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      可用于aao污水處理工藝中強(qiáng)化脫氮的微生物燃料電池裝置的制作方法

      文檔序號(hào):6993891閱讀:285來(lái)源:國(guó)知局
      專利名稱:可用于aao污水處理工藝中強(qiáng)化脫氮的微生物燃料電池裝置的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種能在AAO污水處理工藝過(guò)程中強(qiáng)化生物除氮并同時(shí)發(fā)電裝置。此 種裝置能夠強(qiáng)化微生物去除污水中的含氮污染物,并且產(chǎn)生一定量的電能,同時(shí)不干擾傳 統(tǒng)的AAO污水處理工藝,提高生物脫氮效率。
      背景技術(shù)
      AAO工藝是傳統(tǒng)活性污泥工藝、生物硝化及反硝化工藝和生物除磷工藝的綜合。由 于該工藝將厭氧、缺氧和好氧三種不同的環(huán)境條件交替運(yùn)行,生物反應(yīng)池中會(huì)存在例如兼 性厭氧發(fā)酵細(xì)菌、反硝化菌、好氧聚磷菌等多種適合于不同環(huán)境的微生物。不同種類的微生 物菌群共存于同一污泥系統(tǒng)中,必然存在細(xì)菌之間不同泥齡和碳源之爭(zhēng)。由于上述矛盾的 存在,系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)不同功能的三種菌的最佳生長(zhǎng)條件,因此該工藝的脫氮效率一般不高。為解決AAO工藝碳源不足及硝酸鹽難于去除的問(wèn)題,研究者們進(jìn)行了工藝改進(jìn) 針對(duì)碳源不足采取的措施,如補(bǔ)充碳源、改變進(jìn)水方式等。然而,基于對(duì)傳統(tǒng)工藝流程及反 應(yīng)器改進(jìn)的新工藝,需要另設(shè)龐大復(fù)雜的水處理構(gòu)筑物,所占的體積空間大,而且增加了運(yùn) 行成本和操作控制難度;基于新的微生物學(xué)和生物化學(xué)理論開(kāi)發(fā)出的新型工藝,如何進(jìn)行 微生物的篩選、培育以及如何通過(guò)合理控制來(lái)保持它們?cè)谒幚硐到y(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)地位都是難 點(diǎn)ο因此,如何利用更簡(jiǎn)單、易行、低成本的裝置來(lái)提高AAO工藝脫氮效果就成為了關(guān) 鍵。

      發(fā)明內(nèi)容
      針對(duì)以上提到的種種問(wèn)題,本發(fā)明提出了一種新型的用于AAO污水處理工藝中強(qiáng) 化脫氮的微生物燃料電池裝置。該裝置主要由兩部分構(gòu)成位于AAO工藝厭氧池中的陽(yáng)極 堆和位于缺氧池中的陰極堆,它們通過(guò)導(dǎo)線和外接負(fù)載相連。該裝置陽(yáng)極堆是由活性炭或 石墨材料制成直徑0. 51. 0m,長(zhǎng)度為1. 05. Om的管狀電極材料相互平行并排相連,由PE等具 有絕緣性能的高分子聚合材料的固定管架固定,構(gòu)成模塊化的電極堆。管狀電極材料之間 靠金屬導(dǎo)線連接,導(dǎo)線包裹于高分子聚合材料固定管架中;陰極堆材料與結(jié)構(gòu)與陽(yáng)極堆相 同。連接電極材料的導(dǎo)線匯集后連入外電路。管狀電極材料開(kāi)口方向與AAO工藝生物反應(yīng) 池內(nèi)水流方向平行,以保證水流順暢和電極表面微生物膜的更新。將該裝置陽(yáng)極堆置于AAO污水處理工藝的厭氧池中,陰極堆置于AAO污水處理工 藝的缺氧池中,通過(guò)外電路導(dǎo)線和外接負(fù)載連接,形成閉合回路,從而構(gòu)成生物陰極型微生 物燃料電池。在此裝置啟動(dòng)階段,陰、陽(yáng)極板會(huì)逐漸附著具有活性的微生物膜,即在陽(yáng)極表 面附著厭氧產(chǎn)電微生物,陰極表面附著厭氧反硝化微生物。待此裝置穩(wěn)定運(yùn)行后,陽(yáng)極產(chǎn)電 微生物去除有機(jī)碳并產(chǎn)生質(zhì)子和電子,產(chǎn)生的電子通過(guò)外電路傳遞到陰極,而產(chǎn)生的質(zhì)子 通過(guò)水流傳遞給陰極,在反硝化微生物的催化作用下,激活陰極的反硝化作用,缺氧區(qū)中的NO3-與質(zhì)子和電子反應(yīng)生成N2和H2O,從而強(qiáng)化去除污水中的N元素,并產(chǎn)生電能。整個(gè)過(guò) 程可視為在不影響AAO污水處理工藝正常運(yùn)行的情況下,缺氧池中的NO3-氧化厭氧池中的 含碳有機(jī)物,生成C02,N2和H20。即利用該微生物燃料電池裝置催化污染物與污染物之間的 反應(yīng),產(chǎn)生非污染氣體。根據(jù)AAO工藝處理規(guī)模以及進(jìn)、出水水質(zhì)情況,可分別在厭氧區(qū)和缺氧區(qū)設(shè)置由 10-100個(gè)陽(yáng)極堆和陰極堆,在保證滿足出水質(zhì)量的前提下減少電極堆數(shù)量,節(jié)約成本。此裝 置陰、陽(yáng)極堆的布設(shè),要求電極堆頂部在水面0. 6-1. Om以下,以保證厭氧的環(huán)境;相同電極 堆以2. 5-5. 5m為間距布設(shè)。為縮短陰、陽(yáng)極之間距離,陽(yáng)極堆從厭氧池末端最靠近厭氧池 出水口的一端向厭氧池進(jìn)水口方向排布,陰極堆從缺氧池初始端進(jìn)水口開(kāi)始向缺氧池出水 口方向排布。電極堆之間靠金屬導(dǎo)線連接并最終與外電路導(dǎo)線和外接負(fù)載相連。該種強(qiáng)化裝置可直接應(yīng)用于任何池形的AAO工藝污水處理生物反應(yīng)池中,無(wú)需對(duì) 池體做改動(dòng),只用在原有的污水處理生物缺氧反應(yīng)池中加入適當(dāng)?shù)碾姌O,構(gòu)成生物陰極型 微生物燃料電池,就能夠在處理污水過(guò)程中強(qiáng)化脫氮效率,有效的應(yīng)用于富含有機(jī)氮污染 物的污水處理;與此同時(shí)完成電力的生產(chǎn),帶動(dòng)一些小功率的直流用電器。


      圖1為本發(fā)明裝置電極板結(jié)構(gòu)的前側(cè)視圖。圖2為本發(fā)明裝置電極板結(jié)構(gòu)的右側(cè)視圖。圖3為本發(fā)明裝置的示意圖。圖4為本發(fā)明裝置用于AAO污水處理工藝中生物反應(yīng)池的俯視示意圖。圖中1是活性炭或石墨材料制成極板材料;2是高分子有機(jī)絕緣材料管架,由A、 B、C、D四根管組成,如附圖1所示;3是金屬導(dǎo)線,包埋在絕緣管內(nèi)部;4是金屬螺栓,用于 固定管架和極板材料,并將電子傳遞給金屬導(dǎo)線;5是陽(yáng)極堆;6是陰極堆;7是外接電路導(dǎo) 線;8是外接負(fù)載;9是高分子聚合材料固定管架與生物反應(yīng)池壁固定裝置,采用抗腐蝕的 金屬材料;10是反應(yīng)池進(jìn)水口 ;11厭氧池;12是缺氧池;13是好氧池;14是內(nèi)循環(huán)出水口 ; 15水泵;16是內(nèi)循環(huán)進(jìn)水口 ;17是反應(yīng)池出水口。
      具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍并不局限 于具體實(shí)施方式
      中所描述的范圍。按照附圖1、圖2所示組裝該裝置極板堆,保證金屬導(dǎo)線3與金屬螺栓4、金屬螺栓 4與電極材料1之間接觸良好,有較好的導(dǎo)電性;按照?qǐng)D3所示將裝置布設(shè)于AAO工藝生物 反應(yīng)池中;連接極板組成圖2所示的閉合回路。裝置啟動(dòng)時(shí),利用金屬材料的固定裝置9,分別將合適數(shù)量的陽(yáng)極堆5和陰極堆6 布設(shè)于AAO工藝生物反應(yīng)池中的厭氧池11和缺氧池12的池壁上。外電路導(dǎo)線7將它們連 接成閉合回路,從而組成生物陰極型微生物燃料電池。這樣會(huì)使陽(yáng)極堆5表面附著厭氧產(chǎn) 電微生物,陰極堆6表面附著厭氧反硝化微生物。裝置穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),含有大量有機(jī)碳污染的廢水,由反應(yīng)池進(jìn)水口 10進(jìn)入到厭氧池 11,厭氧池中的陽(yáng)極堆5上附著有大量的產(chǎn)電微生物,廢水流經(jīng)過(guò)程中,產(chǎn)電微生物會(huì)消耗廢水中的有機(jī)碳作為自己生長(zhǎng)和代謝的原料,將有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為自身的物質(zhì)或者是CO2,起到 了去除有機(jī)碳污染的作用;在代謝的同時(shí),會(huì)產(chǎn)生電子傳遞給陽(yáng)極堆,電子通過(guò)外電路7和 外接負(fù)載8到達(dá)陰極堆6,產(chǎn)生質(zhì)子會(huì)隨著污水流進(jìn)缺氧池12,在陰極堆6表面附著的反 硝化微生物作用下,缺氧池中的N03_會(huì)與質(zhì)子和電子結(jié)合生成N2和H2O,從而達(dá)到除氮的目 的。
      權(quán)利要求
      1.一種可用于AAO污水處理工藝中強(qiáng)化脫氮的微生物燃料電池裝置,其特征在于主 要由兩部分構(gòu)成,位于AAO工藝厭氧池中的陽(yáng)極堆和位于缺氧池中的陰極堆,它們通過(guò)導(dǎo) 線和外接負(fù)載相連。
      2.如權(quán)利要求1所述裝置,其特征在于,陽(yáng)極堆和陰極堆是由活性炭或石墨材料制成 直徑0. 5-1. 0m,長(zhǎng)度為1. 0-5. Om的管狀電極材料相互平行并排相連,由PE等具有絕緣性能 的高分子聚合材料的固定管架固定,構(gòu)成模塊化的電極堆;管狀電極材料之間靠金屬導(dǎo)線 連接,導(dǎo)線包裹于高分子聚合材料固定管架中;連接電極材料的導(dǎo)線匯集后連入外電路。
      3.如權(quán)利要求1所述裝置,其特征在于,在AAO工藝厭氧池和缺氧池中以2.5-5. 5m間 距布設(shè),頂部在水面0. 6-1. Om以下,以保證厭氧的環(huán)境;為縮短陰、陽(yáng)極之間距離,陽(yáng)極堆 從厭氧池末端最靠近厭氧池出水口的一端向厭氧池進(jìn)水口方向排布,陰極堆從缺氧池初始 端進(jìn)水口開(kāi)始向缺氧池出水口方向排布;根據(jù)AAO工藝處理規(guī)模以及進(jìn)、出水水質(zhì)情況,可 分別在厭氧區(qū)和缺氧區(qū)設(shè)置由10-100個(gè)陽(yáng)極堆和陰極堆;電極堆之間靠金屬導(dǎo)線連接并 最終與外電路導(dǎo)線和外接負(fù)載相連,形成閉合回路,從而構(gòu)成微生物燃料電池。
      4.如權(quán)利要求1所述裝置,其特征在于,管狀電極材料開(kāi)口方向與AAO工藝生物反應(yīng)池 內(nèi)水流方向平行,以保證水流順暢和電極表面微生物膜的更新。
      全文摘要
      本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種可用于AAO污水處理工藝中強(qiáng)化脫氮的微生物燃料電池裝置,強(qiáng)化污水生物污水脫氮并產(chǎn)生電能。該裝置的結(jié)構(gòu)由陽(yáng)極堆、陰極堆、外接電路導(dǎo)線、外接負(fù)載組成。將陽(yáng)極堆布設(shè)與AAO污水處理工藝厭氧反應(yīng)池中,陰極堆布設(shè)于缺氧池中,組成生物陰極性微生物燃料電池結(jié)構(gòu),在不影響原AAO處理工藝功能的同時(shí)強(qiáng)化脫氮,在去除污染物的同時(shí)還可以產(chǎn)生電能。本裝置易于安裝,可以方便地與現(xiàn)有的AAO工藝結(jié)合使用。
      文檔編號(hào)H01M8/16GK102110835SQ20111002361
      公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
      發(fā)明者劉紅, 董文博, 謝倍珍 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)
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