一種低能耗市政污水回用的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種低能耗市政污水回用的方法，屬于廢水資源化【技術(shù)領(lǐng)域】，采用耦合微生物燃料電池(厭氧生物技術(shù))的膜生物反應(yīng)器(好氧生物技術(shù))處理市政污水，利用微生物燃料電池所產(chǎn)電能補(bǔ)償膜生物反應(yīng)器的電能消耗，同時(shí)可使作為微生物燃料電池陰極的膜生物反應(yīng)器膜組件表面帶負(fù)電，產(chǎn)生靜電斥力，以有效減輕膜污染，此外采用0.5～1.0cm厚碳?xì)痔娲胀ㄎ⑸锶剂想姵刂械馁|(zhì)子交換膜，大大降低了系統(tǒng)構(gòu)建成本，與傳統(tǒng)膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)相比，噸污水處理能耗降低35％～70％，系統(tǒng)的COD和氨氮去除率均達(dá)92.0％～98.0％，出水水質(zhì)符合我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB／T18920-2002)。本發(fā)明技術(shù)科學(xué)合理，對(duì)實(shí)現(xiàn)市政污水的回用具有重要意義。
【專利說明】一種低能耗市政污水回用的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種低能耗市政污水回用的方法，屬于廢水資源化【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】[0002]近年來，作為廢水物理與生物處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)組合，以剩余污泥產(chǎn)量低和高效脫氮見長(zhǎng)、以污水資源化(或回用)和無害化為最終目標(biāo)的膜生物反應(yīng)器(MembraneBioreactor, MBR)技術(shù)已在污水處理領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)投入運(yùn)行或在建的MBR污水處理工程已超過300項(xiàng)，其中，萬噸級(jí)MBR系統(tǒng)近10套。然而，國(guó)內(nèi)外實(shí)踐表明，運(yùn)行成本和膜污染始終是制約MBR穩(wěn)定運(yùn)行的主要障礙。就其運(yùn)行成本而言，傳統(tǒng)市政污水處理廠平均電耗為0.3kffh / m3污水，但MBR處理污水的能耗高達(dá)0.5~1.0kffh / m3污水。另一方面，無論采用何種膜污染預(yù)防措施，一旦膜與污泥混合液接觸，膜污染即開始。因此，尋找低能耗、有效解決MBR膜污染問題的污水處理方法十分必要。
[0003]微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一項(xiàng)通過陽極產(chǎn)電生物膜降解污水中有機(jī)物并產(chǎn)生可持續(xù)電能的新技術(shù)。像所有燃料電池一樣，MFC發(fā)電不是將燃料(廢水或廢棄物中的有機(jī)物)燃燒，而是在厭氧條件下從燃料分子剝?nèi)‰娮?即微生物呼吸作用產(chǎn)生的電子)，并將其通過預(yù)定途徑(電極和外電路)傳遞到氧，將原本用于氧化磷酸化生物合成ATP的能量轉(zhuǎn)化為電，其中微生物是生化反應(yīng)的催化劑，MFC的產(chǎn)電過程通過陽極有機(jī)物(電子供體)的氧化和陰極氧氣(電子受體)的還原實(shí)現(xiàn)。然而，作為厭氧生物處理技術(shù)之一，MFC難以獲得優(yōu)良的出水水質(zhì)，與硝化過程、序批式反應(yīng)器、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化等工藝結(jié)合，甚至將MFC置于活性污泥法的曝氣池中，可改善MFC出水水質(zhì)，但上述過程均無法有效去除系統(tǒng)出水中的懸浮物，難以回用。
[0004]本發(fā)明以市政污水為處理對(duì)象，提出了耦合MFC(厭氧生物技術(shù))的MBR(好氧生物技術(shù))處理市政污水新技術(shù)，該技術(shù)具有如下優(yōu)勢(shì):①污水中大部分葡萄糖等有機(jī)物在厭氧單元(即MFC陽極室)發(fā)生氧化反應(yīng)(反應(yīng)式I)，產(chǎn)生的電子經(jīng)由MFC陽極和外電路傳遞到MFC陰極，回收的電能可用于補(bǔ)償MBR的高運(yùn)行成本。②MFC陽極氧化產(chǎn)生的質(zhì)子透過0.5~1.0cm厚碳?xì)值竭_(dá)MBR好氧單元，與電子和氧氣結(jié)合生成水(反應(yīng)式2)，消除了普通MFC陽極易酸化、反饋抑制產(chǎn)電微生物活性問題。③MFC陽極氧化后的剩余有機(jī)物也隨水流透過0.5~1.0cm厚碳租到達(dá)MBR好氧單元,進(jìn)一步好氧礦化去除(反應(yīng)式3) ,MBR膜過濾出水水質(zhì)良好。④隨運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，0.5~1.0cm厚碳租的表面形成生物膜,系統(tǒng)脫氮效果好(反應(yīng)式4-7)。⑤MBR中的膜組件同時(shí)用作MFC陰極(亦稱導(dǎo)電微濾膜)，可為MBR膜表面與膜面污染物間提供靜電斥力，有效緩解膜污染。⑥耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作管理方便，同時(shí)采用0.5~1.0cm厚碳租替代普通MFC中的質(zhì)子交換膜,大大降低了系統(tǒng)構(gòu)建成本。
[0005]C6H1206+6H20 — 6C02+24H++24e_ (I)
[0006]4H++02+4e — 2H20(2)
[0007]C6H1206+602 — 6C02+6H20 (3)
【權(quán)利要求】
1.一種低能耗市政污水回用的方法，其特征在于: (1)進(jìn)水:市政污水，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:生活污水首先由進(jìn)水泵打入微生物燃料電池(MicrobialFuel Cell,MFC)的陽極室進(jìn)行厭氧處理，水力停留時(shí)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:厭氧單元處理后的出水透過0.5~1.0cm厚碳?xì)诌M(jìn)入膜生物反應(yīng)器(Membrane Bioreactor, MBR)好氧單兀進(jìn)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(dǎo)電聚合物修飾的不銹鋼網(wǎng)、無紡布、碳租、碳布； (4)采用0.5~1.0cm厚碳?xì)謱⑾到y(tǒng)分割為MFC和MBR兩個(gè)單元，裝置構(gòu)建成本低； (5)排水單元:經(jīng)好氧單元處理后的污水經(jīng)MBR出水口、排水泵和管道排出回用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低能耗市政污水回用的方法，其特征在于:有機(jī)物在MFC陽極氧化產(chǎn)生的質(zhì)子透過0.5~1.0cm厚碳?xì)值竭_(dá)MBR好氧單元(即MFC陰極室)，與電子和氧氣結(jié)合生成水，消除了普通MFC陽極易酸化、反饋抑制產(chǎn)電微生物活性的問題。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低能耗市政污水回用的方法，其特征在于:MFC陽極氧化后的剩余有機(jī)物也 隨水流透過0.5~1.0cm厚碳租到達(dá)MBR好氧單元,進(jìn)一步好氧礦化去除。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低能耗市政污水回用的方法，其特征在于:隨運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，0.5~1.0cm厚碳租的表面形成生物膜,系統(tǒng)脫氮效果好。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低能耗市政污水回用的方法，其特征在于:MBR中的膜組件同時(shí)用作MFC陰極(亦稱導(dǎo)電微濾膜)，可為MBR膜表面與膜面污染物間提供靜電斥力，有效緩解膜污染。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低能耗市政污水回用的方法，其特征在于:采用0.5~.1.0cm厚碳?xì)痔娲胀∕FC中的質(zhì)子交換膜，大大降低了系統(tǒng)構(gòu)建成本。
【文檔編號(hào)】C02F3/30GK103739070SQ201310732549
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】李秀芬, 聶鵬飛, 任月萍, 王新華 申請(qǐng)人:江南大學(xué)