一種低能耗市政汙水回用的方法
2023-05-02 13:23:11 1
一種低能耗市政汙水回用的方法
【專利摘要】本發明提供一種低能耗市政汙水回用的方法，屬於廢水資源化【技術領域】，採用耦合微生物燃料電池(厭氧生物技術)的膜生物反應器(好氧生物技術)處理市政汙水，利用微生物燃料電池所產電能補償膜生物反應器的電能消耗，同時可使作為微生物燃料電池陰極的膜生物反應器膜組件表面帶負電，產生靜電斥力，以有效減輕膜汙染，此外採用0.5～1.0cm厚碳氈替代普通微生物燃料電池中的質子交換膜，大大降低了系統構建成本，與傳統膜生物反應器系統相比，噸汙水處理能耗降低35％～70％，系統的COD和氨氮去除率均達92.0％～98.0％，出水水質符合我國城鎮汙水處理廠汙染物排放標準(GB18918-2002)中的一級A標準和我國城市汙水再生利用城市雜用水水質標準(GB／T18920-2002)。本發明技術科學合理，對實現市政汙水的回用具有重要意義。
【專利說明】一種低能耗市政汙水回用的方法
【技術領域】
[0001]一種低能耗市政汙水回用的方法，屬於廢水資源化【技術領域】。
【背景技術】[0002]近年來，作為廢水物理與生物處理技術的優勢組合，以剩餘汙泥產量低和高效脫氮見長、以汙水資源化(或回用)和無害化為最終目標的膜生物反應器(MembraneBioreactor, MBR)技術已在汙水處理領域得到廣泛的應用。據統計，我國投入運行或在建的MBR汙水處理工程已超過300項，其中，萬噸級MBR系統近10套。然而，國內外實踐表明，運行成本和膜汙染始終是制約MBR穩定運行的主要障礙。就其運行成本而言，傳統市政汙水處理廠平均電耗為0.3kffh / m3汙水，但MBR處理汙水的能耗高達0.5~1.0kffh / m3汙水。另一方面，無論採用何種膜汙染預防措施，一旦膜與汙泥混合液接觸，膜汙染即開始。因此，尋找低能耗、有效解決MBR膜汙染問題的汙水處理方法十分必要。
[0003]微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一項通過陽極產電生物膜降解汙水中有機物並產生可持續電能的新技術。像所有燃料電池一樣，MFC發電不是將燃料(廢水或廢棄物中的有機物)燃燒，而是在厭氧條件下從燃料分子剝取電子(即微生物呼吸作用產生的電子)，並將其通過預定途徑(電極和外電路)傳遞到氧，將原本用於氧化磷酸化生物合成ATP的能量轉化為電，其中微生物是生化反應的催化劑，MFC的產電過程通過陽極有機物(電子供體)的氧化和陰極氧氣(電子受體)的還原實現。然而，作為厭氧生物處理技術之一，MFC難以獲得優良的出水水質，與硝化過程、序批式反應器、生物轉盤、生物接觸氧化等工藝結合，甚至將MFC置於活性汙泥法的曝氣池中，可改善MFC出水水質，但上述過程均無法有效去除系統出水中的懸浮物，難以回用。
[0004]本發明以市政汙水為處理對象，提出了耦合MFC(厭氧生物技術)的MBR(好氧生物技術)處理市政汙水新技術，該技術具有如下優勢:①汙水中大部分葡萄糖等有機物在厭氧單元(即MFC陽極室)發生氧化反應(反應式I)，產生的電子經由MFC陽極和外電路傳遞到MFC陰極，回收的電能可用於補償MBR的高運行成本。②MFC陽極氧化產生的質子透過0.5~1.0cm厚碳氈到達MBR好氧單元，與電子和氧氣結合生成水(反應式2)，消除了普通MFC陽極易酸化、反饋抑制產電微生物活性問題。③MFC陽極氧化後的剩餘有機物也隨水流透過0.5~1.0cm厚碳租到達MBR好氧單元,進一步好氧礦化去除(反應式3) ,MBR膜過濾出水水質良好。④隨運行時間的延長，0.5~1.0cm厚碳租的表面形成生物膜,系統脫氮效果好(反應式4-7)。⑤MBR中的膜組件同時用作MFC陰極(亦稱導電微濾膜)，可為MBR膜表面與膜面汙染物間提供靜電斥力，有效緩解膜汙染。⑥耦合系統結構簡單，操作管理方便，同時採用0.5~1.0cm厚碳租替代普通MFC中的質子交換膜,大大降低了系統構建成本。
[0005]C6H1206+6H20 — 6C02+24H++24e_ (I)
[0006]4H++02+4e — 2H20(2)
[0007]C6H1206+602 — 6C02+6H20 (3)
【權利要求】
1.一種低能耗市政汙水回用的方法，其特徵在於: (1)進水:市政汙水，COD濃度為100~500mg/ L，氨氮濃度為10~50mg/L，pH值為6~9 ; (2)厭氧單元:生活汙水首先由進水泵打入微生物燃料電池(MicrobialFuel Cell,MFC)的陽極室進行厭氧處理，水力停留時間(Hydraulic Residence Time, HRT)為10~24h,溫度為15~35°C,陽極材料為碳租、碳布、石墨及其改性修飾材料； (3)好氧單元:厭氧單元處理後的出水透過0.5~1.0cm厚碳氈進入膜生物反應器(Membrane Bioreactor, MBR)好氧單兀進行好氧處理，HRT為6~12h,溫度為15~35°C，溶解氧濃度為2.0~6.0mg / L，MBR膜組件兼MFC陰極，材料為導電聚合物修飾的不鏽鋼網、無紡布、碳租、碳布； (4)採用0.5~1.0cm厚碳氈將系統分割為MFC和MBR兩個單元，裝置構建成本低； (5)排水單元:經好氧單元處理後的汙水經MBR出水口、排水泵和管道排出回用。
2.根據權利要求1所述的一種低能耗市政汙水回用的方法，其特徵在於:有機物在MFC陽極氧化產生的質子透過0.5~1.0cm厚碳氈到達MBR好氧單元(即MFC陰極室)，與電子和氧氣結合生成水，消除了普通MFC陽極易酸化、反饋抑制產電微生物活性的問題。
3.根據權利要求1所述的一種低能耗市政汙水回用的方法，其特徵在於:MFC陽極氧化後的剩餘有機物也 隨水流透過0.5~1.0cm厚碳租到達MBR好氧單元,進一步好氧礦化去除。
4.根據權利要求1所述的一種低能耗市政汙水回用的方法，其特徵在於:隨運行時間的延長，0.5~1.0cm厚碳租的表面形成生物膜,系統脫氮效果好。
5.根據權利要求1所述的一種低能耗市政汙水回用的方法，其特徵在於:MBR中的膜組件同時用作MFC陰極(亦稱導電微濾膜)，可為MBR膜表面與膜面汙染物間提供靜電斥力，有效緩解膜汙染。
6.根據權利要求1所述的一種低能耗市政汙水回用的方法，其特徵在於:採用0.5~.1.0cm厚碳氈替代普通MFC中的質子交換膜，大大降低了系統構建成本。
【文檔編號】C02F3/30GK103739070SQ201310732549
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】李秀芬, 聶鵬飛, 任月萍, 王新華 申請人:江南大學