申请日2013.03.22
公开(公告)日2013.06.12
IPC分类号H01M8/16; C02F3/12
摘要
活性污泥法工艺同步产电方法。主要利用活性污泥微生物代替产电微生物氧化去除污水中的有机污染物，并产生电子和质子，产生的电子传递到阳极，并经外电路流向阴极，从而产生外电流;产生的质子通过水流传递到阴极，由此完成反应器内部电荷的传递;外电路的电子到达阴极与氧气及硝态氮等电子受体发生还原反应，由此完成产电过程。本发明所述方法对污水进行氧化净化的同时能实现同步产电，实现净水产能双效合一;所述产电装置结构简单，操作方便，输出功率高，是一种可在污水处理厂中广泛推广应用的同步产电方法。
权利要求书
1.活性污泥法工艺同步产电方法，其特征在于利用活性污泥氧化去除污 水中有机污染物时产生电子和质子，产生的电子传递到阳极，并经外 电路流向阴极，产生外电流;产生的质子通过水流传递到阴极，完成 反应器内部电荷的传递;外电路电子到达阴极与氧气及硝态氮等电子 受体发生还原反应，由此实现同步产电。
2.根据权利要求1所述的活性污泥法工艺同步产电方法，其特征在于所述 活性污泥反应器中安装有阴、阳电极，所述阳电极采用石墨材料，所 述阴电极以钛基二氧化铅材料。
3.根据权利要求1或2所述的活性污泥法同步产电方法，其特征在于所述 阳极上未布置产电微生物膜，且阴、阳电极均处于好氧环境中。
4.根据权利要求1或2所述的活性污泥法同步产电方法，其特征在于所述 污水COD≥200 mg/L。
说明书
活性污泥法工艺同步产电方法
技术领域
本发明涉及一种活性污泥法工艺同步产电方法，尤其适用于分散式生 活污水的处理，属于环境保护中污水处理技术领域。
背景技术
随着我国工农业的快速发展和城市化进程的不断加快，向水环境中排 放的工业废水和城市废水量不断增加。水污染的日益严重，不仅影响 人民的生活质量和身心健康，还严重制约着我国经济社会的可持续发 展。
活性污泥法(Activated Sludge Process)是以活性污泥为主体的 废水生物处理技术，在人工充氧条件下，培养驯化微生物群体，这种 具有活性的微生物絮凝体被称为“活性污泥”，利用活性污泥的吸附 和生物氧化作用，以分解去除废水中溶解的和胶体的有机物质，使废 水得以净化。活性污泥法曝气池中的活性污泥生物絮凝体，由大量繁 殖的微生物群体所构成，可将水中有机物氧化分解成无机物并合成新 的细胞，在二次沉淀池中易于沉淀和分离。
普通活性污泥法工艺中，原污水从曝气池首端进入池内，由二次沉淀 池回流的回流污泥也同步注入曝气池。在曝气池前端，活性污泥同刚 进入的有机物浓度相对较高的废水相接触，即供给活性污泥微生物生 长一般处于生长曲线的对数生长期或稳定期。由于普通活性污泥法曝 气时间比较长，当活性污泥继续向前推进曝气池末端时，废水中有机 物已几乎被耗尽，污泥微生物进入内源代谢期，其活动能力也相应减 弱，因此在沉淀池中容易沉淀，出水中残余的有机物浓度较低。处于 饥饿态的污泥回流入曝气池后又能够强烈吸附和氧化有机物。曝气池 首端有机污染负荷高，耗氧速率也高，因而沿反应器池长形成了首端 高末端低的有机物浓度梯度和首端低末端高的溶解氧浓度梯度。
序批式反应器(Sequencing Batch Reactor, SBR)是废水活性污 泥法生化处理系统的先驱，早在1914年Ardern和Lockett首次提出活性 污泥法的概念时采用的操作方式就是间歇式的。只是受当时监测与自 动控制技术水平的限制，这种间歇式操作方式只适用于小型污水处理 。近年来，随着监控与测试技术的飞速发展，SBR工艺引起广泛重视， 在国内外得到广泛发展。在SBR中，曝气池和沉淀池合二为一，即生化 反应与泥水分离在同一反应池中进行，废水分批次进入反应池，然后 按顺序进行反应、沉淀、排上清液和闲置阶段，完成一个运行操作周 期。由于在反应过程中反应器不进水，因而在反应期间内存在有机物 浓度梯度。如同普通推流式活性污泥法中沿池长存在有机物浓度梯度 一样，所不同的是SBR的这种梯度是按时间序 列变化的，而普通推流式活性污泥法是按废水在反应器中流经位置变 化的。
微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)利用微生物的催化 作用将废弃物中的碳水化合物的化学能转化为电能。该技术在有效降 解废弃物中有机物的同时能产生可供人们直接利用的能源，符合清洁 生产和可持续发展的要求，因而日益成为国内外研究的热点。尽管国 内外有关微生物燃料电池的研究较多，但大多是以厌氧污泥、海洋底 泥等作为底物，且主要集中在电池构型、产电微生物和电极材料等方 面，而关于废水处理、生物修复等方面的研究较少，国内外至今未发 现在污水处理厂中进行同步产电的文献报道。且以往研究均认为微生 物燃料电池阳极必须处于厌氧环境中，以便为产电微生物催化降解有 机物提供所需的厌氧条件，而关于好氧阳极和以活性污泥代替产电微 生物氧化分解有机物的报道史无前例。
发明内容
为了克服目前污水处理存在的处理成本高和经济效益低等难题，本发 明提供一种活性污泥法工艺同步产电方法，该方法可在污水活性污泥 处理系统中实现同步产电，输出功率高，且装置简便，操作简单。
本发明所要解决的技术问题是在活性污泥法工艺中实现同步产电。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在活性污泥反应器中首 、末端分别安装阳电极和阴电极，阳极和阴极由导线连接;向反应器 中接种活性污泥，注入待处理的污水，利用活性污泥微生物氧化分解 污水中的有机物产生的电子和质子，产生的电子由阳极经外电路传递 到阴极，从而产生外电流;产生的质子沿水流方向到达阴极并与电子 、氧气及硝态氮等发生还原反应，由此完成反应器内部电荷的传递。
下面进一步详述本发明。
本发明提供了一种活性污泥法工艺同步产电方法，其特征在于，包括 以下步骤：
(a)安装设备，在活性污泥反应器首、末端分别安装阳电极和阴电极 ;
(b)接种活性污泥并注入待处理的污水，在活性污泥微生物的作用下 氧化去除废水中的污染物，并产生电子和质子;
(c)产生的电子传递到阳极，并经外电路传递到阴极，外电路电流方 向为从阴极流向阳极;
(d)产生的质子沿水流方向传递到阴极，内电路电流方向为从阳极流 向阴极;
(e)外电路的电子到达阴极并与氧气等电子受体结合，发生还原反应 ，完成产电过程。
所述污水可生化处理，且COD≥200。
所述阳极以石墨为电极材料，阴极以钛基二氧化铅为电极材料。
所述活性污泥反应器内为好氧环境，阳极和阴极均处于好氧环境中。
本发明的有益效果：本发明所述方法以好氧阳极代替厌氧阳极，利用 活性污泥微生物代替产电微生物氧化分解污水中的有机物提供质子和 电子，从而在污水处理厂活性污泥法工艺中实现同步产电，不仅能有 效防止污水对水体和环境人类健康的危害，还可回收利用其中的能源 ，提高污水处理厂经济效益，实现净水产能双效合一;本发明所述产 电装置结构简单，易操作，输出效率高，可实现自动持续产电，可在 污水处理厂中广泛推广应用。