程。剩余污泥由排泥口 16排出。
[0056]本發(fā)明的三段式生物膜反應(yīng)器9內(nèi)填料10快速掛膜的方法實(shí)現(xiàn)過(guò)程:
[0057]首先將接種的厭氧活性污泥鋪置于三段式生物膜反應(yīng)器3底部曝氣，連續(xù)操作15天，待污泥形狀漸漸變好，顏色逐漸由黑色變成黃褐色，具有清新泥土味，沉降性能良好，COD和氨氮去除率分別穩(wěn)定至85%以上時(shí)，使用微生物燃料電池裝置2出水按照濃度梯度馴化，濃度梯度按重量比為底泥:微生物燃料電池裝置出水=3:1、2:1、1:1、1:2、1:3，不斷加大混合液中微生物燃料電池裝置出水的比例，直至最后進(jìn)水全為微生物燃料電池裝置出水，三段式生物膜反應(yīng)器3出水穩(wěn)定，表明污泥培養(yǎng)階段結(jié)束即可進(jìn)行下一操作。
[0058]在污泥馴化完成后即可進(jìn)行填料掛膜。將填料放進(jìn)三段式生物膜反應(yīng)器3，填料高度與水深比為0.7，悶曝24小時(shí)，靜置一段時(shí)間，然后排出部分懸浮態(tài)微生物及上清液，再加入微生物培養(yǎng)液，繼續(xù)曝氣、靜置，反復(fù)幾次，掛膜成功時(shí)，肉眼可以看到三段式生物膜反應(yīng)器內(nèi)壁上附著有絲狀絮體，填料的表面都裹上了一層淺黃色的生物膜，并且顏色逐漸加深。曝氣過(guò)程中禁止攪拌，否則會(huì)使微生物難以附著在填料表面，填料掛膜過(guò)程大約持續(xù)一星期，形成組合生物填料10。
[0059]微生物燃料電池快速啟動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)過(guò)程:
[0060]首先在微生物燃料電池內(nèi)輸入氮?dú)鈱⒖諝馀懦褂贸槲脤⒔臃N的厭氧活性污泥混合少量微生物培養(yǎng)液輸入微生物燃料電池裝置內(nèi)部，在正常運(yùn)行參數(shù)條件下啟動(dòng)微生物燃料電池。當(dāng)每個(gè)單槽室微生物燃料電池反應(yīng)器電壓低于10mV時(shí)，使用抽吸泵出水，同時(shí)更換反應(yīng)器內(nèi)厭氧活性污泥混合液。
[0061]待每個(gè)單槽室微生物燃料電池反應(yīng)器電壓穩(wěn)定處于100mV時(shí)，將厭氧活性污泥混合液:酵素消融裝置出水(按體積)=3:1、2:1、1:1、1:2、1:3混合，不斷加大混合液中酵素消融裝置的出水的比例，直至最后進(jìn)水全為酵素消融裝置出水，反應(yīng)器電壓穩(wěn)定，表明電極上微生物培養(yǎng)階段結(jié)束即可進(jìn)行下一操作。
[0062]微生物培養(yǎng)液的配方為:葡萄糖4.2g/L，Κ2ΗΡ045.68mg/L，ΚΗ2Ρ047.62mg/L，NH4C19.535g/L，MgSO4L 5g/L 和微量元素。其水質(zhì)指標(biāo)為:pH:7.86 ； P (CODcr):3000mg/L ；P (NH4+-N):25g/L ；p (PO43^-P):50mg/L。
【權(quán)利要求】
1.一種有機(jī)垃圾處理-能源再生的組合裝置，主要結(jié)構(gòu)為: 酵素消融裝置，其上端為開(kāi)口，底部設(shè)有排泥口，排泥口上方設(shè)置有曝氣盤，曝氣盤上設(shè)置有攪拌機(jī)，攪拌機(jī)上設(shè)置多孔板； 酵素消融裝置通過(guò)提升泵連接微生物燃料電池裝置，微生物燃料電池裝置的陽(yáng)極為碳化鎢材料，陰極為碳布、Pt/c催化劑、質(zhì)子交換膜熱壓復(fù)合而成的復(fù)合材料； 微生物燃料電池裝置的底部設(shè)有排泥孔，排泥孔上方設(shè)置超聲波發(fā)生器，對(duì)生物燃料電池裝置內(nèi)部物料進(jìn)行攪動(dòng)，微生物燃料電池裝置的上部通過(guò)提升泵連接三段式生物膜反應(yīng)器； 三段式生物膜反應(yīng)器，底部設(shè)有排泥孔，位于排泥孔上方設(shè)置一攪拌機(jī)，周圍鋪設(shè)有低密度流動(dòng)填料形成厭氧生物濾池，低密度流動(dòng)填料上方安置一多孔板防止低密度流動(dòng)填料上行流失； 三段式生物膜反應(yīng)器內(nèi)的多孔板上方布設(shè)有組合生物填料，組合生物填料中的生物膜生長(zhǎng)在填料的表面，在設(shè)有組合生物填料的空間內(nèi)設(shè)有可上下移動(dòng)的納米曝氣盤，納米曝氣盤的上方形成好氧生物膜反應(yīng)段，納米曝氣盤的下方形成缺氧生物膜反應(yīng)段；通過(guò)曝氣盤位置的變化調(diào)整三段式生物膜反應(yīng)器內(nèi)好氧生物反應(yīng)段和缺氧生物反應(yīng)段所占的比例；三段式生物膜反應(yīng)器內(nèi)的組合填料采用上下布設(shè)的方式； 三段式生物膜反應(yīng)器的上部出水口通過(guò)加壓泵連接超濾裝置，超濾裝置為板框式超濾機(jī)，板框式超濾機(jī)內(nèi)布設(shè)有平板超濾膜，去除污水中的剩余懸浮物，使出水達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)；平板超濾膜上設(shè)置納米曝氣頭，利用進(jìn)氣錯(cuò)流的沖擊力擾動(dòng)濾膜表層，并在反應(yīng)器內(nèi)形成湍流，防止污染物質(zhì)在濾膜表層堆積對(duì)水流的順利通過(guò)形成阻力，同時(shí)增大了過(guò)濾壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述有機(jī)垃圾處理-能源再生的組合裝置，其中，可上下移動(dòng)的納米曝氣盤安裝在設(shè)有組合生物填料的空間內(nèi)由下至上1/3處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述有機(jī)垃圾處理-能源再生的組合裝置，其中，微生物燃料電池裝置是由多組單槽室微生物燃料電池反應(yīng)器串聯(lián)組成，陰極固定在多孔板上與空氣直接接觸，陽(yáng)極和陰極之間與混合液接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述有機(jī)垃圾處理-能源再生的組合裝置，其中，酵素消融裝置及三段式生物膜反應(yīng)器的外側(cè)均安裝有溫度控制儀和加熱帶，內(nèi)部均安裝有感溫控頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述有機(jī)垃圾處理-能源再生的組合裝置，其中，酵素消融裝置、三段式生物膜反應(yīng)器和超濾裝置中的曝氣盤、曝氣頭分別連接一納米曝氣機(jī)。
6.一種利用權(quán)利要求1所述組合裝置進(jìn)行有機(jī)垃圾處理的方法，主要過(guò)程是: 先將有機(jī)垃圾與活性污泥均勻混合，并添加酵素菌堆慪進(jìn)行預(yù)處理； 將預(yù)處理的有機(jī)垃圾輸送至酵素消融裝置內(nèi)，對(duì)有機(jī)垃圾進(jìn)行消融處理，將有機(jī)垃圾的形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲬B(tài)垃圾，打斷其中大分子有機(jī)物成分為小分子有機(jī)物，同時(shí)殺死垃圾中的病原菌； 經(jīng)過(guò)消融后的流態(tài)垃圾與后述的超濾裝置產(chǎn)生的濃液混合后，輸送至微生物燃料電池裝置內(nèi)； 微生物燃料電池反應(yīng)器內(nèi)微生物分別產(chǎn)生質(zhì)子和電子，電子從陽(yáng)極傳遞到陰極形成電流，而質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極，與傳遞過(guò)來(lái)的電子或者氧氣發(fā)生反應(yīng)，以完成電荷的傳遞； 經(jīng)過(guò)微生物燃料電池裝置處理后的上清液通過(guò)提升泵導(dǎo)入三段式生物膜反應(yīng)器內(nèi)，在厭氧-缺氧-好氧的環(huán)境中對(duì)污水進(jìn)行處理，降低水中污染物質(zhì)的濃度；三段式生物膜反應(yīng)器下方使用攪拌機(jī)提高低密度流動(dòng)填料流動(dòng)性，增強(qiáng)污水與填料的接觸，上方的組合生物填料采用上下布設(shè)的方式，提高微生物附著面積和反應(yīng)面積，同時(shí)防止堵塞； 經(jīng)過(guò)三段式生物膜反應(yīng)器處理后的上清液導(dǎo)入超濾裝置；超濾裝置內(nèi)部布設(shè)平板超濾膜，對(duì)污水進(jìn)行超濾處理，處理后污水達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)；處理過(guò)程中開(kāi)啟納米曝氣機(jī)，納米曝氣機(jī)產(chǎn)生納米氣泡攪動(dòng)產(chǎn)生錯(cuò)流清洗膜表面，高溫納米氣泡的氣流攪動(dòng)在膜表面產(chǎn)生剪切力以及湍流流動(dòng)，無(wú)須較高的進(jìn)水流速即可使膜表面的濃差極化層變薄，積累物質(zhì)定期隨濃液被帶走； 超濾裝置的超濾濃液作為回流液回流至酵素消融裝置，調(diào)節(jié)消融后的流態(tài)垃圾的污染負(fù)荷，輸送至微生物燃料電池裝置內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，調(diào)整酵素消融裝置內(nèi)部溫度為30-200°C，有機(jī)物氧化反應(yīng)為放熱過(guò)程，溫度升高速度快，三段式生物膜反應(yīng)器內(nèi)部溫度為25-35°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，酵素消融裝置內(nèi)的攪拌機(jī)將垃圾中大型固體切害I]、磨碎的同時(shí)，將曝氣盤產(chǎn)生的氣泡打碎成更小的氣泡，延長(zhǎng)氧氣的停留時(shí)間，增強(qiáng)氧氣利用率，利于氧氣的傳質(zhì)過(guò)程。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，微生物燃料電池裝置反應(yīng)過(guò)程中加入酸堿緩沖溶液，其內(nèi)部溫度為25-65°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或9所述的方法，其中，微生物燃料電池裝置中每個(gè)單槽室微生物燃料電池反應(yīng)器電壓低于10mV時(shí)，使用抽吸泵出水，同時(shí)更換反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物。
【文檔編號(hào)】H01M8/16GK104148371SQ201410359862
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】夏訓(xùn)峰, 王雷, 席北斗, 何小松, 王麗君, 李鳴曉, 楊天學(xué), 霍守亮 申請(qǐng)人:中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院