申请日2015.05.22
公开(公告)日2015.10.21
IPC分类号C02F9/14; H01M8/06; H01M8/16
摘要
本发明涉及一种基于微生物燃料电池的猪场废水处理方法，步骤为：机械栅格去除污水中的大颗粒污染物质和漂浮物;调节池调节水量及水质均匀化;水解酸化池水解有机物;厌氧池水解有机物，提高废水可生化性，并保持废水厌氧状态;微生物燃料电池厌氧废水处理及发电;电能采集系统收集电能，为监测微生物燃料电池内废水处理情况的水质检测系统提供电能。本发明的优点在于：将微生物燃料电池与传统废水处理技术相结合，应用于养殖猪场废水处理，回收电能，治理废水。
权利要求书
1.一种基于微生物燃料电池的猪场废水处理方法，其特征在于：所述步骤为：
a)废水收集：将猪场废水收集于集粪池，集粪池设置在猪舍两侧，此时，废水水质COD=19000±500mg/L，BOD=9100±450mg/L，SS=13000±600mg/L,NH3-N=1250±50mg/L;
b)废水去杂：采用SGH机械格栅对废水进行去杂处理，废水的流量为12m3/h，经机械格栅除去废水中的大颗粒污染物质和漂浮物后，废水的水质COD=11000 mg/L，BOD=5500mg/L，SS=5500mg/L,NH3-N=1000mg/L;
c)曝气处理：将去杂后的废水收集并送入集水池，在集水池内设两台曝气机间歇曝气预处理，从集水池内流出的废水的水质COD=7500 mg/L，BOD=3000mg/L，SS=3100mg/L,NH3-N=750mg/L;
d)废水调节：再将废水送入调节池内，对废水进行水量、水质的调节均匀化处理，并设置曝气系统，在调节池内设潜污泵根据水位自动控制，定量将废水送至后续处理构筑物;
e)厌氧处理：将废水送至厌氧池内，利用厌氧池内的厌氧污泥的作用，使废水中的有机物发生水解，去除废水中的有机物，厌氧池处理后废水的水质COD= 1000mg/L BOD=400mg/L，SS=150mg/L，NH3-N=380mg/L;
f)pH调节：将废水送入微生物燃料电池调节池，调节废水pH为8的微碱性状态以及调节水量，为后续微生物燃料电池废水处理及产电做预处理;
g)废水产电：将微生物燃料电池调节池内的废水泵入微生物燃料电池，在厌氧的微生物燃料电池内，产电微生物催化作用将废水中有机物进行分解产生质子和电子，质子通过阳离子交换膜，电子通过外电路在阴极与空气反应生成水，产生的电能使用电荷泵采集，采用超级电容存储，微生物燃料电池处理后废水的水质COD=250mg/L，BOD=80mg/L，NH3-N=60mg/L;
h)废水过滤：将经微生物燃料电池处理后的废水使用活性炭进行再次过滤，利用活性炭本身的吸附功能进一步去除水中悬浮物及异味，使其达到排放要求，此时出水浊度相当于0值，SS=30mg/L;
i)废水排出：经过过滤后的废水送至出水池内，出水池水量基本保持满水状态，多余水量直接排放或用于植被灌溉。
2.根据权利要求1所述的基于微生物燃料电池的猪场废水处理方法，其特征在于：所述集粪池的结构尺寸为50m×3m×2.7m，容积800m3，有效容积630m3;集水池尺寸为70m×3m×2.3m，有效水深1.8m，有效容积360m3;调节池尺寸为10.1m×7.4m×3.0m，有效容积180 m3;厌氧池为圆柱形D=13m，H=10m，处理水量360m3/d;微生物燃料电池调节池尺寸为10.1m×7.4m×3.0m，有效容积180 m3;微生物燃料电池有10座，呈圆柱形状，D=5.2m，H=5m，处理水量370 m3/d;出水池尺寸为70m×3m×2.3m，有效水深1.8m，有效容积360m3。
3.根据权利要求1所述的基于微生物燃料电池的猪场废水处理方法，其特征在于：所述废水在集水池内停留时间为1d，废水在调节池内停留时间为12h，废水在厌氧池内停留时间为3d，废水在微生物燃料电池调节池内停留时间为6h，废水在微生物燃料电池内停留时间为60h。
4.根据权利要求1所述的基于微生物燃料电池的猪场废水处理方法，其特征在于：所述调节池内所设的提升泵为WQ20-22-3不堵塞叶轮潜污泵，流量20m3/h，电机功率3kW，其余步骤中所用提升泵为哥尼流QW50-25-32-5.5，流量为25m3/h
根据权利要求1所述的基于微生物燃料电池的猪场废水处理方法，其特征在于：所述步骤e中，水解反应产生的沼气，可送至锅炉燃烧利用。
5.根据权利要求1所述的基于微生物燃料电池的猪场废水处理方法，其特征在于：所述步骤g中，电能采集系统的电能采集使用电荷泵，存储的电能作为升压元件的启动电压;储能元件采用超级电容，其放电能力强，循环使用寿命长;通过DC/DC转换器的升压作用，将电压达到所需电压值。
6.根据权利要求1所述的基于微生物燃料电池的猪场废水处理方法，其特征在于：所述步骤g中，利用电能采集系统收集的电能为整个猪场废水处理系统进行供电，包括水质监测系统，监测微生物燃料电池反应器内废水处理情况。
7.根据权利要求1所述的基于微生物燃料电池的猪场废水处理方法，其特征在于：所述出水池每天出水1次，并将水量补充至300m3;每12h对调节池补水至180m3;每6h对微生物燃料电池调节池补水值180m3。
说明书
一种基于微生物燃料电池的猪场废水处理方法
技术领域
本发明涉及废水处理领域，特别涉及一种基于微生物燃料电池的猪场废水处理方法。
背景技术
近年来，猪场规模化猪场养殖而产生的猪场废水给周边生态和大气环境造成了影响。猪场废水属于高浓度有机废水，不仅会对地下水源和地表水产生污染，还有可能使土地丧失生产能力，导致部分区域绿草不生、树木枯竭，甚至有可能传播疾病，对人体健康造成危害。
为改善猪场环境及其带来的负面影响，采用了很多技术和方式处理猪场废水，主要分为三大类：废水还田技术，自然处理技术和工厂处理技术。废水还田技术能使污染物得到最大化控制，同时使土壤的肥力得到提升，能源消耗较少，但需专人管理较为麻烦;自然处理技术无需繁杂的废水处理系统，耗能也较少，但对地域及猪场规模有一定的限制;工厂处理技术主要分为生物处理法、化学处理法和物理处理法，相对成本较高。
微生物燃料电池(microbial fuel cell，微生物燃料电池)作为燃料电池的一种，是能利用产电微生物作为生物催化剂将有机废水中的化学能转化成电能的新型生物过程的工具，在完成有机废水处理的同时产生电能。微生物燃料电池在污染废水处理中产生的能量不仅能够维持整个系统的正常运行，还能进行能量回收，将多余的能量运用于其他工程实践，减缓能源短缺的现状。这能为高能耗的环境污染治理提供了一种新思路。
猪场废水中含有能量，且都以可生物降解的有机物的形式存在，若考虑使其回收而非消耗能量去除它们，开发利用微生物燃料电池的可放大技术，也许能使养殖场内的基础设施所需的能源自给自足。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于微生物燃料电池的猪场废水处理方法，能够利用微生物燃料电池处理猪场废水产生电能的同时，还能将经微生物燃料电池处理后的残余的废渣运输到沼渣厂和有机肥厂，将其作为有机肥进行二次利用。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种基于微生物燃料电池的猪场废水处理方法，其创新点在于：所述步骤为：
a)废水收集：将猪场废水收集于集粪池，集粪池设置在猪舍两侧，此时，废水水质COD=19000±500mg/L，BOD=9100±450mg/L，SS=13000±600mg/L,NH3-N=1250±50mg/L;
b)废水去杂：采用SGH机械格栅对废水进行去杂处理，废水的流量为12m3/h，经机械格栅除去废水中的大颗粒污染物质和漂浮物后，废水的水质COD=11000 mg/L，BOD=5500mg/L，SS=5500mg/L,NH3-N=1000mg/L;
c)曝气处理：将去杂后的废水收集并送入集水池，在集水池内设两台曝气机间歇曝气预处理，从集水池内流出的废水的水质COD=7500 mg/L，BOD=3000mg/L，SS=3100mg/L,NH3-N=750mg/L;
d)废水调节：再将废水送入调节池内，对废水进行水量、水质的调节均匀化处理，并设置曝气系统，在调节池内设潜污泵根据水位自动控制，定量将废水送至后续处理构筑物;
e)厌氧处理：将废水送至厌氧池内，利用厌氧池内的厌氧污泥的作用，使废水中的有机物发生水解，去除废水中的有机物，厌氧池处理后废水的水质COD= 1000mg/L BOD=400mg/L，SS=150mg/L，NH3-N=380mg/L;
f)pH调节：将废水送入微生物燃料电池调节池，调节废水pH为8的微碱性状态以及调节水量，为后续微生物燃料电池废水处理及产电做预处理;
g)废水产电：将微生物燃料电池调节池内的废水泵入微生物燃料电池，在厌氧的微生物燃料电池内，产电微生物催化作用将废水中有机物进行分解产生质子和电子，质子通过阳离子交换膜，电子通过外电路在阴极与空气反应生成水，产生的电能使用电荷泵采集，采用超级电容存储，微生物燃料电池处理后废水的水质COD=250mg/L，BOD=80mg/L，NH3-N=60mg/L;
h)废水过滤：将经微生物燃料电池处理后的废水使用活性炭进行再次过滤，利用活性炭本身的吸附功能进一步去除水中悬浮物及异味，使其达到排放要求，此时出水浊度相当于0值，SS=30mg/L;
i)废水排出：经过过滤后的废水送至出水池内，出水池水量基本保持满水状态，多余水量直接排放或用于植被灌溉。
进一步的，所述集粪池的结构尺寸为50m×3m×2.7m，容积800m3，有效容积630m3;集水池尺寸为70m×3m×2.3m，有效水深1.8m，有效容积360m3;调节池尺寸为10.1m×7.4m×3.0m，有效容积180 m3;厌氧池为圆柱形D=13m，H=10m，处理水量360m3/d;微生物燃料电池调节池尺寸为10.1m×7.4m×3.0m，有效容积180 m3;微生物燃料电池有10座，呈圆柱形状，D=5.2m，H=5m，处理水量370 m3/d;出水池尺寸为70m×3m×2.3m，有效水深1.8m，有效容积360m3。
进一步的，所述废水在集水池内停留时间为1d，废水在调节池内停留时间为12h，废水在厌氧池内停留时间为3d，废水在微生物燃料电池调节池内停留时间为6h，废水在微生物燃料电池内停留时间为60h。
进一步的，所述调节池内所设的提升泵为WQ20-22-3不堵塞叶轮潜污泵，流量20m3/h，电机功率3kW，其余步骤中所用提升泵为哥尼流QW50-25-32-5.5，流量为25m3/h。
进一步的，所述步骤e中，水解反应产生的沼气，可送至锅炉燃烧利用。
进一步的，所述步骤g中，电能采集系统的电能采集使用电荷泵，存储的电能作为升压元件的启动电压;储能元件采用超级电容，其放电能力强，循环使用寿命长;通过DC/DC转换器的升压作用，将电压达到所需电压值。
进一步的，所述步骤g中，利用电能采集系统收集的电能为整个猪场废水处理系统进行供电，包括水质监测系统，监测微生物燃料电池反应器内废水处理情况。
进一步的，所述出水池每天出水1次，并将水量补充至300m3;每12h对调节池补水至180m3;每6h对微生物燃料电池调节池补水值180m3。
本发明的优点在于：将微生物燃料电池与传统废水处理技术相结合，应用于养殖猪场废水处理，回收电能，治理废水。
利用微生物燃料电池系统将猪场废水中的化学能转为电能，将回收的电能用于水质监测，时时监测微生物燃料电池阳极室内猪场废水的处理情况。
利用调节池对废水进行水量、水质的调节均匀化处理，保证后续处理系统水量和水质的均衡、稳定，并通过设置曝气系统，以防止废水中悬浮颗粒沉淀。
利用厌氧池内的厌氧污泥的作用，使废水中的有机物发生水解，去除废水中的有机物，提高废水的可生化性并保持废水厌氧状态。
将微生物燃料电池引入废水处理系统，利用微生物燃料电池系统将猪场废水中的化学能转化为电能，并进行回收利用，在利用微生物燃料电池处理猪场废水产生电能的同时，还能将经微生物燃料电池处理后的残余的废渣运输到沼渣厂和有机肥厂，将其作为有机肥进行二次利用。