[实用新型]一种实现高效增强厌氧发酵产甲烷的装置

说明书

本实用新型公开了一种实现高效增强厌氧发酵产甲烷的装置，包括反应室，在反应室内设置有环形阴极和阳极，在阴极表面设置有产甲烷菌生物膜，在阳极表面设置有产电菌生物膜，在反应室内还设置有进水孔、排水孔和排气孔。本实用新型的装置，通过将微生物电化学系统与厌氧发酵相耦合，强化二氧化碳转化从而促进产甲烷过程，进而可以用于处理有机废水并大幅度提高有机废水的转化率。

技术领域

本实用新型涉及一种实现高效增强厌氧发酵产甲烷的装置，属污水处理技术领域。

背景技术

水资源短缺及水污染严重是我国亟待解决的重大环境问题。2018年中国水资源公报显示，全国669座城市中400个供水不足，其中400座城市具有严重的缺水情况。我国一年总耗水量为3207.6亿m³，耗水率为53.3％，全国废水排放总量高达750亿吨。废水排放严重影响了我国的淡水资源，在我国的七大水系中，除了珠江和长江的水质相对较好外，剩余的流域均出现轻度，甚至重度污染。水污染加剧了我国水资源紧缺的矛盾，解决水污染是我们现在面临的迫在眉睫的任务。《水污染防治行动计划》明确提出，到2020年我国七大水系的水质为优良(达到或优于Ⅲ类)的比例需达到70％以上，到2030年需达到75％以上。水中的污染物主要来自于未经处理排入水体中的工业废水、生活污水以及农业生产中使用的化肥、农药等随雨水进入水体中。污水中含有三类资源：第一类是污水中含的糖类、脂肪、蛋白、氨基酸等有机物及氯化物、磷酸盐、硫化物等无机物，这些物质都可以进行合理回收再利用；第二类是污水中的热能资源，例如城市污水的冬暖夏凉性质就是很好的冷热源；第三类为再生水资源，即污水经过处理并达到一定的水质排放标准后，可以进行再利用。将污水视为资源的载体，将污染物去除与资源回收相结合的污水处理技术是现今水处理工艺发展的趋势，也是在解决水污染的同时缓解能源紧缺问题的有效方式。

传统污水处理的资源回收率低，存在严重的有机碳等资源的浪费现象。据报道，传统污水好氧处理过程中，约有45％的有机碳会以热能的形式丧失，还有一部分能量作为微生物的生长需求进入污泥中。厌氧消化过程中，仅有25％的有机物能够转化成能源即甲烷。然而，常温厌氧处理过程中，由于甲烷产速低使得大量的甲烷(大约40％)溶于水，并随出水排出导致甲烷流失。随着水污染及能源紧缺问题的日益突出，传统污水技术表现出的高耗能、高碳排放及低能源回收率显得“不合时宜”，发展以资源回收为主的新型污水处理技术更符合我国可持续发展理念。

污水处理系统的构建已经超越仅仅对人类健康和水生生态系统的保护，还包括尽量减少资源的损失、减少能源和水的使用、减少污染物的产生，并且使资源性物质能够循环再利用。生物电化学系统(Bioelectrochemical system，BES)作为在环境领域、资源领域及能源领域中出现的一种新型技术，近十年内备受关注与青睐。相对于传统处理环境问题的方法与技术，BES技术可将处理有机质或者废弃污染物、电能回收、合成高附加值物质和实现难降解污染物去除等集一身，利用产电微生物从有机污染物中获取清洁能源，消除了传统污水处理系统中的剩余污泥问题和高能耗问题，所获得的能源可以通过产电或是生成有价值的生物燃料，如乙醇、甲烷、氢和过氧化氢等方式进行提取。其优势主要体现在系统中的电活性细菌能够降解污水中的有机物并且以产生能源的方式，如电能、氢能等，将污水中的化学能回收，从而实现了能源回收并降低了系统的能量消耗，为更好地解决能源与资源危机和环境问题提供了新的有效手段。正由于其具有多重功能、环境友好型和持续性等特点，使其在解决人类面临日益严重的水污染和能源短缺这两大全球性挑战中提供了可能性途径。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种实现高效增强厌氧发酵产甲烷的装置，以提高传统生物电化学系统(BES)中有机废水的转化效率。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种实现高效增强厌氧发酵产甲烷的装置，其特点在于：包括反应室，在所述反应室内设置有环形阴极和阳极，在所述阴极表面设置有产甲烷菌生物膜，在所述阳极表面设置有产电菌生物膜；

所述环形阴极和所述阳极连接外接电源；