公布日：2022.12.16

申請(qǐng)日：2022.10.24

分類號(hào)：C02F3/00(2006.01)I;C02F3/30(2006.01)I;C02F3/34(2006.01)I;H01M8/16(2006.01)I;C02F103/06(2006.01)N

摘要

一種硫酸鹽型厭氧氨氧化產(chǎn)電裝置及控制方法，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。所述產(chǎn)電裝置是利用UASB厭氧反應(yīng)器，依次連接好氧池、缺氧池和終沉池，在UASB厭氧反應(yīng)器中啟動(dòng)適用于老齡垃圾滲濾液的硫酸鹽型厭氧氨氧化反應(yīng)，UASB厭氧反應(yīng)器分別與好氧池、缺氧池之間由質(zhì)子交換膜隔開，再分別通過富集有大量微生物的碳?xì)蛛姌O以及銅導(dǎo)線外接電阻箱，形成閉合回路，構(gòu)成雙室微生物燃料電池，該發(fā)明裝置能夠同時(shí)去除老齡垃圾滲濾液中高濃度SO42-、NH4+并提高微生物燃料電池的產(chǎn)電效率，能夠有效解決現(xiàn)有工藝脫氮除硫效率低、運(yùn)行能耗高、占地面積大、污泥產(chǎn)量高等問題。

權(quán)利要求書

1.一種硫酸鹽型厭氧氨氧化產(chǎn)電裝置，其特征在于：包括依次通過水管連接的UASB厭氧反應(yīng)器(2)、好氧池(3)、缺氧池(4)和沉淀池(5)，且所述UASB厭氧反應(yīng)器(2)分別與好氧池(3)、缺氧池(4)之間側(cè)壁通過質(zhì)子交換膜(8)隔開，其中，UASB厭氧反應(yīng)器(2)作為微生物燃料電池的陽(yáng)極室，內(nèi)添加AMC顆粒載體填料作為微生物附著膜，好氧池(3)、缺氧池(4)作為微生物燃料電池的陰極室，構(gòu)成雙室微生物燃料電池；陽(yáng)極室和陰極室分別通過富集有大量微生物的碳?xì)蛛姌O(7)以及銅導(dǎo)線外接電阻箱(9)，形成閉合回路，沉淀池(5)開有出水口，反應(yīng)后的廢水經(jīng)沉淀池(5)上方排出，污泥經(jīng)沉淀池(5)底部的排泥口排出，UASB厭氧反應(yīng)器(2)底部開有進(jìn)水口，通過管路連接污水池，頂部開有氣體出口，反應(yīng)后的氣體通過該氣體出口排出至干燥瓶。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述硫酸鹽型厭氧氨氧化產(chǎn)電裝置，其特征在于：所述UASB厭氧反應(yīng)器底部為錐形結(jié)構(gòu)，與好氧池(3)、缺氧池(4)不相鄰的外周及底部設(shè)置有恒溫循環(huán)水浴箱，其上開有保溫進(jìn)水口和保溫出水口，所述恒溫循環(huán)水浴箱通過管路連接UASB厭氧反應(yīng)器下方的保溫進(jìn)水口(14)，循環(huán)后通過UASB厭氧反應(yīng)器上方設(shè)置的保溫出水口(16)出水，在UASB厭氧反應(yīng)器外周形成恒溫水循環(huán)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述硫酸鹽型厭氧氨氧化產(chǎn)電裝置，其特征在于：所述UASB厭氧反應(yīng)器的污泥懸浮區(qū)開有出水口，通過循環(huán)管路連接UASB厭氧反應(yīng)器底部進(jìn)水管，在循環(huán)管路上設(shè)置有循環(huán)泵，UASB厭氧反應(yīng)器污泥懸浮區(qū)的出水，與污水原液混合通過反應(yīng)器底部進(jìn)水，在UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)部循環(huán)，保證微生物與污泥充分接觸。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述硫酸鹽型厭氧氨氧化產(chǎn)電裝置，其特征在于：所述恒溫循環(huán)水浴箱的溫度保持在(35±5)℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述硫酸鹽型厭氧氨氧化產(chǎn)電裝置，其特征在于：所述UASB厭氧反應(yīng)器頂部設(shè)置三相分離器，污水在UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)后，經(jīng)三相分離器分離后產(chǎn)生的氣體通過氣體出口排出，產(chǎn)生的上清液經(jīng)液體管路依次流至好氧池(3)、缺氧池(4)和沉淀池(5)，廢水經(jīng)沉淀池上方出水口排出，污泥經(jīng)沉淀池(5)底部的排泥口排出。

6.采用如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述硫酸鹽型厭氧氨氧化產(chǎn)電裝置的控制方法，其特征在于：包括如下步驟：第一步：UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)以厭氧消化污泥為菌源，垃圾滲濾液原水為進(jìn)水，使UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)NH4+-N濃度范圍為80mg/L-100mg/L，并以摩爾比NH4+-N：NO2--N＝1:(1.32-1.5)，投加亞硝酸鈉；第二步：若USAB反應(yīng)器出水中，NH4+-N消耗量、NO2—N消耗量和NO3—N的產(chǎn)量的摩爾比為1：1.32：0.26，則表面發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)，然后增大垃圾滲濾液原水的進(jìn)水量，提高UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)部的反應(yīng)基質(zhì)的濃度，使UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)NH4+-N濃度提升至150mg/L-160mg/L，并以摩爾比NH4+-N:NO2--N＝1:1.32-1.5，投加亞硝酸鈉；同時(shí)，控制恒溫循環(huán)水浴溫度，使UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)部溫度維持在(35±5)℃，并在UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)添加AMC顆粒載體填料，填料為厭氧反應(yīng)器體積的30％；同時(shí)通過在UASB厭氧反應(yīng)器的污泥懸浮區(qū)出水與污水池出水原液混合后，再?gòu)?/span>UASB厭氧反應(yīng)器底部進(jìn)水，進(jìn)行內(nèi)循環(huán)，使微生物與污泥充分接觸；第三步：亞硝酸鹽型厭氧氨氧化反應(yīng)穩(wěn)定后，即：UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)NH4+-N與NO2--N的去除率達(dá)到80％-90％后，通過減少亞硝酸鈉投加量，使UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)NO2--N濃度降到0mg/L-40mg/L，NH4+-N濃度為60mg/L-70mg/L，此時(shí)摩爾比NH4+-N：NO2--N＝1:(0.5-0.6)，硫酸根濃度為260mg/L-280mg/L，使硫酸鹽代替部分亞硝酸鹽的投加；當(dāng)SO42-的去除率達(dá)到30％-45％后，不再往UASB厭氧反應(yīng)器中添加亞硝酸鈉，同時(shí)通過增大垃圾滲濾液原水的進(jìn)水量以及硫酸鹽的投加量，使得UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)NH4+-N、SO42-濃度分別提高至130mg/L-150mg/L、500mg/L-550mg/L，使SO42-成為厭氧氨氧化的電子受體，NH4+-N、SO42-的去除率逐步上升并穩(wěn)定在50％以上，則表示成功啟動(dòng)硫酸鹽型厭氧氨氧化，得到硫酸鹽和氨氮能夠同時(shí)去除，且不需添加外加碳源的產(chǎn)電裝置。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述存在的技術(shù)問題，為了快速啟動(dòng)適用于老齡垃圾滲濾液的硫酸鹽型厭氧氨氧化工藝，同時(shí)提高微生物燃料電池的產(chǎn)電效率，本發(fā)明提供一種硫酸鹽型厭氧氨氧化產(chǎn)電裝置及其控制方法，該裝置利用UASB厭氧反應(yīng)器，首先培養(yǎng)出適用于老齡垃圾滲濾液的亞硝酸鹽型厭氧氨氧化菌種，逐步轉(zhuǎn)化為硫酸鹽型厭氧氨氧化菌種，硫酸鹽型厭氧氨氧化工藝的UASB厭氧反應(yīng)器具備微生物燃料電池陽(yáng)極室所需的條件，而好氧池和缺氧池均具備微生物燃料電池陰極室所需的條件，可以形成雙室微生物燃料電池，厭氧氨氧化反應(yīng)器中某些產(chǎn)電微生物的胞外電子傳遞為硫酸鹽型厭氧氨氧化提供了可能的轉(zhuǎn)化途徑，與微生物燃料電池相耦合，是一種能夠同時(shí)去除高濃度SO42-、NH4+并提高微生物燃料電池產(chǎn)電效率的裝置。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明一種硫酸鹽型厭氧氨氧化產(chǎn)電裝置，包括依次通過水管連接的UASB厭氧反應(yīng)器、好氧池、缺氧池和沉淀池，且所述UASB厭氧反應(yīng)器分別與好氧池、缺氧池之間側(cè)壁通過質(zhì)子交換膜隔開，其中，UASB厭氧反應(yīng)器作為微生物燃料電池的陽(yáng)極室，內(nèi)添加AMC顆粒載體填料作為微生物附著膜，好氧池、缺氧池作為微生物燃料電池的陰極室，構(gòu)成雙室微生物燃料電池；陽(yáng)極室和陰極室分別通過富集有大量微生物的碳?xì)蛛姌O以及銅導(dǎo)線外接電阻箱，形成閉合回路，沉淀池開有出水口，反應(yīng)后的廢水經(jīng)沉淀池上方排出，污泥經(jīng)沉淀池底部的排泥口排出，UASB厭氧反應(yīng)器底部開有進(jìn)水口，通過管路連接污水池，頂部開有氣體出口，反應(yīng)后的氣體通過該氣體出口排出至干燥瓶。

進(jìn)一步地，所述UASB厭氧反應(yīng)器底部為錐形結(jié)構(gòu)，與好氧池、缺氧池不相鄰的外周及底部設(shè)置有恒溫循環(huán)水浴箱，其上開有保溫進(jìn)水口和保溫出水口，所述恒溫循環(huán)水浴箱通過管路連接UASB厭氧反應(yīng)器下方的保溫進(jìn)水口，循環(huán)后通過UASB厭氧反應(yīng)器上方設(shè)置的保溫出水口出水，在UASB厭氧反應(yīng)器外周形成恒溫水循環(huán)。

進(jìn)一步地，所述UASB厭氧反應(yīng)器的污泥懸浮區(qū)開有出水口，通過循環(huán)管路連接UASB厭氧反應(yīng)器底部進(jìn)水管，在循環(huán)管路上設(shè)置有循環(huán)泵，UASB厭氧反應(yīng)器污泥懸浮區(qū)的出水，與污水原液混合通過反應(yīng)器底部進(jìn)水，在UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)部循環(huán)，保證微生物與污泥充分接觸。

進(jìn)一步地，所述恒溫循環(huán)水浴箱的溫度保持在(35±5)℃。

進(jìn)一步地，所述UASB厭氧反應(yīng)器頂部設(shè)置三相分離器，污水在UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)后，經(jīng)三相分離器分離后產(chǎn)生的氣體通過氣體出口排出，產(chǎn)生的上清液經(jīng)液體管路依次流至好氧池、缺氧池和沉淀池，廢水經(jīng)沉淀池上方出水口排出，污泥經(jīng)沉淀池底部的排泥口排出。

本發(fā)明采用所述硫酸鹽型厭氧氨氧化產(chǎn)電裝置的控制方法，包括如下步驟：

第一步：UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)以厭氧消化污泥為菌源，垃圾滲濾液原水為進(jìn)水，使UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)NH4+-N濃度范圍為80mg/L-100mg/L，并以摩爾比NH4+-N：NO2--N＝1:(1.32-1.5)，投加亞硝酸鈉；

第二步：若USAB反應(yīng)器出水中，NH4+-N消耗量、NO2—N消耗量和NO3—N的產(chǎn)量的摩爾比為1：1.32：0.26，則表面發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)，然后增大垃圾滲濾液原水的進(jìn)水量，提高UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)部的反應(yīng)基質(zhì)的濃度，使UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)NH4+-N濃度提升至150mg/L-160mg/L，并以摩爾比NH4+-N:NO2--N＝1:1.32-1.5，投加亞硝酸鈉；

同時(shí)，控制恒溫循環(huán)水浴溫度，使UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)部溫度維持在(35±5)℃，并在UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)添加AMC顆粒載體填料，填料為厭氧反應(yīng)器體積的30％；同時(shí)通過在UASB厭氧反應(yīng)器的污泥懸浮區(qū)出水與污水池出水原液混合后，再?gòu)?/span>UASB厭氧反應(yīng)器底部進(jìn)水，進(jìn)行內(nèi)循環(huán)，使微生物與污泥充分接觸；

第三步：亞硝酸鹽型厭氧氨氧化反應(yīng)穩(wěn)定后，即：UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)NH4+-N與NO2--N的去除率達(dá)到80％-90％后，通過減少亞硝酸鈉投加量，使UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)NO2--N濃度降到0mg/L-40mg/L，NH4+-N濃度為60mg/L-70mg/L，此時(shí)摩爾比NH4+-N：NO2--N＝1:(0.5-0.6)，硫酸根濃度為260mg/L-280mg/L，使硫酸鹽代替部分亞硝酸鹽的投加；

當(dāng)SO42-的去除率達(dá)到30％-45％后，不再往UASB厭氧反應(yīng)器中添加亞硝酸鈉，同時(shí)通過增大垃圾滲濾液原水的進(jìn)水量以及硫酸鹽的投加量，使得UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)NH4+-N、SO42-濃度分別提高至130mg/L-150mg/L、500mg/L-550mg/L，使SO42-成為厭氧氨氧化的電子受體，NH4+-N、SO42-的去除率逐步上升并穩(wěn)定在50％以上，則表示成功啟動(dòng)硫酸鹽型厭氧氨氧化，得到硫酸鹽和氨氮能夠同時(shí)去除，且不需添加外加碳源的產(chǎn)電裝置。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明能夠培養(yǎng)出適用于老齡垃圾滲濾液的亞硝酸鹽型厭氧氨氧化菌種，后逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩猁}型厭氧氨氧化菌種，能夠同時(shí)去除老齡垃圾滲濾液中的高濃度SO42-、NH4+，并且提高微生物燃料電池的產(chǎn)電效率，不需要外加碳源，節(jié)省垃圾滲濾液處理成本，實(shí)現(xiàn)污水的資源化利用，具有節(jié)能、高效、投資和運(yùn)行成本低等特點(diǎn)。

（發(fā)明人：張立成;馬重陽(yáng);錢俊;范茂軍）