本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種雙泥同步硝化反硝化脫氮產(chǎn)電裝置，在處理污水中的COD、氮等污染物的同時產(chǎn)生電能的新工藝。

背景技術(shù)：

根據(jù)傳統(tǒng)生物脫氮理論，脫氮途徑一般包括硝化和反硝化兩個過程。這兩個過程需要在兩個隔離的反應(yīng)器中進行，或者在時間上造成交替好氧和缺氧環(huán)境的同一個反應(yīng)器中進行。然而，最近幾年國內(nèi)外有不少試驗和報道存在同步硝化反硝化脫氮的存在，尤其是有氧條件下的反硝化脫氮現(xiàn)象確實存在于不同的生物系統(tǒng)中，如生物轉(zhuǎn)盤、SBR、氧化溝等工藝。

從外環(huán)境角度分析，同步硝化反硝化應(yīng)該屬于特定物理條件下發(fā)生的特殊現(xiàn)象，氮的去除從本質(zhì)上來說應(yīng)該還是由傳統(tǒng)的好氧自養(yǎng)硝化菌和缺氧異養(yǎng)反硝化菌共同完成的。由于曝氣裝置充氧不均和反應(yīng)器的構(gòu)造原因，造成生物器內(nèi)形成缺氧/厭氧區(qū)，此種情況稱為宏觀環(huán)境理論。事實上，在生產(chǎn)規(guī)模的生物反應(yīng)器中，整個反應(yīng)器均處于完全均勻混合狀態(tài)的情況并不存在，故同步硝化反硝化也就有可能發(fā)生。在采用點源曝氣的活性污泥系統(tǒng)中，局部缺氧區(qū)域的比例更大，因此即使在曝氣階段也會出現(xiàn)某種程度的反硝化，或稱為同時硝化反硝化現(xiàn)象。從微環(huán)境角度分析，由于氧氣擴散的限制，在活性污泥絮體或生物膜內(nèi)部會形成局部缺氧的環(huán)境。此外，由于微生物種群結(jié)構(gòu)、基質(zhì)分布、代謝活動和生物化學(xué)反應(yīng)的不均勻性，以及物質(zhì)傳遞的變化等因素的相互作用，在活性污泥菌膠團和生物膜內(nèi)部會存在多種多樣的微環(huán)境類型，而每一種微環(huán)境往往只適合某一類微生物的活動，而不適合其他微生物的活動。這種環(huán)境條件可以充分發(fā)揮微生物的協(xié)同代謝能力，從而為同步硝化反硝化的發(fā)生創(chuàng)造了條件。因此，在絮狀污泥、生物膜、顆粒污泥中均可以實現(xiàn)同步硝化反硝化生物脫氮。

利用絮狀污泥的傳質(zhì)特性以及點源曝氣的活性污泥系統(tǒng)中局部缺氧區(qū)域，完全能夠在進行硝化反應(yīng)的同時進行反硝化。絮狀污泥表層及曝氣池好氧區(qū)的硝化細菌完成硝化的同時，絮狀污泥內(nèi)部及活性污泥系統(tǒng)中局部缺氧區(qū)域的反硝化菌以硝態(tài)氮為電子受體同步完成氮的去除，從而開發(fā)出緊湊、高效的同步脫氮技術(shù)。

在同步硝化反硝化脫氮工藝中，硝化反應(yīng)的產(chǎn)物可直接成為反硝化反應(yīng)的底物。因此，整個反應(yīng)過程加快，水力停留時間可縮短，反應(yīng)器容積也可相應(yīng)縮小。在污水脫氮工藝中，硝化和反硝化脫氮在反應(yīng)器中同時實現(xiàn)，既提高脫氮效果，又節(jié)約曝氣和混合液回流所需的能源。另外，在同步硝化反硝化脫氮工藝中，反硝化反應(yīng)中釋放出的堿度可部分補償硝化反應(yīng)所需要的堿，使系統(tǒng)pH值相對穩(wěn)定。同步硝化反硝化脫氮工藝與傳統(tǒng)脫氮工藝相比，具有節(jié)省碳源、減少曝氣量、減少設(shè)備運行費用等優(yōu)點。

但是，同步硝化反硝化脫氮工藝在處理氨氮廢水的過程中，已馴化成熟的微生物在很多方面還沒有發(fā)揮到應(yīng)有的作用，例如曝氣池出水含有大量溶解氧，微生物中含有大量的化學(xué)能等，造成了一定的資源浪費。微生物燃料電池是利用微生物的催化作用降解污水中的有機物，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的新型反應(yīng)器，但對降低污水中的氮等污染物無明顯去除效果。有關(guān)同步硝化反硝化脫氮工藝與微生物燃料電池耦合的研究在國內(nèi)外還屬于空白領(lǐng)域，耦合裝置成功運行后，在處理污水的同時產(chǎn)生穩(wěn)定的電能，具有很高的理論和應(yīng)用價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述存在的技術(shù)問題，為了克服在處理污水過程中造成了的大量有機能源浪費及無可再生綠色能源產(chǎn)生的不足，本發(fā)明提供一種同步硝化反硝化脫氮產(chǎn)電裝置，它是將同步硝化反硝化脫氮工藝與微生物燃料電池耦合的新型裝置，利用絮狀污泥的傳質(zhì)特性以及點源曝氣的活性污泥系統(tǒng)中局部缺氧區(qū)域，完全能夠在進行硝化反應(yīng)的同時進行反硝化。絮狀污泥表層及曝氣池好氧區(qū)的硝化細菌完成硝化的同時，絮狀污泥內(nèi)部及活性污泥系統(tǒng)中局部缺氧區(qū)域的反硝化菌以硝態(tài)氮為電子受體同步完成氮的去除，亦有效解決了脫氮由自養(yǎng)硝化菌與異養(yǎng)菌兩種不同類型的菌群分別進行時所需污泥不同而產(chǎn)生的矛盾。簡化了工藝流程，節(jié)省了基建投資和運行費用。該裝置不僅能夠降低污水中COD和TN的濃度而凈化污水，而且能夠利用微生物的催化作用回收利用曝氣池出水含有的溶解氧、化學(xué)能等產(chǎn)生電能。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明一種雙泥同步硝化反硝化脫氮產(chǎn)電裝置，包括依次連接的水箱、厭氧池、初沉池、曝氣池和終沉池，厭氧池和終沉池之間由離子交換膜隔開，其中厭氧池作為微生物燃料電池的陽極室，終沉池作為微生物燃料電池的陰極室，陽極室和陰極室分別外接電阻，形成閉合回路，初沉池和厭氧池間通過污泥回流管路連接，終沉池與曝氣池間通過污泥回流管路連接，終沉池上還設(shè)有出水口和排泥口，在處理污水的同時產(chǎn)生電能，實現(xiàn)同步硝化反硝化脫氮與微生物燃料電池工藝的耦合。

進一步地，所述厭氧池和終沉池分別通過富集有大量微生物的電極以及導(dǎo)線外接電阻。

進一步地，所述厭氧池和終沉池均設(shè)頂蓋，厭氧池內(nèi)設(shè)攪拌裝置。

進一步地，所述污泥回流管路上均連接有泵。

進一步地，所述厭氧池、初沉池、曝氣池、缺氧池和終沉池的底部均為漏斗狀，底部出口均設(shè)有排水閥。

進一步地，所述曝氣池采用間歇性曝氣。

本發(fā)明的優(yōu)點是：將同步硝化反硝化脫氮工藝與微生物燃料電池耦合的新型裝置，不僅能夠降低污水中COD和TN濃度而凈化污水，而且能夠利用微生物的催化作用產(chǎn)生電能。

組合系統(tǒng)節(jié)能、穩(wěn)定和高效脫氮。減少設(shè)備容量，降低運行成本，減少占地面積。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的工藝布置圖。

圖2是本發(fā)明的產(chǎn)電部分構(gòu)造原理圖。

圖中1.水箱，2.厭氧池，3.初沉池，4.曝氣池，5.終沉池，6.離子交換膜，7.初沉污泥泵，8.電阻，9.萬用表，10.碳氈，11.出水口，12.終沉污泥泵。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例詳細描述本發(fā)明：

如圖1所示，本發(fā)明包括依次連接的水箱1、厭氧池2、初沉池3、曝氣池4、終沉池5，其中厭氧池2作為微生物燃料電池的陽極室，終沉池5作為微生物燃料電池的陰極室，陽極室和陰極室分別外接電阻8，厭氧池2和終沉池5之間由離子交換膜6隔開，初沉池3的沉淀污泥經(jīng)過初沉污泥泵7回流至厭氧池2，終沉池5的沉淀污泥經(jīng)過終沉污泥泵12回流至曝氣池4，終沉池5上還設(shè)有排泥口及出水口11，在處理污水的同時，產(chǎn)生電能，實現(xiàn)同步硝化反硝化脫氮與微生物燃料電池兩種工藝的耦合。

所述厭氧池2和終沉池5分別通過富集有大量微生物的電極以及導(dǎo)線外接電阻8。所述厭氧池2和終沉池5均設(shè)頂蓋，厭氧池2內(nèi)設(shè)攪拌裝置。

所述厭氧池2、初沉池3、曝氣池4、終沉池5的底部均為漏斗狀，底部出口均設(shè)有排水閥。

本發(fā)明在處理污水的過程中，利用反硝化脫氮工藝降低污水中COD和TN的濃度，凈化污水，將厭氧池2作為微生物燃料電池的陽極室，終沉池5作為微生物燃料電池的陰極室，中間由離子交換膜6隔開，陰陽兩極由銅導(dǎo)線連接形成外電路，以厭氧、好氧相結(jié)合的連續(xù)流雙污泥同步硝化反硝化脫氮工藝為基礎(chǔ)，在處理污水的同時，產(chǎn)生一定的電能，實現(xiàn)反硝化脫氮與微生物燃料電池兩種工藝的耦合。本發(fā)明在運行期間污水中COD和氨氮的水質(zhì)指標分別為180mg/L和30mg/L，厭氧池2和曝氣池4的溶解氧濃度分別為0-0.2mg/L和1.0-4.0mg/L，曝氣池4和終沉池5的水溫控制在15-25℃，曝氣池4為間歇曝氣，曝氣2.5小時沉淀0.5小時，污泥濃度控制在3000mg/L。氨氮廢水輸送至厭氧池2，在厭氧條件下，產(chǎn)電菌氧化分解有機碳源，產(chǎn)生電子和質(zhì)子，電子經(jīng)外電路傳遞到陰極，形成電流，質(zhì)子通過離子交換膜6進入到陰極室，污水流經(jīng)初沉池3，進入到曝氣池4，沉淀時，曝氣池或絮狀污泥內(nèi)部形成局部厭氧區(qū)。曝氣的時候，在絮狀污泥表層及曝氣池的好氧區(qū)完成硝化的同時，絮狀污泥內(nèi)部及活性污泥系統(tǒng)中局部缺氧區(qū)域的反硝化菌以硝態(tài)氮為電子受體同步完成氮的去除。這時污水流入終沉池5，回收殘余的溶解氧。陰陽極由導(dǎo)線連接，形成外電路，進而生成電勢差。在啟動運行期間需要連續(xù)檢測反應(yīng)過程中的COD和TN的濃度變化以及產(chǎn)電情況。

裝置整體形狀為矩形，裝置中各個反應(yīng)器的底部為漏斗狀，設(shè)有排水閥。裝置在啟動運行過程中,試驗的厭氧池污泥回流采用初沉污泥泵7輸送，曝氣池污泥回流采用終沉污泥泵12，其余水流均按重力流運轉(zhuǎn),依次經(jīng)過厭氧池2、初沉池3、曝氣池4、終沉池5，對污水進行凈化處理。

如圖2所示，為本發(fā)明裝置的產(chǎn)電部分構(gòu)造原理圖，陽極室(厭氧池2)與陰極室(終沉池5)相連，中間由離子交換膜6隔開，陰、陽極所用材料為碳氈10，由銅導(dǎo)線連接，外接電阻8,電阻8兩端接電壓表9進行電壓值的測定。