推广使用微生物燃料电池建设节能型污水处理厂

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推广使用微生物燃料电池建设节能型污水处理厂

 2015年全国城镇生活污水排放量为485.1亿吨,大约是10年前的2倍;近10年来工业废水排放量基本保持在200亿吨。截至目前为止,我国城市污水的处理率平均达到80%左右。但是,我国城市污水处理厂的吨水耗能较高,能耗成为处理费用的主要构成,建设节能型污水处理厂十分必要。通过实地调研北京的两个污水处理厂,发现其处理工艺主要包括下面的这些流程:

 
 
 
图为北京高碑店污水处理厂污水处理工艺。
 
 
 
图为北京酒仙桥污水处理厂污水处理工艺。
 
上述的两个污水处理厂所采用的工艺为活性污泥法,是处理城市污水最广泛使用的方法。这个方法技术相对成熟,运行效率高,但是从上图也可以看出,活性污泥法的环节比较复杂,影响其工作效率的因素也很多。更重要的是,曝气需要大量的能耗,据统计,我国每年用于污水处理的耗电量已经占到全国总发电量的1%。随着能源短缺的日益加剧,节能降耗已成为污水处理行业亟需解决的现实问题。
 
污水一直被看做是可恶的污染源,在处理污水过程中人们不得不通过消耗电能来去除其中的含碳和氮的污染物,据统计:2010年我国用于污水处理的总耗电量约为400×108kW˙h,但同时污水中含有的污染物也可作为原料生成能源,同样以2010年为例,我国污水排放总量为617.3亿吨,COD排放量为1238.1万吨,其中蕴含515×108kW˙h电能(理论上1kgCOD完全氧化为CO2可转化为4.16kW˙h的电能),如果这些电能能够完全被利用,将颠覆性地改变能源产生与消耗的走向。
 
让污水发电,将其看做一种能源,回收其中的能量,是一种很好的节能方法。微生物燃料电池(MicrobialFuelCell,MFC)可以将污水作为底物进行发电,将其中蕴含的能量回收,可解决污水处理厂的电耗问题。MFC既可用于处理废水有机物,也可用于废水脱氮除硫,甚至可用于处理难降解有毒化合物。以下是微生物燃料电池的示意图:
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