公布日：2023.11.10
申请日：2023.09.25
分类号：C02F3/00(2023.01)I;C02F3/12(2023.01)I;B01D29/03(2006.01)I;B01D29/96(2006.01)I
摘要
本发明公开了一种MFC耦合MBR分散式污水处理集成装备及处理方法，涉及污水处理技术领域，该集成装备包括本体，本体中设有隔板，隔板将本体内部划分为阳极室和阴极室，阳极室顶部设有连接好氧池的软管，阳极室底部通过进水管与进水箱连通，阳极室内设有第一支撑架，第一支撑架底端设有阳极，阴极室底部设有曝气机构，阴极室内设有第二支撑架，第二支撑架底端设有阴极，本发明通过软管、曝气管、曝气副管、好氧池、蠕动泵的相互配合，通过软管将阳极室中的污水引入好氧池中进行充分曝气，并在阴极室中仍持续曝气，曝气副管的设置可防止阴极室内底部污泥长期堆积，好氧池的独立设置可降低好氧池被污泥污染的可能性。
权利要求书
1.一种MFC耦合MBR分散式污水处理集成装备，包括本体(100)，其特征在于，所述本体(100)中设有隔板(104)，所述隔板(104)将本体(100)内部划分为阳极室(101)和阴极室(102)，所述阳极室(101)顶部设有连接好氧池(111)的软管(109)，所述阳极室(101)底部通过进水管(107)与进水箱(204)连通，所述阳极室(101)内设有第一支撑架(201)，所述第一支撑架(201)顶端固定连接在盖板(110)底端，所述第一支撑架(201)底端设有阳极，所述隔板(104)上开设安放槽，所述安放槽处设有质子交换膜(103)，所述阴极室(102)底部设有用于曝气的曝气机构，所述阴极室(102)内设有第二支撑架(301)，所述第二支撑架(301)顶端固定连接在盖板(110)底端，所述第二支撑架(301)底端设有阴极(302)，所述阴极室(102)底部设有连接好氧池(111)的软管(109)，所述阴极室(102)顶部设有出水管(108)。
2.根据权利要求1所述的一种MFC耦合MBR分散式污水处理集成装备，其特征在于，所述阳极包括若干挂接杆(203)，所述挂接杆(203)顶端与第一支撑架(201)固定连接，所述挂接杆(203)上设有若干碳刷(202)。
3.根据权利要求1所述的一种MFC耦合MBR分散式污水处理集成装备，其特征在于，所述阴极(302)包括连接杆，所述连接杆上设有不锈钢网(303)和碳毡(306)，所述碳毡(306)内设有中空纤维膜(307)。
4.根据权利要求1所述的一种MFC耦合MBR分散式污水处理集成装备，其特征在于，所述阳极室(101)底部设有颗粒活性炭和厌氧污泥，所述阴极室(102)底部设有活性污泥。
5.根据权利要求1所述的一种MFC耦合MBR分散式污水处理集成装备，其特征在于，所述进水管(107)上设有过滤机构，所述过滤机构包括过滤箱(401)，所述过滤箱(401)上滑动设有滤网(402)，所述滤网(402)上设有把手。
6.根据权利要求1所述的一种MFC耦合MBR分散式污水处理集成装备，其特征在于，所述进水管(107)上设有负压表(106)，所述出水管(108)上设有负压表(106)和蠕动泵(105)。
7.根据权利要求4所述的一种MFC耦合MBR分散式污水处理集成装备，其特征在于，所述厌氧污泥来自长期运行的厌氧池中，所述活性污泥从正在运行中的污泥厂取得。
8.根据权利要求3所述的一种MFC耦合MBR分散式污水处理集成装备，其特征在于，所述阴极(302)和阳极通过电线电性连接，所述电线上接有电阻箱和无纸记录仪。
9.根据权利要求1所述的一种MFC耦合MBR分散式污水处理集成装备，其特征在于，所述曝气机构包括若干气孔(305)，所述气孔(305)底端与曝气管(304)连通，所述阴极室(102)中设有曝气副管(308)，所述曝气管(304)连接曝气副管(308)，所述曝气管(304)与外部空气泵输出端连接。
10.一种权利要求1-9任一项所述的MFC耦合MBR分散式污水处理集成装备的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、先对质子交换膜(103)进行预处理，先用质量分数为5％的H2O2溶液在80℃条件下处理1h，然后放在去离子水中浸泡0.5h，随后用质量分数5％的稀硫酸在80℃下浸泡1h，最后用去离子水浸泡0.5h；步骤二、初期挂膜阶段进水流量保持在0.1mL/min，采用连续流方式，进水COD为200mg/L，经过一段时间的闭路运行，厌氧污泥和活性污泥均适应新的生长环境，然后进入下一阶段的启动过程；步骤三、进水更换为合成污水，合成污水的COD的浓度控制在400mg/L，氨氮的浓度控制在40mg/L，采用连续流方式进水，调整进水流量为0.5mL/min，反应在室温下进行，实验过程平均温度为20℃，水力停留时间为10h，外界电阻本体1000Ω，阳极室(101)的体积为157L，好氧池(111)的体积336L，阴极室(102)的体积140L；步骤四、装置的供水由蠕动泵(105)从进水箱(204)抽取合成污水，接入阳极室(101)的下部，合成污水经阳极室(101)上部由软管(109)接入至好氧池(111)，经好氧池(111)曝气之后由软管(109)接入阴极室(102)的下部，最后通过蠕动泵(105)从阴极室(102)上部抽出，出水管(108)上连接的负压表(106)用以测定过膜压力，并实时记录系统的输出电压，电压记录频率为每隔1min记录一次，数据可通过U盘导出；步骤五、装置运行稳定后，接阴极室(102)出水静置半小时，取上层清液，用重铬酸钾比色法测量其COD浓度，用纳氏试剂分光光度法测定水中氨氮的浓度，同时通过记录的系统膜的膜压差和输出电压分析装置的产电性能和膜污染控制效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种MFC耦合MBR分散式污水处理集成装备及处理方法，以解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种MFC耦合MBR分散式污水处理集成装备，包括本体，所述本体中设有隔板，所述隔板将本体内部划分为阳极室和阴极室，所述阳极室顶部设有连接好氧池的软管，所述阳极室底部通过进水管与进水箱连通，所述阳极室内设有第一支撑架，所述第一支撑架顶端固定连接在盖板底端，所述第一支撑架底端设有阳极，所述隔板上开设安放槽，所述安放槽处设有质子交换膜，所述阴极室底部设有用于曝气的曝气机构，所述阴极室内设有第二支撑架，所述第二支撑架顶端固定连接在盖板底端，所述第二支撑架底端设有阴极，所述阴极室底部设有连接好氧池的软管，所述阴极室顶部设有出水管。
在上述技术方案的基础上，本发明还提供以下可选技术方案：
优选的：所述阳极包括若干挂接杆，所述挂接杆顶端与第一支撑架固定连接，所述挂接杆上设有若干碳刷。
优选的：所述阴极包括连接杆，所述连接杆上设有不锈钢网和碳毡，所述碳毡内设有中空纤维膜。
优选的：所述阳极室底部设有颗粒活性炭和厌氧污泥，所述阴极室底部设有活性污泥。
优选的：所述进水管上设有过滤机构，所述过滤机构包括过滤箱，所述过滤箱上滑动设有滤网，所述滤网顶部设有把手。
优选的：所述进水管上设有负压表，所述出水管上设有负压表和蠕动泵。
优选的：所述厌氧污泥来自长期运行的厌氧池中，所述活性污泥从正在运行中的污泥厂取得。
优选的：所述阴极和阳极通过电线电性连接，所述电线上接有电阻箱和无纸记录仪。
优选的：所述曝气机构包括若干气孔，所述气孔底端与曝气管连通，所述阴极室中设有曝气副管，所述曝气管连接曝气副管，所述曝气管与外部空气泵输出端连接。
一种MFC耦合MBR分散式污水处理集成装备的处理方法，包括以下步骤：
步骤一、先对质子交换膜进行预处理，先用质量分数为5％的H2O2溶液在80℃条件下处理1h，然后放在去离子水中浸泡0.5h，随后用质量分数5％的稀硫酸在80℃下浸泡1h，最后用去离子水浸泡0.5h；
步骤二、初期挂膜阶段进水流量保持在0.1mL/min，采用连续流方式，进水COD为200mg/L，经过一段时间的闭路运行，厌氧污泥和活性污泥均适应新的生长环境，然后进入下一阶段的启动过程；
步骤三、进水更换为合成污水，合成污水的COD的浓度控制在400mg/L，氨氮的浓度控制在40mg/L，采用连续流方式进水，调整进水流量为0.5mL/min，反应在室温下进行，实验过程平均温度为20℃，水力停留时间为10h，外界电阻本体1000Ω，阳极室的体积为157L，好氧池的体积336L，阴极室的体积140L；
步骤四、装置的供水由蠕动泵从进水箱抽取合成污水，接入阳极室的下部，合成污水经阳极室上部由软管接入至好氧池，经好氧池曝气之后由软管接入阴极室的下部，最后通过蠕动泵从阴极室上部抽出，出水管上连接的负压表用以测定过膜压力，并实时记录系统的输出电压，电压记录频率为每隔1min记录一次，数据可通过U盘导出；
步骤五、装置运行稳定后，接阴极室出水静置半小时，取上层清液，用重铬酸钾比色法测量其COD浓度，用纳氏试剂分光光度法测定水中氨氮的浓度，同时通过记录的系统膜的膜压差和输出电压分析装置的产电性能和膜污染控制效果。
相较于现有技术，本发明的有益效果如下：
1、本发明通过软管、蠕动泵、曝气管、曝气副管、好氧池、蠕动泵的相互配合，保证阴极室供氧充足，维持阴极室内活性污泥的活性，通过软管将阳极室中的污水引入好氧池中进行充分曝气，并在阴极室中仍持续曝气，保证活性污泥供氧充分，阴极室内设置曝气副管，防止阴极室内底部污泥长期堆积，保证活性污泥供氧，好氧池的独立设置可降低好氧池被污泥污染的可能性。
2、本发明通过质子交换膜、电线、中空纤维膜的相互配合，使质子交换膜将阳极室阴极室分割，阳极室中的产电微生物以污水中的有机物为营养物质，再生长代谢过程中释放出质子和电子，通过电线进入阴极的电子与污水中的氧气及穿过质子交换膜的质子发生还原反应，形成完整的电化学过程，即MFC可正常运行，达到能量回收与污水处理的目的，阴极室内还原反应进行的同时MBR正常运行，中空纤维膜不仅可用作污水处理的污染物质的单一处理单元，还可作为微生物新陈代谢的场所，实现MBR与MFC的耦合作用，达到污水处理更节能、高效率的目的，增强膜污染抗性，提供电能，可依靠微生物燃料电池运转并处理污水。
3、本发明通过滤网、过滤箱、把手的相互配合，对合成污水进行初步过滤，滤网可将合成污水中颗粒较大的杂质进行过滤清理，减少MFC反应中的杂质，当滤网上杂质附着过多时，可通过把手将滤网取出清理，确保滤网的过滤效果。
（发明人：曲毅;朱浩;唐晓亮;丁宇;杨宏旺;王翠辉;王玥;侯云虎;张栋年;刘文恺）