CN109179631A - 可同步除磷的厌氧电化学膜生物反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可同步除磷的厌氧电化学膜生物反应器，包括反应器壳体、膜组件及电极，所述电极的阳极与膜组件相对设置，所述电极的阴极置于所述膜组件中，厌氧电化学膜生物反应器内接种厌氧污泥，所述膜组件及电极均置于厌氧污泥中。本发明可同步除磷的厌氧电化学膜生物反应器***不仅可以有效去除有机物，还可以有效去除总磷。

Description

可同步除磷的厌氧电化学膜生物反应器
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体而言，本发明涉及一种可同步除磷的厌氧电化学膜生物反应器。
背景技术
污水处理技术发展至今，如何在保证出水水质的基础上，对污水中的能源进行回收利用成为目前的研究焦点。
膜生物反应器是20世纪末发展起来的一种新兴的污水处理工艺，它将废水生物处理技术和膜分离技术有效的结合在一起。膜生物反应器通过膜组件的高效分离作用彻底分离泥水，从而使出水水质得到优化，具有出水可直接回用、剩余污泥量少、占地面积小、便于控制等优点。
厌氧膜生物反应器技术(AnMBR)是一种将高效厌氧生物技术与膜分离技术进行耦合的工艺，近年来发展迅速。高效厌氧生物技术处理污水既能实现污水净化又能产生大量的高热值沼气作为能源加以利用。
厌氧膜生物反应器技术不仅保留了厌氧工艺负荷高、运行成本低、能耗低、剩余污泥量低、可产生沼气能源等优点，还结合了膜生物反应器技术处理效果高、微生物量大等特点，从根本上解决厌氧微生物流失的问题，极大的提高了厌氧工艺的出水效果。但是单一的厌氧生物处理技术无法对污水中的磷进行去除，限制了其在含磷废水处理领域的应用。因此，在现有的厌氧膜生物反应器污水处理及能源回收技术的研究中，如何能在去除有机物的同时还可以有效除磷是目前要解决的主要问题之一。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种既可以实现对污水的净化，产生大量的高热值沼气，并且能够同步除磷的厌氧电化学膜生物反应器***。
本发明的可同步除磷的厌氧电化学膜生物反应器，包括反应器壳体、膜组件及电极，所述电极的阳极与膜组件相对设置，所述电极的阴极置于所述膜组件中，所述反应器内接种厌氧污泥，所述膜组件及电极均置于厌氧污泥中。
在一个实施方式中，所述厌氧电化学膜生物反应器内设置有竖直设置的导流板，所述导流板将所述厌氧电化学膜生物反应器分为内筒和外筒两部分，所述膜组件设置于内筒中。
在一个实施方式中，所述电极的阳极材料为铁，阴极材料为钛网或碳布。
在一个实施方式中，所述膜组件采用平板膜组件。
在一个实施方式中，所述平板膜组件的底部设置有曝气管，所述曝气管与循环曝气泵的出气口相连。
在一个实施方式中，所述平板膜组件为双面过滤，滤膜材料为有机合成膜。
在一个实施方式中，反应器的顶部设置有气室，所述气室的顶部设置有生物气体出口，第二生物气体出口与循环曝气泵的进气口相连，在反应器的侧壁上设置有清水出水口，所述清水出水口与膜抽吸泵相连，在反应器的底部设置有污水进水口。
在一个实施方式中，所述可同步除磷的厌氧电化学膜生物反应器***还包括集气装置，所述集气装置与第一生物气体出口相连。
在一个实施方式中，所述集气装置包括气体流量计和气体收集袋。
在一个实施方式中，所述厌氧电化学膜生物反应器还包括液位传感器，所述液位传感器的探头设置在厌氧电化学膜生物反应器的液位上端用以控制液位恒定。
与现有技术相比，本发明的可同步除磷的厌氧电化学膜生物反应器***，具有以下优点：
阳极电解释放的阳离子可以与磷酸根离子反应生成沉淀将其去除，从而实现除磷目的；厌氧反应区内设置导流板一方面形成内外循环，增加传质，另一方面可以防止曝气外溢，有利于控制膜污染；厌氧电化学膜生物反应器和厌氧污泥置于同一单元中，结构紧凑，节约占地面积；反应器底部设置曝气管进行曝气，一方面曝气可以实现厌氧反应区的进水和污泥的混合，利于污染物的降解；另一方面曝气也可以控制膜污染。
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能达到本发明的目的。
附图说明
在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是本发明的可同步除磷的厌氧电化学膜生物反应器***结构示意图。
图2是本发明实施例中反应器R-Fe和对照反应器R-CK的COD去除效果。
图3是图2中所示实施例反应器R-Fe和对照反应器R-CK总磷的去除效果。
在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。
图中，附图标记为：
1、污水进水口；2、循环曝气泵；3、直流电源；4、气室；5、气体流量计；6、膜组件；7、电极阳极；8、导流板；9、膜抽吸泵；10、气袋；11、液位传感器；12、第二生物气体出口；13、第一生物气体出口；14、反应器壳体；100、厌氧电化学膜生物反应器。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
实施例1
如图1所示，本发明的可同步除磷的厌氧电化学膜生物反应器100，由厌氧生物处理技术、膜分离技术和电化学技术结合得到，包括反应器壳体14、膜组件6及电极。厌氧电化学膜生物反应器100内设置有竖直设置的导流板8，导流板8将厌氧电化学膜生物反应器100分为内筒和外筒两部分，膜组件6采用平板膜组件，设置于内筒中，厌氧电化学膜生物反应器100内接种厌氧污泥，组成了一体式反应器，膜组件6及电极均置于厌氧污泥中。其中，电极的阳极7材料为铁，与膜组件6相对设置，电极的阴极为钛网或碳布等导电材料，置于膜组件6中。
优选的，平板膜组件为双面过滤，滤膜材料为有机合成膜。在本实施例中，平板膜组件采用PVDF材质的膜片，膜孔径为0.1微米。
平板膜组件的底部设置有曝气管，曝气管与循环曝气泵2的出气口相连。反应器100的顶部设置有气室4，气室4的顶部设置有生物气体出口，第一生物气体出口13与循环曝气泵2的进气口相连，在反应器100的侧壁上设置有清水出水口，清水出水口与膜抽吸泵9相连，在反应器100的底部设置有污水进水口1。
集气装置包括气体流量计12和气体收集袋5，与第二生物气体出口12相连。
在反应器100的上部还设置有液位传感器11，液位传感器11的探头设置在反应器100的液位上端用以控制进水，保持液位恒定。
具体工作过程为：
接通电源后，电极的阳极7发生氧化反应，生成二价铁离子Fe2+，生活污水从污水进水口1进入厌氧电化学膜生物反应器100中，同反应器中的厌氧污泥混合。厌氧污泥中的微生物可以将污水中的有机物进行降解，产生含有甲烷的生物气，生物气进入到气室4中，气室中的生物气一部分通过第二生物气体出口12和气体流量计5后进入气袋10收集，另一部分从第一生物气体出口13进入循环曝气泵2，再通过膜组件6下部的曝气管进入反应器内筒。进入内筒的气流会推动厌氧污泥的流动，内筒的厌氧污泥达到导流板8的顶部后跌落到外筒中，外筒中的厌氧污泥会向下方流动进入内筒，这样反应器中的厌氧污泥形成了内外循环，形成的内外循环会促使厌氧污泥和污水的混合，使得生物反应更好地进行。同时电极阳极7电解产生的2价铁离子Fe2+会与污水中的磷酸根反应生成沉淀，达到除磷目的。
由于膜组件6正处于内筒中，内筒的气流也会在膜表面形成剪切力，拉动污染物远离膜表面，起到控制膜污染的作用。处理后的出水在膜抽吸泵9的作用下经过反应器侧壁的清水出水口抽出。
实施例2
如图1、图2和图3所示，通过实施例1中反应器做试验反应器并设置一个对照反应器进行污水处理试验，对照反应器除缺少电极和外加直流电源外，其他条件均与上述反应器相同。试验反应器称作R-Fe，对照反应器称作R-CK。
反应器的主体为有机玻璃，反应器中的厌氧污泥为6.0-8.0g/L，反应器的外部设置有水浴保温装置，保持反应器内部温度在35℃左右。阴阳极之间的电压为0.5V，由直流电源3提供。
进水为模拟生活污水，COD为500±50mg/L，总磷为6.0±0.5mg/L。
经过一个月的试验，COD去除效果如附图2所示，两个反应器出水COD均在50mg/L以下，去除率均在90％以上。
总磷的去除效果如附图3所示，加入电极的反应器R-Fe的出水总磷在2mg/L左右，去除率在60％以上，但是没有电极的对照反应器R-CK的出水总磷基本在5mg/L左右，去除率在10％左右。
试验结果表明，本发明的反应器R-Fe不仅可以有效去除有机物，还可以有效去除总磷。
至此，本领域技术人员应该认识到，虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种可同步除磷的厌氧电化学膜生物反应器，其特征在于，所述厌氧电化学膜生物反应器包括反应器壳体、膜组件及电极，所述电极的阳极与膜组件相对设置，所述电极的阴极置于所述膜组件中，厌氧电化学膜生物反应器内接种厌氧污泥，所述膜组件及电极均置于厌氧污泥中。
2.根据权利要求1所述的可同步除磷的厌氧电化学膜生物反应器，其特征在于，所述厌氧电化学膜生物反应器内设置有竖直设置的导流板，所述导流板将所述厌氧电化学膜生物反应器分为内筒和外筒两部分，所述膜组件设置于内筒中。
3.根据权利要求2所述的可同步除磷的厌氧电化学膜生物反应器，其特征在于，所述电极的阳极材料为铁，阴极材料为钛网或碳布。
4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的可同步除磷的厌氧电化学膜生物反应器，其特征在于，所述膜组件采用平板膜组件。
5.根据权利要求4所述的可同步除磷的厌氧电化学膜生物反应器，其特征在于，在所述平板膜组件的底部设置有曝气管，所述曝气管与循环曝气泵的出气口相连。
6.根据权利要求4所述的可同步除磷的厌氧电化学膜生物反应器，其特征在于，所述平板膜组件为双面过滤，滤膜材料为有机合成膜。
7.根据权利要求5所述的可同步除磷的厌氧电化学膜生物反应器，其特征在于，所述厌氧电化学膜生物反应器的顶部设置有气室，所述气室的顶部设置有生物气体出口，第一生物气体出口与循环曝气泵的进气口相连，在反应器的侧壁上设置有清水出水口，所述清水出水口与膜抽吸泵相连，在反应器的底部设置有污水进水口。
8.根据权利要求7所述的可同步除磷的厌氧电化学膜生物反应器，其特征在于，所述厌氧电化学膜生物反应器还包括集气装置，所述集气装置与第二生物气体出口相连。
9.根据权利要求8所述的可同步除磷的厌氧电化学膜生物反应器，其特征在于，所述集气装置包括气体流量计和气体收集袋。
10.根据权利要求5至9任一权利要求所述的可同步除磷的厌氧电化学膜生物反应器，其特征在于，所述厌氧电化学膜生物反应器还包括液位传感器，所述液位传感器的探头设置在所述厌氧电化学膜生物反应器的液位上端用以控制液位恒定。
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