申请日2014.12.01
公开(公告)日2015.05.13
IPC分类号C02F3/34; C02F3/30
摘要
本发明涉及一种耦合微生物燃料电池原位减量污泥的污水处理方法，属于污水处理技术领域。该方法将微生物燃料电池耦合到包括好氧池、缺氧池和(或)厌氧池的污水生物处理过程中，通过微生物燃料电池技术将未处理污水中有机物的化学能转化为电能，从而减少污水生物处理过程中产生的剩余污泥，降低整个污水处理过程(包括污泥处理)的总成本。通过这种方法，可以将污水生物处理过程中产生的污泥减量20-60%。
权利要求书
1.一种耦合微生物燃料电池原位减量污泥的污水处理方法，其特征在于，将污水处理系 统的厌氧和/或缺氧池与好氧池相邻构建，两者共用一个池壁，在共用池壁上开孔设置交换膜， 在厌氧池或缺氧池一侧靠近交换膜的位置设置电极作为微生物燃料电池的阳极，在好氧池一 侧靠近共用池壁的位置设置电极作为微生物燃料电池的阴极，阴极和阳极通过导线与外电阻 相连;污水从厌氧或缺氧池进入，经厌氧和/或缺氧池处理后再进入好氧池进行处理。
2.如权利要求1所述的一种耦合微生物燃料电池原位减量污泥的污水处理方法，其特征 在于，所述电极设置一组。
3.如权利要求1所述的一种耦合微生物燃料电池原位减量污泥的污水处理方法，其特征 在于，所述电极设置至少两组。
4.如权利要求1或2或3所述的一种耦合微生物燃料电池原位减量污泥的污水处理方法， 其特征在于，所述电极由碳布、石墨板、碳毡、碳纤维、不锈钢或钛钌板中的一种或两种以 上的组合构成。
5.如权利要求1所述的一种耦合微生物燃料电池原位减量污泥的污水处理方法，其特征 在于，所述外电阻为100～1000Ω。
6.如权利要求1或5所述的一种耦合微生物燃料电池原位减量污泥的污水处理方法，其 特征在于，所述外电阻为500Ω。
7.如权利要求1所述的一种耦合微生物燃料电池原位减量污泥的污水处理方法，其特征 在于，所述交换膜是质子交换膜、阳离子交换膜或阴离子交换膜。
8.如权利要求1所述的一种耦合微生物燃料电池的污水处理方法，其特征在于，厌氧池 或缺氧池中还包括机械搅拌装置。
9.如权利要求1或8所述的一种耦合微生物燃料电池的污水处理方法，其特征在于，通 过曝气装置来控制好氧池中的溶解氧。
10.如权利要求1所述的一种耦合微生物燃料电池原位减量污泥的污水处理方法，其特 征在于，所处理污水为生活污水或工业废水。
说明书
一种耦合微生物燃料电池原位减量污泥的污水处理方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，特别涉及将微生物燃料电池耦合到污水生物处理过程中 进行原位污泥减量的方法。
技术背景
污泥是污水生物处理过程中产生的一种副产物，也是一种重要有机废弃物。污水生物处 理过程中会产生大量污泥，实际运行的污水处理厂污泥产率可达0.52～1.22kgSS/kgBOD5，据 统计，目前我国污水处理能力约1.53亿立方米/日，年产生含水量80%的污泥3500多万吨， 随着今后我国经济的发展，污水处理量和污水处理率仍将不断增加，随之而产生的污泥的产 量也将越来越多。由于污水中很多污染物在污水生物处理过程中会最终转移到了污泥中，因 此污泥必须得到妥善处理处置。然而由于污泥处理处置的投资和运行费用巨大，可占整个污 水处理厂投资及运行费用的20%-40%，有的甚至高达65%，污泥处理处置已成为污水处理厂 所面临的沉重负担和难题，减少污泥量十分必要。根据调研结果显示，我国污水处理厂所产 生的污泥，约有80%没有得到妥善处理，污泥随意堆放及所造成的污染与二次污染问题已经 凸显出来，并引起了社会的关注。
目前解决污泥问题的方法可分为两类：(1)在保证出水达标的前提下，采用适当技术减 少污水处理过程中产生的污泥量，从“源头”降低污泥的产量，即通常所说的污泥减量化; (2)在污泥产生之后，利用一定的方法和技术对进行污泥进行处理处置，如厌氧消化+土地 利用、堆肥+土地利用、焚烧+建材利用等。在第二类方法中污泥的最终处置，目前还存在许 多问题，例如人们的接受度问题、消纳量有限问题、二次污染问题、选址问题和能耗问题等。 因此，面对当前日益严重的污泥问题，以“源头控制”为目标的污泥减量技术，受到人们越来 越多的关注和重视。目前“源头”污泥减量技术包括溶胞-隐性生长、内源呼吸、解偶联代谢 和生物捕食等。
微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell)是一种能够将有机物中的化学能在微生物的作用下 直接转化为电能的装置，是近来在环境保护领域中出现的一种能同时处理污染物和产能的新 技术。作为一种全新的废水处理技术，微生物燃料电池不再仅仅将废水中的有机质作为去除 对象，而是看作一种能源。利用微生物将废水中有机质的化学能转化为电能，既净化了污水 又获得了能量，这无疑是污水处理理念的重大革新，具有不可估量的发展潜力。与传统的厌 氧消化相比，也能产能的微生物燃料电池拥有一些独特的优势，比如处理低浓度废水，运行 温度可以低于20℃等，这些都使得该技术具有很强的竞争力和适用性。近年来，微生物燃料 电池在处理各个行业的有机废水中有了越来越广泛的应用，如葡萄糖模拟废水、生活污水、 酿酒废水、食品加工废水、养殖废水和垃圾渗沥液等。另外，由于污泥中含大量有机物，这 些有机物主要为蛋白质和碳水化合物，因此污泥也可以作为MFC的产电基质，同步实现污泥 减量化和资源化。
然而，在目前将微生物燃料电池技术应用于污水处理过程的研究中，研究者更多的关注 污水处理效果和微生物燃料电池的产电效率，而对于污水处理过程中产生的污泥很少关注。 目前微生物燃料电池的低产电效率已影响了这种技术的应用。如果在微生物燃料电池应用到 污水处理过程中时，更多地考虑其对污水处理效果和污水处理过程中的污泥产生及其带来社 会经济效益和环境效应，开发有利于污水生物处理过程中污泥产生量减少的耦合微生物燃料 电池技术的工艺，则可能推动微生物燃料电池在污水处理过程中应用。因此，开发一种耦合 微生物燃料电池技术的原位污泥减量方法，对于减少污水生物处理过程中污泥产生、降低整 个污水处理过程(包括污泥处理)的成本和推动微生物燃料电池的应用等具有重要的实际意 义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种运行费用低、工艺简单、操作方便、污泥减量效果好的污水 生物处理方法。本发明是为了克服传统污水生物处理过程存在的剩余污泥产量大的不足，结 合微生物燃料电池和污水生物处理工艺的特点，将微生物燃料电池耦合到A/O、A2/O、氧化 沟工艺，或其它有厌氧和/或缺氧及好氧处理过程的污水处理工艺中，利用微生物燃料电池技 术将污水中有机物的化学能转化为电能，使有机物转化合成更少的污泥，从而减少污水生物 处理过程中的污泥产量。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
将污泥生物处理系统的厌氧和/或缺氧池与好氧池相邻构建，两者共用一个池壁。
在共用池壁上开设圆孔或方孔，用于安装交换膜，该交换膜可以是质子交换膜、阳离子 交换膜或阴离子交换膜等。
在厌氧池或缺氧池一侧靠近交换膜处设置电极作为微生物燃料电池的阳极。
在好氧池一侧靠近交换膜处设置电极作为微生物燃料电池的阴极。
微生物燃料电池的电极可由碳布、石墨板、碳毡、碳纤维、不锈钢或钛钌板等材料其中 一种或两种以上的组合构成，优选为碳纤维、碳毡或碳布中至少一种。
电极的大小和数量根据污水处理系统的规模大小而定，可以在一个系统中设置一组或多 组电极，即一对或多对阴阳极。
阴极和阳极通过导线与外电阻相连，外电阻大小优选为100～1000Ω，更优选为500～1000 Ω。
在共用池壁上开设孔的大小(即安装的交换膜大小)和数量根据池壁大小、电极大小及 数量而定。
待处理污水通过泵自厌氧或缺氧池进入污水生物处理系统，经厌氧和/或缺氧池处理后再 进入好氧池，经好氧池处理后根据需要可以再进入下一个工艺段，如沉淀区等。待处理的污 水可以是生活污水或工业废水等。
可以通过机械搅拌对厌氧或缺氧池进行低速搅拌，还可以通过曝气装置来控制好氧池中 的溶解氧，其它运行参数采用常规参数。
有益效果：本发明的特点在于将微生物燃料电池耦合到污水生物处理过程中，利用产电 微生物将污水中有机物的化学能转化为电能，从而减少污水生物处理过程中污泥的产生量。 通过这种耦合，可以将污水生物处理过程中产生的污泥减量20～60%。
