CN102633360B - 一种利用微生物产电减缓膜污染的mbr一体化装置 - Google Patents

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Abstract

一种利用微生物产电减缓膜污染的MBR一体化装置，它涉及一种MBR一体化装置，具体涉及一种利用微生物产电减缓膜污染的MBR一体化设备。本发明为了解决现有MBR设备膜污染严重，限制了MBR设备大规模的应用的问题。本发明包括水箱、进水蠕动泵、中空纤维膜组件、多个曝气头、出水蠕动泵和空气压缩机，本发明还包括阳极室、导线和阴极室，进水蠕动泵的出水端通过导管与阳极室连接，阳极室、中空纤维膜组件、阴极室并排平行设置，阳极室通过导线与阴极室连接，中空纤维膜组件通过导管与出水蠕动泵的进水端连接，多个曝气头并排平行设置在中空纤维膜组件的下方，每个曝气头均与空气压缩机连接。本发明用于减缓膜污染。

Description

一种利用微生物产电减缓膜污染的MBR一体化装置
技术领域
本发明涉及一种MBR一体化装置，具体涉及一种利用微生物产电减缓膜污染的MBR一体化设备。
背景技术
MBR与传统生物处理法相比实现了反应器内水力停留时间(HRT)与污泥停留时间(SRT)的完全分离，同时具有固液分离效果好、生化效率和污染物去除率高、设备紧凑、占地面积小、自动化程度高、操作简单等优点，但是膜污染问题仍是限制MBR大规模应用的瓶颈因素。
膜污染是指在运行过程中，细胞混合液中的微生物菌群及其代谢产物、胶体颗粒、溶解性大分子由于与膜存在物理化学作用、机械作用而引起在膜表面或膜内吸附、沉积造成膜孔变小或堵塞，使产生透过流量和分离特性的不可逆变化。整个膜污染过程可以分为三个阶段：
第一阶段：以EPS和SMP为代表的微生物的代谢产物极易在膜面上吸附，造成早期膜的不可逆污染，表现为TMP迅速增加；此阶段污染物的吸附是随机的，并未形成严格意义上的饼层，微生物絮体随搅动滑过膜表面，膜表面只残留了细小的生物絮体和微生物代谢产物。
第二阶段：经过第一阶段，膜表面大部分已被微生物代谢产物所覆盖，生物絮体和胶体物质更容易吸附在其表面，尽管膜出水量设定在临界膜通量以下，生物絮体也会随即的黏附在膜表面形成二次膜。由于吸附过程不仅仅发生在膜孔，整个膜表面也会发生吸附现象，因而生物絮体开始形成泥饼层，然而此阶段形成的泥饼层并未直接影响膜通量，TMP表现为缓慢增加的趋势。
第三阶段：随着污染物在膜孔及膜表面的吸附或黏附，一些膜孔或膜表面污染严重，在这些区域出水能力显著降低，因而出现了出水量在膜不同区域的再次分配，加大了未受污染的膜孔或表面的产水能力，同时也加重了这些区域的膜污染。此阶段TMP表现为突然跳跃，膜出水能力大幅度降低。
大多数研究认为胞外聚合物、微生物以及无机盐类是造成膜污染的主要污染物，其中胞外聚合物(EPS)。微生物及污水中的胶体物质大多数带负电荷，所以在膜组件两侧施加一定强度的电场，使带负电荷物质在电场中受电场力作用，从而阻止污染物质向膜表面移动或使污染物质脱离膜表面，在一定程度上减缓膜污染。然而在膜两侧施加电场不仅耗费电能，所施加的电场过强还会影响微生物的正常代谢活动，甚至会使微生物死亡从而影响其水处理能力。
发明内容
本发明为解决现有MBR设备膜污染严重，限制了MBR设备大规模的应用的问题，进而提出一种利用微生物产电减缓膜污染的MBR一体化装置。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括水箱、进水蠕动泵、中空纤维膜组件、多个曝气头、出水蠕动泵和空气压缩机，本发明还包括阳极室、导线和阴极室，进水蠕动泵的进水端通过导管与水箱连接，蠕动进水泵的出水端通过导管与阳极室连接，阳极室、中空纤维膜组件、阴极室并排平行设置，且中空纤维膜组件位于阳极室与阴极室之间，阳极室通过导线与阴极室连接，中空纤维膜组件通过导管与出水蠕动泵的进水端连接，多个曝气头并排平行设置在中空纤维膜组件的下方，每个曝气头均与空气压缩机连接。
本发明的有益效果是：本发明利用产电菌产生的电能减缓膜污染，不仅降低了系统的能耗，而且产生的低电压也不会影响微生物的正常代谢。本发明将膜组件置于微生物燃料电池阳极与阴极之间，即利用微生物燃料电池的内部电场控制膜污染，两极板之间的内电压可以通过改变外部负载的电阻值从而改变大小。本发明中污水首先进入阳极室再进入反应器，由于阳极室是厌氧环境，能对原水中难降解的有机物起到水解酸化的作用，从而提高污水处理效果。本发明操作简单，在控制膜污染的同时提高了污水处理效果及溶解氧利用率，同时又为微生物燃料电池产生的低电能提供了一个简单有效的利用途径。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图，图2是阳极室的整体结构示意图，图3是图2的俯视图，图4是阴极室的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种利用微生物产电减缓膜污染的MBR一体化装置包括水箱1、进水蠕动泵2、中空纤维膜组件5、多个曝气头6、出水蠕动泵8和空气压缩机9，本实施方式还包括阳极室3、导线4和阴极室7，进水蠕动泵2的进水端通过导管与水箱1连接，蠕动进水泵2的出水端通过导管与阳极室3连接，阳极室3、中空纤维膜组件5、阴极室7并排平行设置，且中空纤维膜组件5位于阳极室3与阴极室7之间，阳极室3通过导线4与阴极室7连接，中空纤维膜组件5通过导管与出水蠕动泵8的进水端连接，多个曝气头6并排平行设置在中空纤维膜组件5的下方，每个曝气头6均与空气压缩机9连接。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种利用微生物产电减缓膜污染的MBR一体化装置还包括真空压力表10，真空压力表10设置在中空纤维膜组件5与出水蠕动泵8之间的导管上。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述一种利用微生物产电减缓膜污染的MBR一体化装置的阳极室3包括石墨碳棒3-1、阳极室容器3-3和若干个活性炭颗粒3-5，石墨碳棒3-1插装在阳极室容器3-2内，若干个活性炭颗粒3-3填充在阳极室容器3-2内，阳极室容器3-3朝向阴极室7一侧的侧壁上设有质子交换膜3-4，阳极室容器3-3的底部设有进水口3-6，阳极室容器3-3的顶部设有出水口3-2，阳极室3的出水口3-2与MBR反应器连接。本实施方式中的石墨碳棒3-1直径为6mm，长60mm。本实施方式中将石墨碳棒3-1的一端用防水胶固定在阳极室3的顶部，以保证活性炭颗粒3-5与石墨碳棒3-1稳定接触。启动前，将PEM用过氧化氢煮10min，然后用0.5mol/LH2SO4和1mol/LNaOH各浸泡2h，最后用去离子水浸泡5h备用，阳极室3采用厌氧污泥接种，人工合成废水作为营养物质，接种期间阳极室3采用间歇方式运行，负载电阻为500欧姆。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图3说明本实施方式，本实施方式所述一种利用微生物产电减缓膜污染的MBR一体化装置的阳极室容器3-3的长L为150mm，阳极室容器3-3的宽W为20mm，阳极室容器3-3的高H为180mm。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述一种利用微生物产电减缓膜污染的MBR一体化装置的阳极室容器3-3是有机玻璃制作的。其它组成及连接关系与具体实施方式三或四相同。
具体实施方式六：结合4说明本实施方式，本实施方式所述一种利用微生物产电减缓膜污染的MBR一体化装置的阴极室7包括框架7-1和多个碳刷7-2，多个碳刷7-2并排平行设置在框架7-1内。本实施方式中碳刷7-2没有经过特殊加工，没有贵金属催化剂，而是以附着的好氧微生物作为催化质子、电子与氧气结合的催化剂。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图4说明本实施方式，本实施方式所述一种利用微生物产电减缓膜污染的MBR一体化装置的每个碳刷7-2的直径为2cm，每个碳刷7-2的长为17cm。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图4说明本实施方式，本实施方式所述一种利用微生物产电减缓膜污染的MBR一体化装置的框架7-1是不锈钢制作的。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。
工作原理
水箱1中的废水在进水蠕动泵2抽吸作用下通过进水口3-6进入阳极室3，流量为10ml/min，阳极室3水力停留时间为0.35h，经过阳极室3处理的废水通过出水口3-2进入MBR反应器，反应器尺寸为：长225mm、宽113mm、高430mm，有效体积为7000ml，水力停留时间为8h，出水系统采用出水蠕动泵8抽吸水，真空压力表10检测膜组件的跨膜压力，曝气系统采取空气压缩机9进行曝气，采用气体转子流量计控制气体流量。

Claims (4)

1.一种利用微生物产电减缓膜污染的MBR一体化装置，它包括水箱(1)、进水蠕动泵(2)、阳极室(3)、导线(4)、中空纤维膜组件(5)、多个曝气头(6)、阴极室(7)、出水蠕动泵(8)和空气压缩机(9)，进水蠕动泵(2)的进水端通过导管与水箱(1)连接，进水蠕动泵(2)的出水端通过导管与阳极室(3)连接，阳极室(3)、中空纤维膜组件(5)、阴极室(7)并排平行设置，且中空纤维膜组件(5)位于阳极室(3)与阴极室(7)之间，阳极室(3)通过导线(4)与阴极室(7)连接，中空纤维膜组件(5)通过导管与出水蠕动泵(8)的进水端连接，多个曝气头(6)并排平行设置在中空纤维膜组件(5)的下方，每个曝气头(6)均与空气压缩机(9)连接，其特征在于：阳极室(3)包括石墨碳棒(3-1)、阳极室容器(3-3)和若干个活性炭颗粒(3-5)，石墨碳棒(3-1)插装在阳极室容器(3-3)内，若干个活性炭颗粒(3-5)填充在阳极室容器(3-3)内，阳极室容器(3-3)朝向阴极室(7)一侧的侧壁上设有质子交换膜(3-4)，阳极室容器(3-3)的底部设有进水口(3-6)，阳极室容器(3-3)的顶部设有出水口(3-2)，阳极室(3)的出水口(3-2)与MBR反应器连接。
2.根据权利要求1所述一种利用微生物产电减缓膜污染的MBR一体化装置，其特征在于：所述一种利用微生物产电减缓膜污染的MBR一体化装置还包括真空压力表(10)，真空压力表(10)设置在中空纤维膜组件(5)与出水蠕动泵(8)之间的导管上。
3.根据权利要求1所述一种利用微生物产电减缓膜污染的MBR一体化装置，其特征在于：阳极室容器(3-3)的长(L)为150mm，阳极室容器(3-3)的宽(W)为20mm，阳极室容器(3-3)的高(H)为180mm。
4.根据权利要求1或3所述一种利用微生物产电减缓膜污染的MBR一体化装置，其特征在于：阳极室容器(3-3)是有机玻璃制作的。
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