CN102976482B - 一种原位电凝聚膜生物反应器及处理污水的方法 - Google Patents
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Abstract
一种原位电凝聚膜生物反应器及处理污水的方法，本发明属环境工程技术领域。本发明反应器包括内置有帘式膜组件和穿孔曝气管的反应器池体，反应器连接抽吸泵和电磁式空气压缩机，还包括平板筛网式铁电极、可调式直流稳压电源、电控装置；采用上述原位电凝聚膜生物反应器处理污水的方法，按照以下步骤进行：将好氧污泥置于反应器内，将废水注入反应器，反应条件为：溶液溶解氧浓度2~6mg/L，直流电源电压为1~10V，通断电时间比为1:（5~20），电极换向周期为10~60s，反应时间为3~8h。本发明具有结构简单、无需投加化学药剂、运行费用低、操作和管理简单、易于实现自动化控制、效率高、能耗小等优点，可广泛用于生活污水、印染废水、制药废水等处理与回用。
Description
技术领域
本发明属环境工程技术领域，特别涉及一种原位电凝聚膜生物反应器及处理污水的方法。
背景技术
中国是一个水资源贫乏的国家，人均水资源量约为世界水平的四分之一，面临着严重的水资源短缺和水污染问题。随着中国工业化和城市化的快速推进，中国污水排放量逐年增加。根据《2011中国污水处理行业研究报告》，中国2001-2010年间污水排放总量由428.4亿吨增加到617.3亿吨，平均每年增加18.9亿吨。其中工业废水由200.7亿吨增加到237.5亿吨。膜生物反应器作为膜分离与生物技术有机结合的污水处理新技术，具有系统处理效率高、负荷率高、占地面积小，节省空间等优点，是一种高效的生物处理技术和绿色技术，但随着环境标准越来越高，包括膜生物反应器在内的传统生物处理方法难以达到要求，而且膜污染也成为普通膜生物反应器推广应用的主要障碍。
在提高膜生物反应器处理效果方面，国内外采取添加生物促生剂、投加无机化学混凝剂、电催化氧化还原强化、与电凝聚等其他工艺联用等方法，在减缓膜污染等方面，可优化膜生物反应器设计、改进膜材料、调节反应器操作条件、调节混合液性质等均可有效减缓膜污染来实现。
但是各方法也存在一定局限性，比如添加生物促生剂时药剂量较大（约占处理水量的3%左右），成本高昂且操作复杂。直接投加铝盐和铁盐等污泥化学混凝剂药剂投加量大，药品配制复杂，且引入了不必要的负离子，使反应器内部盐度增加；电凝聚-SBR联用工艺特别是采用铁极板时处理效果好、药剂量少，但分体式的电凝聚-SBR联用工艺占地面积大，且仅少量的铁金属离子进入膜生物反应器中，铁离子利用效率低；膜电生物反应器电极制备复杂，难以推广使用等。因此，将需要更高效、节能、次生污染小、处理效果稳定的新技术来促进中国污水处理行业的发展。
发明内容
针对上述问题，本发明是提出一种原位电凝聚膜生物反应器及处理污水的方法，将电凝聚和微生物处理和膜过滤置于一个反应器内来提高污水处理效果，减小膜污染，维持稳定膜通量。
本发明采用以下技术方案：
一种原位电凝聚膜生物反应器，包括内置有帘式膜组件和穿孔曝气管的反应器池体，反应器连接抽吸泵和电磁式空气压缩机，该原位电凝聚膜生物反应器还包括平板筛网式铁电极、可调式直流稳压电源、电控装置；
帘式膜组件位于池体中央，其上表面的出水孔与抽吸泵连接；
平板筛网式铁电极位于帘式膜组件两侧且平行于帘式膜组件，平板筛网式铁电极经导线与可调式直流稳压电源相连接及电控装置相连接；
曝气管位于帘式膜组件下方，穿孔曝气管与电磁式空气压缩机连接。
所述平板筛网式铁电极板间距为5-20cm。
采用上述原位电凝聚膜生物反应器处理污水的方法，按照以下步骤进行：
（1）将好氧污泥置于反应器内，将废水注入反应器，通过液位计控制反应器内水位没过膜组件和铁极板5cm以上；
（2）采用原位电凝聚膜生物反应器处理污水，控制反应条件为：溶液溶解氧浓度2~6mg/L，直流电源电压为1~10V，通断电时间比为1:（5~20），电极换向周期为10~60s，反应时间为3~8h。
所述好氧污泥的浓度为4000~10000mg/L。
平板筛网式铁电极并经导线与可调式直流稳压电源相连接，形成电凝聚电极板；利用直流稳压电源提供低电压，在反应器两个铁极板内形成电场，利用电控装置控制电源电压大小、通断电周期和进行周期换向，通过低电压下铁电极析出的铁离子和微电场促进污泥活性；通过电场和电凝聚作用减少膜污染；电控装置通过控制电压大小和通断时间比，来控制铁离子的溶出速度和电场大小，以实现原位电凝聚膜生物反应器处理不同废水时调整工艺参数。电控装置通过改变电流方向实现防止极板钝化。
监控反应器进出水污染物浓度，溶解氧浓度、出水铁离子浓度、污泥浓度和MLVSS/MLSS等，通过定期排泥、调整曝气量、水力停留时间、电极间距、电极电压、通断时间比等参数维持反应器的长效运行。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果:
利用低电压电凝聚作用产生的铁离子，形成生物铁污泥，并在微电场的作用下增加微生物细胞的通透性，刺激微生物生长，增加反应器中污泥活性和浓度，从而提高反应器处理效果。与此同时，通过电凝聚作用形成的氢氧化铁和氢氧化亚铁絮体，可去除混合液中的胶体和难降解大分子物质，减少有机物对膜孔的堵塞；降低污泥比阻，改善污泥性能，减小膜沉积层阻力；电极间形成电场可以有效改变混合液ζ电位和污泥表面疏水性能，并驱使污泥饼脱离膜表面，从而控制了膜污染。该反应器装置具有结构简单、无需投加化学药剂、运行费用低、操作和管理简单、易于实现自动化控制、效率高、能耗小等优点。
采用本发明装置处理模拟印染污水，与传统的膜生物反应器相比，其COD去除率能提高3-5%，染料去除率可提高15-40%。
附图说明
图1为本发明原位电凝聚膜生物反应器结构示意图。
具体实施方式
一种原位电凝聚膜生物反应器，包括内置有帘式膜组件3和穿孔曝气管5的反应器池体2，反应器连接抽吸泵6和电磁式空气压缩机4，该原位电凝聚膜生物反应器还包括平板筛网式铁电极1、可调式直流稳压电源7、电控装置8；
帘式膜组件3位于池体2中央，其上表面的出水孔与抽吸泵6连接；
平板筛网式铁电极1位于帘式膜组件3两侧且平行于帘式膜组件3，平板筛网式铁电极1经导线9与可调式直流稳压电源相连接7及电控装置8相连接；
曝气管5位于帘式膜组件3下方，穿孔曝气管5与电磁式空气压缩机4连接。
所述平板筛网式铁电极板间距为5-20cm。
平板筛网式铁电极并经导线与可调式直流稳压电源相连接，形成电凝聚电极板；利用直流稳压电源提供低电压，在反应器两个铁极板内形成电场，利用电控装置控制电源电压大小、通断电周期和进行周期换向，通过低电压下铁电极析出的铁离子和微电场促进污泥活性；通过电场和电凝聚作用减少膜污染；电控装置通过控制电压大小和通断时间比，来控制铁离子的溶出速度和电场大小，以实现原位电凝聚膜生物反应器处理不同废水时调整工艺参数。电控装置通过改变电流方向实现防止极板钝化。
实施例1
采用上述原位电凝聚膜生物反应器处理活性艳蓝X-BR模拟印染废水。
反应器尺寸为L×B×H=400mm×200mm×600mm,铁极板L×B为300mm×200mm，有效面积为0.05㎡，极板间距为5cm；膜组件有浙江凯宏膜技术有限公司定制，为PVDF(聚偏氟乙烯)超滤膜，尺寸为200mm×300mm，有效表面积为0.2m2。
使用上述原位电凝聚膜生物反应器的污水处理方法，按照以下步骤进行：
（1）将好氧污泥置于反应器内，污泥浓度在4000 mg/L；将废水注入反应器，原水水质：CODCr 500mg/L，X-BR浓度30mg/L，pH 6.5-7.0水温20°C±2.5℃，通过液位计控制反应器内水位没过膜组件和铁极板5cm以上，
（2）采用原位电凝聚膜生物反应器处理污水，控制反应条件为：溶液溶解氧浓度2mg/L，直流电源电压为10V，通断电时间比为1:10，电极换向周期为10s，反应时间为3h。
在相同条件下和普通膜生物反应器（SMBR）处理效果比较表1所示。
实施例2
采用上述原位电凝聚膜生物反应器处理活性艳蓝X-BR模拟印染废水。
反应器尺寸为L×B×H=400mm×200mm×600mm,铁极板L×B为300mm×200mm，有效面积为0.05㎡，极板间距为5cm；膜组件有浙江凯宏膜技术有限公司定制，为PVDF(聚偏氟乙烯)超滤膜，尺寸为200mm×300mm，有效表面积为0.2m2。
使用上述原位电凝聚膜生物反应器的污水处理方法，按照以下步骤进行：
（1）将好氧污泥置于反应器内，污泥浓度在10000 mg/L；将废水注入反应器，原水水质：CODCr 500mg/L，X-BR浓度30mg/L，pH 6.5-7.0水温20°C±2.5℃，通过液位计控制反应器内水位没过膜组件和铁极板5cm以上，
（2）采用原位电凝聚膜生物反应器处理污水，控制反应条件为：溶液溶解氧浓度6mg/L，直流电源电压为1V，通断电时间比为1:20，电极换向周期为60s，反应时间为6h。
在相同条件下和普通膜生物反应器（SMBR）处理效果比较表1所示。
实施例3
采用上述原位电凝聚膜生物反应器处理活性艳蓝X-BR模拟印染废水。
反应器尺寸为L×B×H=400mm×200mm×600mm,铁极板L×B为300mm×200mm，有效面积为0.05㎡，极板间距为5cm；膜组件有浙江凯宏膜技术有限公司定制，为PVDF(聚偏氟乙烯)超滤膜，尺寸为200mm×300mm，有效表面积为0.2m2。
使用上述原位电凝聚膜生物反应器的污水处理方法，按照以下步骤进行：
（1）将好氧污泥置于反应器内，污泥浓度在5000 mg/L；将废水注入反应器，原水水质：CODCr 500mg/L，X-BR浓度30mg/L，pH 6.5-7.0水温20°C±2.5℃，通过液位计控制反应器内水位没过膜组件和铁极板5cm以上，
（2）采用原位电凝聚膜生物反应器处理污水，控制反应条件为：溶液溶解氧浓度4~5mg/L，直流电源电压为2V，通断电时间比为1:5，电极换向周期为20s，反应时间为8h。
在相同条件下和普通膜生物反应器（SMBR）处理效果比较表1所示。
表1在相同条件下和普通膜生物反应器（SMBR）处理效果比较
在恒定跨膜压差下，膜组件运行8h后，普通膜生物反应器膜通量下降了43.6%；电凝聚膜生物反应器膜通量仅下降了2.5%。
实施例4
采用上述原位电凝聚膜生物反应器处理活性黑KN-B模拟印染废水。
反应器尺寸为L×B×H=400mm×200mm×600mm,铁极板L×B为300mm×200mm，有效面积为0.05㎡，极板间距为5cm；膜组件有浙江凯宏膜技术有限公司定制，为PVDF(聚偏氟乙烯)超滤膜，尺寸为200mm×300mm，有效表面积为0.2m2。
使用上述原位电凝聚膜生物反应器的污水处理方法，按照以下步骤进行：
（1）将好氧污泥置于反应器内，污泥浓度在4000～5000 mg/L；将废水注入反应器，原水水质：CODCr 800±20mg/L，KN-B浓度50mg/L，pH 6.5-7.5，水温20°C±2.5℃，通过液位计控制反应器内水位没过膜组件和铁极板5cm以上，
（2）采用原位电凝聚膜生物反应器处理污水，控制反应条件为：溶液溶解氧浓度4~5mg/L，直流电源电压为4V，通断电时间比为1:5，电极换向周期为40s，反应时间为8h ，
在相同条件下和普通膜生物反应器（SMBR）处理效果比较表1所示
表2在相同条件下和普通膜生物反应器（SMBR）处理效果比较
在恒定跨膜压差下，膜组件运行8h后，普通膜生物反应器膜通量下降了41.6%；电凝聚膜生物反应器膜通量仅下降了2.3%。
Claims (1)
1.一种原位电凝聚膜生物反应器处理污水的方法，其特征在于采用的原位电凝聚膜生物反应器包括内置有帘式膜组件（3）和穿孔曝气管（5）的反应器池体（2），反应器连接抽吸泵（6）和电磁式空气压缩机（4），其特征在于该原位电凝聚膜生物反应器还包括平板筛网式铁电极（1）、可调式直流稳压电源（7）、电控装置（8）；
帘式膜组件（3）位于反应器池体（2）中央，其上表面的出水孔与抽吸泵（6）连接；
平板筛网式铁电极（1）位于帘式膜组件（3）两侧且平行于帘式膜组件（3），平板筛网式铁电极（1）经导线（9）与可调式直流稳压电源（7）及电控装置（8）相连接；
穿孔曝气管（5）位于帘式膜组件（3）下方，穿孔曝气管（5）与电磁式空气压缩机（4）连接；
所述平板筛网式铁电极板间距为5-20cm；方法按照以下步骤进行：
（1）将好氧污泥置于反应器内，将废水注入反应器，通过液位计控制反应器内水位没过膜组件和铁极板5cm以上；所述好氧污泥的浓度为4000~10000mg/L；
（2）采用原位电凝聚膜生物反应器处理污水，控制反应条件为：溶液溶解氧浓度2~4mg/L，直流电源电压为1~4V，通断电时间比为1:（5~20），电极换向周期为10~60s，反应时间为3~8h。
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