申请日2010.12.13
公开(公告)日2012.07.11
IPC分类号C02F1/461
摘要
现阶段废水处理中总氮的去除大部分是依靠一连串的硝化和反硝化作用。本发明薄膜曝气微生物燃料电池废水处理系统创新点在于利用创新污水处理技术，实现污染控制和能量产生。本发明提出一种通过薄膜曝气结合微生物燃料电池技术达到能够同步去除污水中的含碳和含氮的污染物，且同时能够产生电能，这样的设计改进了微生物燃料电池无法有效除氮的缺点。借由在阴极室加入薄膜曝气的装置，以适当控制阴极室的溶解氧，本发明薄膜曝气微生物燃料电池可以体现出高化学需氧量(COD)去除率、高氨去除率及良好的总氮去除率，污泥产量少，并可输出稳定的电压。上述的薄膜曝气微生物燃料电池废水处理系统，其设计可以改进现有的污水处理设施及化粪池系统，加以投入施工成本有限，具有应用前景。
权利要求书
1.一种利用创新污水处理技术，实现污染控制和能量产生的新兴污水处理系统。本发明 反应装置的阳极和阴极是使用未做任何修改的碳电极做成，在阴极外两侧覆盖有一层非织造 布，其特征是在阴极和非织造布之间加入了薄膜曝气模块，以适当控制阴极室的溶解氧，本 发明薄膜曝气微生物燃料电池可以体现出高化学需氧量(COD)去除率、高氨去除率及良好 的总氮去除率，污泥产量少，并可输出稳定的电压。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在通过薄膜曝气结合微生物燃料电池技术达到能够 同步去除污水中的含碳和含氮的污染物，且同时能够产生电能，这样的设计改进了微生物燃 料电池无法有效除氮的缺点。
说明书
一种新型薄膜曝气微生物燃料电池废水处理系统
技术领域
本发明属于环境保护技术领域的一种废水处理及微生物发电的新兴方法。具体结合微生物 燃料电池及薄膜曝气的方法，达到有效去除有机碳、总氮及发电的方法。
背景技术
在市政污水处理厂中利用交替好氧厌氧工艺能够去除含碳及含氮化合物。传统的除氮大 部分依靠自养、异养微生物一连串的硝化和反硝化作用。现今的技术能够去除污水处理系统 中的氮，但是由于大型污水厂中的精密运转设备很难适用于分散系统，例如化粪池及乡镇小 型污水处理系统。此外，传统的去除氮的过程需要大量的易于生物降解的有机物质、氧和高 能量消耗，同时又会产生大量的污泥。
现今的研究都是在努力发展一种可以同时从污水中去除有机碳和氮的方法。研究表明， 活性污泥废水处理过程中如果含有延时曝气和污泥回流相结合且同时伴有离子交换，是可以 提高氮和磷的去除率的效果(WaterEnvironment.Research，2004，76，404-412.)。膜生物反应器 (MBR)已经应用于提高分散污水处理系统的出水水质(Water Science and Technology，2008， 58，285-294.)。这些先进的治理技术比现今运用于分散系统中技术的更加有效。但是，高能量 消耗和昂贵的资金成本阻碍了它们的大规模应用。
微生物燃料电池是一个污水处理中污染物去除和电力生产的新型的创新技术。传统的微 生物燃料电池只能去除有机碳，而最近发展的微生物燃料电池除氮的设计是结合了一个外部 的好氧硝化反应器将料液中的氨转化成硝酸盐然后循环至微生物燃料电池阴极进行除氮 (Water Research，2008，42，3013-3024.)。然而建立一个外加的好氧硝化生物反应器使得它很 难在这个领域实际工程应用。目前为止，没有单一的微生物燃料电池可以同时达到硝化及脱 硝。
同时最近污水研究中用膜曝气生物膜反应器过程去去除氮，过程中同时进行了硝化和反 硝化作用(Water Research，2009，43，381-388)。膜曝气通过一个气体渗透膜使氧气扩散出膜管 而不会有气泡产生，膜曝气具有提供一个有效的氮去除的灵活控制方案的潜力。本项发明的 目的是在于利用膜曝气和微生物燃料电池反应过程相结合，以实现在一个两个反应室的生物 燃料电池系统中同时进行硝化作用、反硝化作用和有机碳去除及发电。结果表明膜曝气微生 物燃料电池反应过程在污水处理中具有提高氮去除和电力产生的能力。
发明内容
薄膜曝气微生物燃料电池废水处理系统利用挡板从左右将反应槽分成三个反应室：一个 进水厌氧的空间(阳极)、一个好氧和厌氧的空间(阴极)和一个内部澄清区域。三个垂直孔 是开在阴极和阳极的隔板上可以让污水流经系统。在阴极空间里，曝气是通过在阴极槽里提 供一个膜曝气模块。此废水处理系统的设计是模仿改良的活性污泥池及化粪池。不像传统的 微生物燃料电池，出于经济因素考虑，没有使用质子交换膜。此外，阳极和阴极都是使用便 宜的未做任何修改的碳电极做成的。阳极和阴极分别放置在各自的槽室内，利用含电阻的电 路连接起来。有一层非织造布覆盖在阴极外两侧进而促进生物膜的形成。薄膜曝气微生物燃 料电池在阴极和非织造布之间加入了薄膜曝气模块。纯氧通入膜管内使其无气泡扩散。通过 改变纯氧的供应量，可以控制阴极室内的溶解氧，而达到不同的总氮去除。