申请日2009.11.24
公开(公告)日2012.08.22
IPC分类号H01M8/16; H01M4/94; C02F3/02; H01M8/06
摘要
双室藻类微生物燃料电池低能耗处理废水的方法，它属于废水处理领域。本发明解决了由于采用外加曝气导致现有好氧生物处理工艺存在能耗大、成本高的问题。双室藻类微生物燃料电池的阳极室和阴极室通过隔膜连接，隔膜与阳极室、阴极室之间夹有真空垫，阳极室内设置有阳极，阴极室内设置有阴极，阳极和阴极通过导线与设置在双室藻类微生物燃料电池外部的外电路连接。方法：一、启动反应器;二、废水通入阴、阳极室，在室温下微生物分解代谢有机物同时获得电能，阴极藻类通过光合作用向阴极室提供氧气。藻类微生物燃料电池可以作为废水好氧处理的主要构筑物，代替曝气池、生物滤池、曝气氧化塘等在污水处理厂中应用，从而降低好氧生物处理的能耗。
权利要求书
1.双室藻类微生物燃料电池低能耗处理废水的方法，双室藻类微生物燃料电池由阳极(1)、阴极(2)、隔膜(3)、取样口(4)、阳极室(6)、阴极室(7)、进水口(8)、出水口(9)、壳体(11)、外电路(10)和导线(5)构成，双室藻类微生物燃料电池的阳极室(6)和阴极室(7)通过隔膜(3)分隔，隔膜(3)与阳极室(6)、阴极室(7)之间夹有真空垫，阳极室(6)内设置有阳极(1)，阴极室(7)内设置有阴极(2)，阳极(1)和阴极(2)通过导线(5)与设置在壳体(11)外部的外电路(10)连接，阴极室(7)、阳极室(6)的侧壁上部分别开有进水口(8)，并在侧壁下部分别开有出水口(9)，所述阴极室(7)采用有机玻璃制成，阴极室(7)内投加了藻类，其特征在于双室藻类微生物燃料电池低能耗处理废水的方法是按下述步骤进行的：一、启动反应器：室温下将生活污水分别注入阴极室(7)、阳极室(6)内，并向阴极室(7)内投加藻类以提供氧气，藻类的浓度为0.3~1.0g/L，利用进水中的微生物启动藻类微生物燃料电池，当电池电压低于50 mV时，完全更换阳极室的废水，待负载电压稳定在500 mV以上，即完成了藻类微生物燃料电池的启动;二、处理废水：废水注入阳极室(6)内，同时将含碳酸盐废水注入阴极室(7)内，室温下微生物分解代谢有机物同时获得电能，藻类通过光合作用向阴极室(7)内提供氧气，待阳极(1)电位高于-50 mV，将阳极室(6)处理过的废水完全排放并注入新鲜废水，待阴极(2)电位低于30mV，将阴极室(7)处理过的废水完全排放并注入含碳酸盐的废水;即实现了废水 的处理;其中步骤二所述含碳酸盐废水中碳酸盐的浓度0.02~0.5g/L。
2.根据权利要求1所述的双室藻类微生物燃料电池低能耗处理废水的方法，其特征在于步骤一中所述的藻类为小球藻、螺旋藻、硅藻、甲藻、金藻、裸藻、轮藻、石莼、海带、裙带菜、紫菜或石花菜。
3.根据权利要求1或2所述的双室藻类微生物燃料电池低能耗处理废水的方法，其特征在于步骤一中藻类的浓度为0.35~0.45g/L。
说明书
双室藻类微生物燃料电池低能耗处理废水的方法
技术领域
本发明属于废水处理领域;具体涉及一种双室藻类微生物燃料电池低能耗处理废水的 方法。
背景技术
现阶段，国内外普遍采用生化方法处理废水。根据处理过程中是否需要曝气，可把生 物处理法分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法两大类。
好氧生物处理技术是采用外加曝气的方法，向废水中补充氧气，利用好氧微生物降解 废水中的有机污染物。活性污泥法、延时曝气法、生物膜法、深井曝气法等是较有代表性 的好氧生物处理方法。好氧生物处理技术在处理过程中需要大规模的曝气，因此处理成本 较高，能耗很大。废水厌氧生物处理技术是利用厌氧微生物降解废水中的有机污染物的方 法。此方法无需对系统进行曝气，但由于厌氧生物处理的出水仍存在一定的COD和BOD， 所以必须再经好氧处理后才能达到排放标准。
目前我国的废水处理厂主要采用活性污泥、生物滤池、曝气氧化塘、三级过滤等方法 进行废水处理，从这些处理方法可以看出，我国的废水处理主要是以好氧生物处理占主导。 废水好氧处理方法是废水处理过程的主要能耗者，一般而言，废水好氧处理所用能耗约占 废水处理厂总能耗的70%，而对于不同的废水好氧生物处理过程而言，能量的需要量变 化也是很大的，若按能耗的相对大小排列，应为：延时曝气>活性污泥>曝气氧化塘>生物 滤池。
根据国家统计局的统计数据显示，2007年，我国废水排放总量达到556.8亿吨，共有 废水处理设备78210套，年废水运行费用达到428亿元。若按照70%的能耗用于废水好 氧生物处理计算，每年用于废水好氧生物处理所需的费用高达为299.7亿元，可见应当把 废水的好氧生物处理作为节能的首要目标。因此，亟待开发一种能够降低废水好氧生物处 理过程能耗的新方法。
综上，由于采用外加曝气导致现有好氧生物处理工艺存在能耗大、成本高的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决废水处理过程中由于采用外加曝气导致现有好氧生物处理 工艺存在能耗大、成本高的问题，而提供了双室藻类微生物燃料电池低能耗处理废水的方 法。
本发明中双室藻类微生物燃料电池由阳极、阴极、隔膜、取样口、阳极室、阴极室、 进水口、出水口、壳体、外电路和导线构成，所述的阳极室和阴极室通过隔膜分隔，隔膜 与阳极室、阴极室之间夹有真空垫(以保持密封)，阳极室内设置有阳极，阴极室内设置 有阴极，阳极和阴极通过导线与设置在壳体外部的外电路连接阴极室、阳极室的侧壁上部 分别开有进水口，并在侧壁下部分别开有出水口，所述阴极室采用有机玻璃制成(以保证 阳光充足)，阴极室内投加了藻类。
双室藻类微生物燃料电池低能耗处理废水的方法是按下述步骤进行的：一、启动反应 器：室温下将生活污水(或微生物燃料电池的阳极出水)(作为菌源)分别注入阴极室、 阳极室内，并向阴极室内投加藻类(作为接种源)以提供氧气，藻类的浓度为0.3～1.0g/L， 利用进水中的微生物启动藻类微生物燃料电池，当电池电压低于50mV时，完全更换阳 极室的废水，待负载电压稳定在500mV以上，即完成了藻类微生物燃料电池的启动;二、 处理废水：废水注入阳极室内，同时将含碳酸盐废水注入阴极室内，室温下微生物分解代 谢有机物同时获得电能，藻类通过光合作用向阴极室内提供氧气，待阳极电位高于-50 mV，将阳极室处理过的废水完全排放并注入新鲜废水(是指未经处理的废水)，待阴极电 位低于30mV，将阴极室处理过的废水完全排放并注入含碳酸盐的废水;即实现了废水的 处理;其中步骤二所述含碳酸盐废水中碳酸盐的浓度0.02～0.5g/L。
在本发明中，启动反应器时间约3～5天，利用藻类微生物燃料电池技术实现了废水好 氧处理单元的低能耗，并能够在处理废水的同时获得电能。该技术解决了废水好氧处理过 程中由于使用曝气装置而带来的高能耗问题，利用微生物燃料电池中藻类产生的O2，替 代了现有的废水好氧处理构筑物(如曝气池、生物滤池等)中的曝气装置，实现了废水好 氧处理过程的低能耗。本发明方法在室温下应用，废水COD去除率可达82%～90%，且 该技术产生的电能可以用作反应器运行，或输入电网，真正达到废物的资源化。
藻类微生物燃料电池可以作为废水好氧处理的主要构筑物，代替曝气池、生物滤池、 曝气氧化塘等在污水处理厂中应用，从而降低好氧生物处理的能耗。