申请日2017.11.06
公开(公告)日2018.01.19
IPC分类号C02F9/14; C02F1/461; C02F1/72; C02F3/34; H01M8/16; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种城市污水处理装置，包括电解池以及微生物燃料电池。微生物燃料电池包括至少两个并列设置的密闭厌氧阳极室及一个阴极室，且相邻的密闭厌氧阳极室彼此互不连通，阴极室与至少两个密闭厌氧阳极室通过质子交换膜连通;密闭厌氧阳极室总体积与阴极室体积相等;每个密闭厌氧阳极室内均匀设置两组阳极电极;阴极室内设置有曝气装置及数个阴极电极;电解池包括至少两个且并列设置的反应室，且每个反应室内设置有呈螺旋状的阳极板、阴极板，且阳极板、阴极板彼此平行;微生物燃料电池与电解池通过稳压装置连通，且阳极电极连通阳极板、阴极电极连通阴极板。使用本装置处理污水更为彻底，污水处理效率较高，更加节能环保。
摘要附图
权利要求书
1.一种城市污水处理装置，其特征在于，包括：用于对污水进行处理的电解池，以及用于对电解池提供电能的微生物燃料电池;其中：
所述微生物燃料电池包括至少两个并列设置的密闭厌氧阳极室及一个阴极室，且相邻的密闭厌氧阳极室彼此互不连通，所述阴极室与所述至少两个密闭厌氧阳极室通过质子交换膜连通;
所述密闭厌氧阳极室总体积与阴极室体积相等;
每个所述密闭厌氧阳极室内均匀设置两组阳极电极;
所述阴极室内设置有曝气装置及数个阴极电极;
所述电解池包括至少两个且并列设置的反应室，且每个反应室内设置有呈螺旋状的阳极板、阴极板，且阳极板、阴极板彼此平行;
所述微生物燃料电池与所述电解池通过稳压装置连通，且阳极电极连通阳极板、阴极电极连通阴极板。
2.根据权利要求1所述的城市污水处理装置，其特征在于，所述两组阳极电极包括单号阳极电极和双号阳极电极，且各个所述密闭厌氧阳极室内的单号、双号阳极电极分别串联后再并联。
3.根据权利要求2所述的城市污水处理装置，其特征在于，每组所述阳极电极包括至少一根钛刷电极，且通过顶板固定于所述密闭厌氧阳极室的密封盖上。
4.根据权利要求3所述的城市污水处理装置，其特征在于，所述钛刷电极的刷毛表面设置有微孔或沟痕结构。
5.根据权利要求1所述的城市污水处理装置，其特征在于，所述阴极电极数量与密闭厌氧阳极室数量比为2:1。
6.根据权利要求1所述的城市污水处理装置，其特征在于，所述曝气装置包括偶数个曝气头，且每两个曝气头串联后再并联连接曝气机。
7.根据权利要求1所述的城市污水处理装置，其特征在于，所述反应室底部内设漏斗形集泥槽。
8.根据权利要求7所述的城市污水处理装置，其特征在于，所述阳极板、阴极板固定在所述反应室的顶盖上，所述反应室顶盖上设置有驱动装置，所述驱动装置与所述阳极板、阴极板连接。
9.根据权利要求1所述的城市污水处理装置，其特征在于，每个所述密闭厌氧阳极室、阴极室、反应室底部分别设置有进出水管道，且在管道上设置有阀门和水泵;所述反应室底部还设置有排泥泵。
10.一种城市污水处理方法，使用权利要求1-9中任一项权利要求所述的城市污水处理装置，其特征在于，包括如下步骤：
(1)调试安装好所述城市污水处理装置：将阳极电极插入到微生物燃料电池的密闭厌氧阳极室内，用密封盖将密闭厌氧阳极室密封;将阳极板、阴极板插入电解池的反应室中，反应室顶盖需留出空隙，以便排出电解产生的气体;
(2)向微生物燃料电池注入生活污水，运行该微生物燃料电池;
(3)当稳压装置中的电信号稳定后，向电解池的反应室注入生活污水;
(4)电解池接通稳压装置中的电源后，进行污水处理过程，期间，当稳压装置中的电信号下降或消失时，更换微生物燃料电池中的生活污水;
(5)污水处理完成后，将经过处理的水排出，并将电解池的反应室中的污泥排出，再向电解池中注入未处理的生活污水再次进行污水处理过程。
说明书
一种城市污水处理装置及污水处理方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体的是涉及一种城市污水处理装置，及应用该装置进行污水处理的方法。
背景技术
近年来，低碳环保、资源回收利用一直是社会可持续发展的热门话题，对城市生活污水的高效低能降解，以及对其中N、P、K及有机质等肥料元素的收集利用有着长远的发展前景。然而在实际的污水处理过程中，部分大分子、官能团等结构复杂的有机物难以得到有效地去除，同样会有较多的Cu、Zn等重金属离子残留其中。目前应用广泛的膜生物反应器(MBR)工艺、曝气生物滤池(BAF)工艺及CASS工艺等在深度处理难降解有机物方面有一部分效果，但仍存在工艺落后，基建投资大，运行成本高，能耗达不到环境保护标准，以及处理后的水质不理想等缺点。现在急需一种新型节能环保的污水处理工艺。
发明内容
由于微生物燃料电池是近十年来得到广泛研究的一种绿色环保的新型能源，在消耗降解有机污染物的同时产生电能，而且没有二次污染物生成，是理想的产能装置。电化学法在污废水的处理中已得到可靠的论证和应用，该工艺处理效果稳定，污泥量少，重金属富集于阴极附近可回收利用，且电化学设备紧凑，节省空间，运行便捷。因此，本发明旨在提供一种利用微生物燃料电池的城市污水处理装置及相应的污水处理方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种城市污水处理装置，包括：用于对污水进行处理的电解池，以及用于对电解池提供电能的微生物燃料电池;其中：微生物燃料电池包括至少两个并列设置的密闭厌氧阳极室及一个阴极室，且相邻的密闭厌氧阳极室彼此互不连通，阴极室与至少两个密闭厌氧阳极室通过质子交换膜连通;密闭厌氧阳极室总体积与阴极室体积相等;每个密闭厌氧阳极室内均匀设置两组阳极电极;阴极室内设置有曝气装置及数个阴极电极;电解池包括至少两个且并列设置的反应室，且每个反应室内设置有呈螺旋状的阳极板、阴极板，且阳极板、阴极板彼此平行;微生物燃料电池与电解池通过稳压装置连通，且阳极电极连通阳极板、阴极电极连通阴极板。
更进一步的，两组阳极电极包括单号阳极电极和双号阳极电极，且各个密闭厌氧阳极室内的单号、双号阳极电极分别串联后再并联。
更进一步的，每组阳极电极包括至少一根钛刷电极，且通过顶板固定于密闭厌氧阳极室的密封盖上。
更进一步的，钛刷电极的刷毛表面设置有微孔或沟痕结构。
更进一步的，阴极电极数量与密闭厌氧阳极室数量比为2:1。
更进一步的，曝气装置包括偶数个曝气头，且每两个曝气头串联后再并联连接曝气机。
更进一步的，反应室底部内设漏斗形集泥槽。
更进一步的，阳极板、阴极板固定在反应室的顶盖上，反应室顶盖上设置有驱动装置，驱动装置与阳极板、阴极板连接。
更进一步的，每个密闭厌氧阳极室、阴极室、反应室底部分别设置有进出水管道，且在管道上设置有阀门和水泵;反应室底部还设置有排泥泵。
使用上述城市污水处理装置进行城市污水处理的方法，包括如下步骤：
(1)调试安装好城市污水处理装置：将阳极电极插入到微生物燃料电池的密闭厌氧阳极室内，用密封盖将密闭厌氧阳极室密封;将阳极板、阴极板插入电解池的反应室中，反应室顶盖需留出空隙，以便排出电解产生的气体;
(2)向微生物燃料电池注入生活污水，运行该微生物燃料电池;
(3)当稳压装置中的电信号稳定后，向电解池的反应室注入生活污水;
(4)电解池接通稳压装置中的电源后，进行污水处理过程，期间，当稳压装置中的电信号下降或消失时，更换微生物燃料电池中的生活污水;
(5)污水处理完成后，将经过处理的水排出，并将电解池的反应室中的污泥排出，再向电解池中注入未处理的生活污水再次进行污水处理过程。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明采用微生物燃料电池作为产能来源，即实现了有机污染物的降解处理，又为电解池中利用电化学氧化法进一步氧化分解大分子有机物提供电能，实现了污水处理，同时还能节约能耗。
2、本发明微生物燃料电池设置至少两个密闭厌氧阳极室，且相邻的密闭厌氧阳极室彼此互不连通，隔离培养微生物，有助于防止微生物因不明确的外界条件而引起的大面积衰亡现象发生。另外，本发明密闭厌氧阳极室中设置单、双号电极，且分别串联后再并联，可以保证在微生物燃料电池运行状态下，检测附着于阳极电极上的微生物生长情况，以及阳极电极消耗、导电性能等，能够更好的监测微生物燃料电池的状态。
3、本发明电解池反应室中设置有呈螺旋状的阳极板、阴极板，且彼此平行，此结构对电解效果有一定的增强作用，可有效利用阴、阳极板的正反两面增大有效的电子传递、接受面积，并且可以节省极板占用空间。另外，反应室顶盖上设置有驱动装置，可以使极板叶片对电解液进行搅动，用以冲刷吸附于阴极板表层的金属离子沉积物，同时可以促进极板同心圆内部溶液中电子和外部电子交换互通，防止因内部电子分布不均而引起的极化现象。再者，反应室底部内设漏斗形集泥槽，使得富集重金属的污泥沉淀能够通过集泥槽底部的排泥泵排出反应室进行金属回收，从而可以达到资源回收利用的目的。
4、本发明不仅避开了传统活性污泥法对污染物质去除效果不彻底的弊端，还可以解决目前污水处理工艺能耗高、投资大的问题;而且，由于本发明结构的一体化设计，还能节约占地空间、方便运行管理。