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mg游戏幸运双星技巧:微生態周期切換式廢水處理微生物電化學系統

發布時間:2019-5-25 16:22:45  中國污水處理工程網

美高美幸运双星 www.gkdbd.icu   申請日2019.03.26

  公開(公告)日2019.05.17

  IPC分類號C02F3/00; C02F3/28

  摘要

  微生態周期切換式廢水處理微生物電化學系統,本發明屬于廢水處理技術領域,廢水依次流經微生態周期切換式微生物燃料電池堆與微生態周期切換式微生物電解池,得到兩級處理;可依據所處理廢水的水質水量特點及負荷條件的變化,及時改變外部管路的閥門切換模式與切換頻率,使得微生態周期切換式微生物燃料電池及微生態周期切換式微生物電解池分別按照厭氧折流板反應器、升流式厭氧污泥床反應器或介于二者之間的方式運行,以得到廢水處理及廢水中能源(氫氣及其他具有附加價值的化學物質)回收與利用的最優耦合效果,極具靈活性,有利于微生物電化學技術真正實現工程化、工業化和商業化。

  

權利要求書

  1.微生態周期切換式廢水處理微生物電化學系統,其特征是:包括微生態周期切換式微生物燃料電池堆和微生態周期切換式微生物電解池,所述微生態周期切換式微生物燃料電池堆和微生態周期切換式微生物電解池之間通過電阻串聯,將微生態周期切換式微生物燃料電池堆所產電能用以驅動微生態周期切換式微生物電解池電解;

  所述微生態周期切換式微生物電解池,包括圓管Ⅰ(1)、圓管Ⅱ(2)、上蓋板(3)以及下底板(4),所述圓管Ⅰ(1)設置在圓管Ⅱ(2)的內部,且與圓管Ⅱ(2)同軸,所述圓管Ⅰ(1)和圓管Ⅱ(2)組成的環形結構通過四塊隔板(5)將其均分為四個隔室(6),所述每個隔室(6)內部均設置有一個折板(7),每個隔室(6)的外側壁上均設置有一個進水孔(8)和出水孔(9),所述上蓋板(3)上對應每個隔室(6)的位置內設置有一個導氣孔(14)和外接電路預留孔(13),所述下底板(4)上設置有排空孔;

  所述每個隔室(6)內均設置有石墨氈陽極和陰極,所述石墨氈陽極通過不銹鋼絲與微生態周期切換式微生物燃料電池堆的正極連接;

  所述陰極包括不銹鋼網Ⅰ(10)、不銹鋼網Ⅱ(11)以及不銹鋼支架(12),所述不銹鋼網Ⅰ(10)和不銹鋼網Ⅱ(11)的幾何中心位置通過不銹鋼支架(12)連接,所述不銹鋼支架(12)穿過上蓋板(9)上設置的外接電路預留孔(13)與微生態周期切換式微生物燃料電池堆的負極相連,所述不銹鋼網Ⅰ(10)和不銹鋼網Ⅱ(11)與隔板(5)、圓管Ⅰ(1)以及圓管Ⅱ(2)均為非接觸;

  所述圓管Ⅱ(2)的外側壁上設置有十二個閥門,每個隔室(6)上均設置有三個閥門,十二個閥門用于完成四個隔室(6)的微生態周期式切換。

  2.根據權利要求1所述的微生態周期切換式廢水處理微生物電化學系統,其特征是:所述每個隔室(6)上流區出水孔(9),位于與遠離陽極的一側隔板成30°圓心角的圓管Ⅱ(2)側壁母線上;每個隔室(6)下流區進水孔(8)位于下流區橫剖面所對應圓心角的角平分線上,各隔室(6)側壁上設置的出水孔(9)位置高于進水孔(8)位置。

  3.根據權利要求1所述的微生態周期切換式廢水處理微生物電化學系統,其特征是:所述外接電路預留孔(13)的中心位于與遠離陽極的一側隔板(5)成30°圓心角的圓管Ⅰ(1)與圓管Ⅱ(2)之間空間徑向線的中點上。

  4.根據權利要求1所述的微生態周期切換式廢水處理微生物電化學系統,其特征是:所述上蓋板(3)上的導氣孔(14)均通過膠圈和絲扣密封。

  5.根據權利要求1所述的微生態周期切換式廢水處理微生物電化學系統,其特征是:所述不銹鋼網Ⅰ(10)和不銹鋼網Ⅱ(11)與水平方向成60°角設置,二者間距為圓管Ⅰ(1)外徑與圓管Ⅱ(2)內徑差值的0.5倍,二者徑向長度的投影均為圓管Ⅰ(1)外徑與圓管Ⅱ(2)內徑差值的0.8倍,二者徑向長度均為圓管Ⅰ(1)外徑與圓管Ⅱ(2)內徑差值的1.6倍,二者遠離陽極的一側徑向邊水平投影與靠近陽極的一側徑向邊水平投影成50°圓心角,二者上邊緣位于各隔室(6)自由液面以下,與自由液面的距離為圓管Ⅰ(1)外徑與圓管Ⅱ(2)內徑差值的0.5倍。

  6.根據權利要求1所述的微生態周期切換式廢水處理微生物電化學系統,其特征是:所述每個隔室(6)電解的電流電壓由微生態周期切換式微生物燃料電池堆輸出的電能供給,并通過調節所述電阻控制四個隔室的電解在穩壓穩流條件下同步并聯運行。

  7.根據權利要求1所述的微生態周期切換式廢水處理微生物電化學系統,其特征是:廢水處理流程為,廢水依次流經微生態周期切換式微生物燃料電池堆與微生態周期切換式微生物電解池,得到兩級處理;且通過改變外部管路的閥門切換模式與切換頻率,將微生態周期切換式微生物燃料電池堆與微生態周期切換式微生物電解池分別按照厭氧折流板反應器、升流式厭氧污泥床反應器或介于二者之間的方式運行。

  說明書

  微生態周期切換式廢水處理微生物電化學系統

  技術領域

  本發明屬于廢水處理技術領域,特別是涉及到一種微生態周期切換式微生物燃料電池驅動微生態周期切換式微生物電解池電解的耦合微生物電化學系統。

  背景技術

  微生物電化學系統是一種廢水生物處理方法,將微生物的電子傳遞體系與傳統的電化學體系相結合,形成微生物、反應物、電極的耦合體系,從而整合生物法、電解電離及電化學氧化還原等方法的優點。微生物電化學系統主要包括微生物燃料電池和微生物電解池。微生物燃料電池利用微生物作為催化劑氧化分解廢水中的有機化合物,同時產生電流,將有機物中的化學能轉化為電能,具有廢水處理和電能回收的雙重功能。但微生物燃料電池的工程應用存在產生的電流小,廢水處理效率低等問題。微生物電解池是一種近年來新興的生物制氫技術,只需要施加0.3-1.0V的外電壓,便可將有機廢水轉化為氫氣及其他具有附加價值的化學物質,而電解水制氫則通常需要施加1.8-2.0V以上的電壓。因此,以微生物燃料電池驅動微生物電解池的耦合微生物電化學系統進行廢水處理在環境及能源領域日益受到廣泛關注。影響微生物燃料電池/微生物電解池效能的因素包括其內的微生物、陽極、陰極、膜、廢水底物成分及組成,以及微生物燃料電池/微生物電解池的設計與結構。

  通過優選微生物、改善電極材料和優化運行條件等方法,微生物燃料電池/微生物電解池的效能已取得了較大的提高,但仍存在無法實現根據所處理污水的水質水量特點及負荷條件的改變而及時調節微生物燃料電池/微生物電解池內的微生態環境,同時優化廢水處理并充分回收和利用廢水中能源的目的。因此,亟需將微生物燃料電池/微生物電解池與傳統的廢水生物處理技術有機結合起來,使其真正實現工程化、工業化和商業化。

  發明內容

  本發明所要解決的技術問題是:提供一種微生態周期切換式廢水處理微生物電化學系統,可依據所處理污水的水質水量特點及負荷條件的改變而及時變換外部管路的閥門切換模式與切換頻率,使得微生態周期切換式微生物燃料電池堆及微生態周期切換式微生物電解池分別按照厭氧折流板反應器、升流式厭氧污泥床反應器或介于二者之間的方式運行,以得到廢水處理和廢水中能源(氫氣及其他具有附加價值的化學物質)回收與利用的最優耦合效果,極具靈活性,有利于微生物電化學技術真正實現工程化、工業化和商業化。

  微生態周期切換式廢水處理微生物電化學系統,其特征是:包括微生態周期切換式微生物燃料電池堆和微生態周期切換式微生物電解池,所述微生態周期切換式微生物燃料電池堆和微生態周期切換式微生物電解池之間通過電阻串聯,將微生態周期切換式微生物燃料電池堆所產電能用以驅動微生態周期切換式微生物電解池;

  所述微生態周期切換式微生物電解池,包括圓管Ⅰ、圓管Ⅱ、上蓋板以及下底板,所述圓管Ⅰ設置在圓管Ⅱ的內部,且與圓管Ⅱ同軸,所述圓管Ⅰ和圓管Ⅱ組成的環形結構通過四塊隔板將其均分為四個隔室,所述每個隔室內部均設置有一個折板,每個隔室的外側壁上均設置有一個進水孔和出水孔,所述上蓋板上對應每個隔室的位置內設置有一個導氣孔和外接電路預留孔,所述下底板上設置有排空孔;

  所述每個隔室內均設置有石墨氈陽極和陰極,所述石墨氈陽極通過不銹鋼絲與微生態周期切換式微生物燃料電池堆的正極連接;

  所述陰極包括不銹鋼網Ⅰ、不銹鋼網Ⅱ以及不銹鋼支架,所述不銹鋼網Ⅰ和不銹鋼網Ⅱ的幾何中心位置通過不銹鋼支架連接,所述不銹鋼支架穿過上蓋板上設置的外接電路預留孔與微生態周期切換式微生物燃料電池堆的負極相連,所述不銹鋼網Ⅰ和不銹鋼網Ⅱ與隔板、圓管Ⅰ以及圓管Ⅱ均為非接觸;

  所述圓管Ⅱ的外側壁上設置有十二個閥門,每個隔室上均設置有三個閥門,十二個閥門用于完成四個隔室的微生態周期式切換。

  所述每個隔室上流區出水孔,位于與遠離陽極的一側隔板成30°圓心角的圓管Ⅱ側壁母線上;每個隔室下流區進水孔位于下流區橫剖面所對應圓心角的角平分線上,各隔室側壁上設置的出水孔位置高于進水孔位置。

  所述外接電路預留孔的中心位于與遠離陽極的一側隔板成30°圓心角的圓管Ⅰ與圓管Ⅱ之間空間徑向線的中點上。

  所述上蓋板上的導氣孔均通過膠圈和絲扣密封。

  所述不銹鋼網Ⅰ和不銹鋼網Ⅱ與水平方向成60°角設置,二者間距為圓管Ⅰ外徑與圓管Ⅱ內徑差值的0.5倍,二者徑向長度的投影均為圓管Ⅰ外徑與圓管Ⅱ內徑差值的0.8倍,二者徑向長度均為圓管Ⅰ外徑與圓管Ⅱ內徑差值的1.6倍,二者遠離陽極的一側徑向邊水平投影與靠近陽極的一側徑向邊水平投影成50°圓心角,二者上邊緣位于各隔室自由液面以下,與自由液面的距離為圓管Ⅰ外徑與圓管Ⅱ內徑差值的0.5倍。

  所述每個隔室電解的電流電壓由微生態周期切換式微生物燃料電池堆輸出的電能供給,并通過調節所述電阻控制四個隔室的電解在穩壓穩流條件下同步并聯運行。

  廢水處理的流程為,廢水依次流經微生態周期切換式微生物燃料電池堆與微生態周期切換式微生物電解池,得到兩級處理;且通過改變外部管路的閥門切換模式與切換頻率,將微生態周期切換式微生物燃料電池堆與微生態周期切換式微生物電解池分別按照厭氧折流板反應器、升流式厭氧污泥床反應器或介于二者之間的方式運行。

  通過上述設計方案,本發明可以帶來如下有益效果:一種微生態周期切換式廢水處理微生物電化學系統,廢水依次流經微生態周期切換式微生物燃料電池堆與微生態周期切換式微生物電解池,得到兩級處理;可依據所處理廢水的水質水量特點及負荷條件的變化,而及時改變外部管路的閥門切換模式與切換頻率,使得微生態周期切換式微生物燃料電池堆與微生態周期切換式微生物電解池分別按照厭氧折流板反應器、升流式厭氧污泥床反應器或介于二者之間的方式運行,以得到廢水處理及廢水中能源(氫氣及其他具有附加價值的化學物質)回收與利用的最優耦合效果,極具靈活性,有利于微生物電化學技術真正實現工程化、工業化和商業化。

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