强化污水脱氮除磷效率同时产电的方法

　　申请日2015.04.29

　　公开(公告)日2015.08.05

　　IPC分类号C02F3/30; H01M8/16; C02F3/34

　　摘要

　　本发明涉及一种强化污水生物脱氮除磷效率同时产电的方法，主要针对污水处理工艺中厌氧释磷和缺氧反硝化过程对碳源需求的竞争造成的脱氮除磷效率低、运行成本高等问题而设计的。本发明污水生物脱氮除磷方法主要涉及阳极电极和阴极电极，将阳极和阴极分别设在脱氮除磷工艺的厌氧区和缺氧区，通过外导线和外接负载将阳极和阴极相连，形成闭合回路，采用电极与污水处理工艺耦合的方式强化脱氮除磷效率同时产生电能。本发明无需添加化学试剂、运行成本低、运用范围广、强化效果明显且能产生新能源，具有广泛的应用前景。

　　权利要求书

　　1.一种强化污水脱氮除磷效率同时产电的方法，其特征在于：

　　将导电材料分别设于污水处理工艺的厌氧区和缺氧区，厌氧区电极材料做为阳极，缺氧区电极材料做为阴极，阳极和阴极通过外导线和外接负载相连，形成闭合回路，与污水处理工艺实现耦合，强化污水生物脱氮除磷效率的同时产生电能，具体方法如下：

　　1)将纸壳碳、碳毡、碳布、石墨泡沫等导电材料设于污水处理工艺的厌氧区;

　　2)将纸壳碳、碳毡、碳布、石墨泡沫等导电材料设于污水处理工艺的缺氧区;

　　3)厌氧区导电材料做为阳极，缺氧区导电材料做为阴极，阳极和阴极通过外导线和外接负载相连，形成闭合回路;

　　4)废水进水厌氧池中，微生物氧化有机碳，释放电子和质子，同时充分释磷;废水进入缺氧池中，反硝化菌和反硝化聚磷菌在低碳源或无碳源的情况下，接收厌氧区通过外电路传递到缺氧区阴极的电子，和通过水流传递给阴极的质子，将污水中的硝酸盐和亚硝酸盐还原成氮气，降低了反硝化微生物与除磷微生物在COD上的竞争;废水进入好氧池中，在微生物作用下，发生氨化、硝化以及聚磷菌过量吸磷等反应。

　　所述工艺中的阳极导电材料可以是由任何形式的易于微生物附着且导电性能好的材料组成。

　　所述工艺中的阴极导电材料可以是由任何形式的易于微生物附着且导电性能好的材料组成。

　　所述工艺中的阳极电极，为缩短阴、阳极之间距离降低内阻，提高输出功率，阳极电极排布在厌氧池末端最靠近厌氧池出水口的一端向缺氧池进水口的方向。

　　所述工艺中的阴极电极，为缩短阴、阳极之间距离降低内阻，提高输出功率，阴极电极排布在缺氧池初始端靠近缺氧池进水口开始向厌氧池出水口的方向。

　　所述工艺中的阴极和阳极的比表面积根据实际污水处理工艺的大小有所变动。

　　所述工艺中接种污泥，对污泥进行常规驯化，形成活性颗粒性污泥，缩短污水处理工艺启动时间。

　　所述工艺中的反硝化微生物是一类可以以硝酸盐氮为电子受体，在缺氧低碳环境中实现反硝化脱氮的菌种。

　　所述整个污水处理工艺在室温条件下进行。

　　本发明强化污水生物脱氮除磷效率方法，在传统工艺的厌氧区和缺氧区分别增添了阳极导电材料和阴极导电材料，并通过外导线和外接负载相连，形成闭合回路。通过电极刺激，改变污泥中的微生物群落结构，实现反硝化菌群的强化与富集，从而提高了污水处理工艺在低碳环境下的脱氮除磷效率。

　　2.根据权利要求1所述的强化污水生物脱氮除磷效率同时产电的方法，在传统工艺的厌氧区和缺氧区分别增添了阳极和阴极，并通过外导线和外接负载相连，形成闭合回路。通过电极刺激，改变污泥中的微生物群落结构，实现反硝化菌群的强化与富集，从而提高了污水处理工艺在低碳环境下的脱氮除磷效率同时产生了电能，可以带动一些小功率的直流用电器。

　　说明书

　　一种强化污水脱氮除磷效率同时产电的方法

　　技术领域

　　本发明涉及污水处理和能源回收领域，具体涉及微生物强化污水中氮磷污染物的去除，同时产生一定量的电能，且不干扰传统污水处理工艺的污水处理方法。

　　技术背景

　　目前，含氮、磷污染物的过度排放被公认为是造成世界范围内水体富营养化和生态环境恶化的主要原因。因此，开发经济、高效的脱氮除磷技术已成为当前污水处理技术领域的研究重点。

　　但是，由于城市污水的脱氮除磷处理工艺大都是将厌氧、缺氧和好氧三种不同的环境条件交替运行，生物反应池中会存在例如兼性厌氧发酵细菌、反硝化菌、好氧聚磷菌等多种适合于不同环境的微生物。不同种类的微生物菌群共存于同一污泥系统中，必然存在细菌之间不同泥龄和碳源的竞争。由于上述矛盾的存在，系统很难实现不同功能的三种菌的最佳生长条件，因此污水处理工艺一般不能同时实现氮磷的高效去除。

　　为解决污水处理碳源不足引起的氮磷难以同时高效去除的问题，研究者们进行了工艺改良：针对碳源不足采取的措施，如补充碳源、改变进水方式等。然而，基于对传统工艺流程及反应器改良的新工艺，需要另设庞大复杂的水处理构筑物，所占的体积空间大，而且增加了运行成本和操作控制难度;基于新的微生物学和生物化学理论开发出的新型工艺，如何进行微生物的筛选、培育以及如何通过合理控制来保持它们在水处理系统中的优势地位都是难点。

　　此外，国内外对污水处理工艺的研究多聚焦在单纯的污水处理，忽略了废水中能源的回收，因此，如何利用更简单、易行、低成本的装置实现污水脱氮除磷同时产生新能源成为污水处理的关键。

　　发明内容

　　本发明克服现有技术的缺点，提供一种耗能低、处理效率高、运行成本低、无二次污染的新型生物脱氮除磷处理方法，该方法可实现对厌氧释磷过程和缺氧反硝化过程对化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)需求的优化分配，强化现有污水处理工艺出水水质，同时产生电能。

　　本发明强化脱氮除磷效率同时产电的废水生物处理方法，包括以下步骤：