[发明专利]可用于AAO污水处理工艺中强化脱氮的微生物燃料电池装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种能在AAO污水处理工艺过程中强化生物除氮并同时发电装置。此种装置能够强化微生物去除污水中的含氮污染物，并且产生一定量的电能，同时不干扰传统的AAO污水处理工艺，提高生物脱氮效率。

背景技术

AAO工艺是传统活性污泥工艺、生物硝化及反硝化工艺和生物除磷工艺的综合。由于该工艺将厌氧、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之争。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，因此该工艺的脱氮效率一般不高。

为解决AAO工艺碳源不足及硝酸盐难于去除的问题，研究者们进行了工艺改进：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进的新工艺，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。

因此，如何利用更简单、易行、低成本的装置来提高AAO工艺脱氮效果就成为了关键。

发明内容

针对以上提到的种种问题，本发明提出了一种新型的用于AAO污水处理工艺中强化脱氮的微生物燃料电池装置。该装置主要由两部分构成：位于AAO工艺厌氧池中的阳极堆和位于缺氧池中的阴极堆，它们通过导线和外接负载相连。该装置阳极堆是由活性炭或石墨材料制成直径0.51.0m，长度为1.05.0m的管状电极材料相互平行并排相连，由PE等具有绝缘性能的高分子聚合材料的固定管架固定，构成模块化的电极堆。管状电极材料之间靠金属导线连接，导线包裹于高分子聚合材料固定管架中；阴极堆材料与结构与阳极堆相同。连接电极材料的导线汇集后连入外电路。管状电极材料开口方向与AAO工艺生物反应池内水流方向平行，以保证水流顺畅和电极表面微生物膜的更新。

将该装置阳极堆置于AAO污水处理工艺的厌氧池中，阴极堆置于AAO污水处理工艺的缺氧池中，通过外电路导线和外接负载连接，形成闭合回路，从而构成生物阴极型微生物燃料电池。在此装置启动阶段，阴、阳极板会逐渐附着具有活性的微生物膜，即在阳极表面附着厌氧产电微生物，阴极表面附着厌氧反硝化微生物。待此装置稳定运行后，阳极产电微生物去除有机碳并产生质子和电子，产生的电子通过外电路传递到阴极，而产生的质子通过水流传递给阴极，在反硝化微生物的催化作用下，激活阴极的反硝化作用，缺氧区中的NO₃^-与质子和电子反应生成N₂和H₂O，从而强化去除污水中的N元素，并产生电能。整个过程可视为：在不影响AAO污水处理工艺正常运行的情况下，缺氧池中的NO₃^-氧化厌氧池中的含碳有机物，生成CO₂，N₂和H₂O。即利用该微生物燃料电池装置催化污染物与污染物之间的反应，产生非污染气体。

根据AAO工艺处理规模以及进、出水水质情况，可分别在厌氧区和缺氧区设置由10-100个阳极堆和阴极堆，在保证满足出水质量的前提下减少电极堆数量，节约成本。此装置阴、阳极堆的布设，要求电极堆顶部在水面0.6-1.0m以下，以保证厌氧的环境；相同电极堆以2.5-5.5m为间距布设。为缩短阴、阳极之间距离，阳极堆从厌氧池末端最靠近厌氧池出水口的一端向厌氧池进水口方向排布，阴极堆从缺氧池初始端进水口开始向缺氧池出水口方向排布。电极堆之间靠金属导线连接并最终与外电路导线和外接负载相连。

该种强化装置可直接应用于任何池形的AAO工艺污水处理生物反应池中，无需对池体做改动，只用在原有的污水处理生物缺氧反应池中加入适当的电极，构成生物阴极型微生物燃料电池，就能够在处理污水过程中强化脱氮效率，有效的应用于富含有机氮污染物的污水处理；与此同时完成电力的生产，带动一些小功率的直流用电器。

附图说明

图1为本发明装置电极板结构的前侧视图。

图2为本发明装置电极板结构的右侧视图。

图3为本发明装置的示意图。

图4为本发明装置用于AAO污水处理工艺中生物反应池的俯视示意图。