CN108059250B - 电场强化膜生物污水处理器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种电场强化膜生物污水处理器，该电场强化膜生物污水处理器包括：处理池；设置于所述处理池内沿第一方向依次排列的阳极和阴极，所述阳极包括为析氧电极；设置于所述处理池内的膜组件设置于所述阳极和所述阴极之间；供电模块，与所述阳极和所述阴极电连接。与现有的污水处理装置相比，本发明实施例提供的电场强化膜生物污水处理器可以同时提高经处理的污水的水质和改善膜污染。

Description

电场强化膜生物污水处理器
技术领域
本发明实施例涉及饮用水或污水处理技术，尤其涉及一种电场强化膜生物污水处理器。
背景技术
生活污水是人类生产过程中所产生的污水，是水体的主要污染源，它主要有粪便和洗涤污水。随着社会经济的快速发展以及人口的增加，生活污水的排放越来越大，已成为经济发展和人们生活质量提高的严重阻碍，人们面临着资源性和水质性双重缺水的严峻考验。
膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)作为膜分离与生物技术有机结合的污水处理技术，具有出水水质好、系统处理效率高、负荷率高、结构紧凑占地面积小、便于自动化控制等优点，是一种高效的生物处理技术，在污水处理和回用方面极具发展前景。但由于膜污染会导致膜通量下降，增加膜的清洗和更换频率，直接影响了膜组件的效率和使用寿命，从而已成为膜生物反应器水处理技术推广运用的主要障碍。
发明内容
本发明提供一种电场强化膜生物污水处理器，以实现同时提高污水处理效率和经处理的污水的水质的目的。
本发明实施例提供了一种电场强化膜生物污水处理器，该电场强化膜生物污水处理器包括：
处理池；
设置于所述处理池内沿第一方向依次排列的阳极和阴极，所述阳极为析氧电极；
设置于所述处理池内的膜组件，所述膜组件设置于所述阳极和所述阴极之间；
供电模块，与所述阳极和所述阴极电连接。
进一步地，所述膜组件距所述阴极的距离小于所述膜组件距所述阳极的距离。
进一步地，所述阳极为钛基体钌铱涂层电极或钛基体二氧化锰涂层电极
进一步地，所述阴极为不锈钢电极或石墨电极。
进一步地，所述膜组件为平板膜或帘式中空纤维膜。
进一步地，还包括曝气模块；
所述曝气模块包括导气管和输气单元；
所述导气管一端与所述输气单元的气体输出端连接，另一端伸入到所述处理池中。
进一步地，还包括清水排出模块；
所述清水排出模块包括清水池以及第一导流管；
所述第一导流管一端伸入到所述清水池内，另一端伸入到所述处理池内并与所述膜组件连接。
进一步地，所述清水排出模块还包括水质检测单元，用于检测清水的水质参数。
进一步地，还包括原水供应模块；
所述原水供应模块包括原水箱和第二导流管；
所述第二导流管一端伸入到所述原水箱内，另一端伸入到所述处理池内。
进一步地，所述原水供应模块还包括液位调节单元；
所述液位调节单元连接于所述原水箱和所述第二导流管之间，以调节所述处理池内液位的高度。
本发明实施例通过设置于所述处理池内沿第一方向依次排列的阳极和阴极，其中，所述阳极为析氧电极，解决了目前污水处理设备无法满足污水处理需求的问题，实现了同时提高经处理的污水的水质和改善膜污染的效果。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的电场强化膜生物污水处理器的结构示意图；
图2为本发明实施例二提供的电场强化膜生物污水处理器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的电场强化膜生物污水处理器的结构示意图。参见图1，该电场强化膜生物污水处理器包括：处理池11、设置于处理池11内沿第一方向(图1中X轴方向)依次排列的阳极12、阴极14、设置于处理池11内的膜组件15以及供电模块16。其中，阳极12为析氧电极。膜组件15设置于阳极12和阴极14之间。供电模块16与阳极12和阴极14均电连接，以在阳极12和阴极14之间形成电位差。
本实施例技术方案通过在处理池11内设置沿第一方向(图1中X轴方向)依次排列的阳极12和阴极14，并且设置膜组件15位于阳极12和阴极14之间，实质上是将电场与膜生物反应器有机地整合到同一个处理池11中，形成了一种电场强化技术和膜生物反应器技术有机结合的水处理工艺(eMBR)。
在此装置中，阳极12和阴极14间形成的电场能够产生电催化作用，激活或增强某些酶的活性，刺激细胞生长，调节微生物代谢，从而有效的改变污泥混合液的性能。而且在电场调控下，由于电场对污泥颗粒的极化作用，会使得污泥颗粒在膜组件15的表面堆积并形成疏松多孔的极化滤饼层。处理池11内的液体先经过极化滤饼层后才能到达膜组件15，因此极化滤饼层可以起到过滤的作用并防止小颗粒的物质堵塞膜孔，有利于减缓膜组件15污染。
在上述技术方案中，析氧电极是指该电极附近能够生成氧气的电极。通过设置阳极12为析氧电极，可以增加处理池11内的溶解氧，增强微生物的代谢活性，还可以对处理池11内的液体起到扰动作用，提高污水处理效率。
可选地，阳极为钛基体钌铱涂层电极或钛基体二氧化锰涂层电极。钛基体钌铱涂层电极是指通过在钛基体包覆钌铱涂层而形成的电极。类似地，钛基体二氧化锰涂层电极指通过在钛基体包覆二氧化锰涂层而形成的电极。本实施例技术方案中，钛基体钌铱涂层电极(或钛基体二氧化锰涂层电极)不仅经济性能良好,而且在强酸性电解液以及高电流密度下的使用寿命长,最为重要的是钛基体包覆钌铱涂层电极(或钛基体二氧化锰涂层电极)的析氧电位比析氯电位低，进而抑制阳极Cl2的生成，削弱Cl2对微生物的毒害作用。此外，由于阳极12具有氧化作用，可以进一步降解难生物降解的物质，提升膜组件15的出水水质，此外，阳极12附近还可以产生大量的氧气，增加了处理池11内的溶解氧，增强微生物的代谢活性，还可以对处理池11内的液体起到扰动作用，提高处理效率。
在实际使用过程中，在阴极附近，电解产生的气体能够对膜组件15表面产生清洗的作用。而且在阴极附近还会产生缺氧环境，通过微生物的反硝化作用进一步加强对硝态氮的去除。综上，在电场、氧化、微生物消化吸收等作用的多重复合处理下，能够进一步减缓膜组件15污染以及提升出水水质。
在上述技术方案中，参见图1，可选地，膜组件15距阴极14的距离小于膜组件15距阳极12的距离。这样设置实质是将膜组件15设置于阴极14附近，这样设置的原因有二：一是，膜生物反应器工艺中，污泥絮体和胶体多呈负电性，在电场力的作用下，附着于膜表面的带负电颗粒受到阴极的排斥力而具有向远离膜表面的方向移动的趋势，这种趋势可以降低其对膜组件15膜孔堵塞的可能性以及防止在膜组件15表面形成致密的凝胶层，而使得原本较为紧密粘结的污染层变得疏松；二是，在阴极附近，在电场的作用下会产生氢气。在曝气剪切力和阴极产氢冲刷的作用下，这些不致密污染层更加容易被去除，从而降低了跨膜压差的增长速度，进一步缓解膜污染。研究表明，若该电场强化膜生物污水处理器还包括曝气模块，与曝气模块形成的气泡相比，阴极14处形成的氢气的气泡更加小，其对膜的冲刷作用更剧烈，有利于进一步减缓膜组件15污染。
可选地，阴极可以为不锈钢电极或石墨电极。
在上述技术方案中，可选地，膜组件15为平板膜或帘式中空纤维膜。进一步地，为了使得模组件15具有较佳的过滤性能，膜组件15中膜为微滤膜或超滤膜。
可选地，继续参见图1，该电化学膜生物污水处理器还包括支撑组件20，该支撑组件20与模组件15、第一电极12和第二电极14均相连，以对模组件15、第一电极12和第二电极14的位置进行固定。
实施例二
图2为实施例二提供的电场强化膜生物污水处理器的结构示意图。与实施例一相比，本实施例还包括曝气模块。具体地，参见图2，该电场强化膜生物污水处理器中，曝气模块17包括导气管171和输气单元172。导气管171一端与输气单元172的气体输出端连接，另一端伸入到处理池11中。通过在电场强化膜生物污水处理器中设置曝气模块17，可以在气流的作用下，对处理池11内的液体提供扰动作用并增加处理池11内的溶解氧，不仅有利于促使处理池内的液体与微生物充分接触，以提高污水处理效率。
可选地，该输气单元172为鼓风机或空气压缩机。
为了使得气体对处理池内的液体扰动更加显著，参见图2，可选地，导气管171伸入到处理池11中液体内的部分有多个开口1711，以使处理池11内不同位置都能受到气体的扰动。进一步地，还可以在导气管171和输气单元172之间设置气体流量计173，这样可以帮助工作人员通过气体流量计173所反应的数据判断当前处理池11内气体对液体的扰动情况。
继续参见图2，可选地，该电场强化膜生物污水处理器还可以包括清水排出模块18；该清水排出模块18包括清水池181以及第一导流管182。第一导流管182一端伸入到清水池181内，另一端伸入到处理池11内并与膜组件15连接。这样设置可以使得经过处理的污水(即清水)流入到清水池181内，有助于清水的回收、循环利用。可选地，该清水排出模块18还可以包括水质检测单元，用于检测清水的水质参数。这样设置可以在水质参数达标的情况下，将经过处理的污水(即清水)回收至清水池181，有助于清水的循环利用，以将污水对河道或湖泊等的污染降低到最低。其中，水质参数包括生化需氧量，氨氮、硝酸盐、总磷以及不可生物降解的有毒物质含量等指标。
可选地，继续参见图2，该电场强化膜生物污水处理器还可以包括跨膜压差(TMP)检测单元183。该跨膜压差(TMP)检测单元183与膜组件15相连，用于对膜组件15的透过性能进行检测。
继续参见图2，可选地，还可以在水质检测单元183和第一导流管182之间设置液体流量计185，这样可以帮助工作人员通过液体流量计185所反应的数据判断当前清水从处理池11排出速度。
继续参见图2，可选地，该电场强化膜生物污水处理器还可以包括原水供应模块；原水供应模块包括原水箱191和第二导流管192。第二导流管192一端伸入到原水箱191内，另一端伸入到处理池11内，以根据处理池11污水处理情况及时向处理池11注入原水。这里“原水”是指未经净化处理的污水。
可选地，该原水供应模块还可以包括液位调节单元193，液位调节单元193连接于原水箱191和第二导流管192之间，以调节处理池11内液位的高度，以使处理池11中污水量为处理池11所能处理的最大量，进而提高污水处理效率。
本实施例技术方案将电场与膜生物反应器技术进行一体化组合，不但能够缩短污水处理工艺流程，降解难生物降解的有机物，深度净化水质，而且还能够实现完全自动化运行，具有良好的协同效应。通过电场作用调控污泥性质，优化膜组件过滤性能，在电场、氧化以及微生物消化吸收等多种复合作用下不仅能够减缓膜组件污染又可以提升膜组件出水水质。
本实施例提供的电场强化膜生物污水处理器对于不同种类的污水，可以根据污泥混合液特性、絮体形态以及其与膜表面的响应关系，确定反应装置的最佳反应条件，对污水进行净化处理。
下面结合图2，对该电场强化膜生物污水处理器的调试方法进行详细说明，但不构成对本申请的限制。具体地，参见图2，该电场强化膜生物污水处理器的调试方法包括：
首先，启动供电模块16，运行电场强化膜生物污水处理器，其中，处理池11内电流密度的取值范围为1-300A/cm2，电场强度的取值范围为5-300V/m，处理池11内压力的取值范围为30-100kPa。
需要说明的是，在实际污水处理的过程中，原水的条件(即原水的水质参数)不同，对其进行处理时，电流密度和电场强度的取值不同。在实际进行污水处理时，可以根据原水的条件具体设定。
其次，间隔设定时间，对污泥特性进行检测以及处理池11内水质参数进行检测，直至处理池11内水质达到排放标准。其中，污泥特性包括污泥的形貌、密实度等。检测参数包括生化需氧量，氨氮、硝酸盐、总磷以及不可生物降解的有毒物质等含量，混合液悬浮固体浓度(mixed liquid suspended solids，MLSS)，溶解性微生物产物(Soluble MicrobialProduct，SMP)以及污泥体积指数(SVI)。
最后，记录各项参数，记入设备运行维护记录本。
本实施例的技术优势包括：
第一、电极极板间形成的电场能够产生电催化作用，激活或增强某些酶的活性，刺激细胞生长，调节微生物代谢，从而有效地改善污泥混合液的性能。
第二、在电场作用下，水中带电粒子发生偶极化，致使污泥颗粒沿着电场方向相互聚集增强，利于膜表面堆积并形成疏松多孔的极化滤饼层，极化滤饼层可以起到过滤的作用并防止小颗粒的物质堵塞膜孔，有利于减缓膜污染。
第三、膜组件置于阴极的附近，更加容易污染膜的负电性强的亲水有机物在电场中会向阳极电迁移，远离膜表面，从而避免了其致密的附着而使得滤饼层较为松散，以便于在曝气或反洗条件下脱落而去除，而使得膜污染得到减轻。
第四、在阳极附近，电解产生大量的氧气，会增加了阳极附近区域的溶解氧，提高微生物的代谢活性，还可以对反应池内的液体起到扰动作用，提高污水处理效率。而且阳极还可以将复杂的污染物氧化分解或转化成易生物降解的物质，进一步提升出水水质；此外亲水有机物可被阳极氧化，减弱其极性，降低反应器中污水的膜污染潜势。
第五、由于在阴极附近有氢气产生，可以形成局部的缺氧环境，促进反硝化细菌的反硝化作用，进而进一步促进对硝态氮的去除。
第六、本申请提供的电场强化膜生物污水处理器集合程度高，占地面积小。从低能耗、低污染、高污染物去除率的角度分析，具有运行耗电量低、膜污染发展速率低、出水水质指标好等优点，因此，更适合在实际中推广应用。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种电场强化膜生物污水处理器，其特征在于，包括：
处理池；
设置于所述处理池内沿第一方向依次排列的阳极和阴极，所述阳极为析氧电极，所述阳极为钛基体钌铱涂层电极或钛基体二氧化锰涂层电极，所述阴极为不锈钢电极或石墨电极；
设置于所述处理池内的膜组件，所述膜组件设置于所述阳极和所述阴极之间，所述膜组件为平板膜或帘式中空纤维膜；
所述阳极用于产生氧气，以增加所述处理池内阳极附近的溶解氧；
所述阴极用于产生氢气，以使所述处理池内阴极附近产生缺氧环境，促进反硝化细菌的反硝化作用，且氢气对所述膜组件的冲刷作用减缓膜污染；
供电模块，与所述阳极和所述阴极电连接；
所述膜组件距所述阴极的距离小于所述膜组件距所述阳极的距离，以使负电性强的亲水有机物在电场中向所述阳极电迁移，避免形成致密滤饼层；
还包括跨膜压差检测单元，所述跨膜压差检测单元与所述膜组件相连；
所述处理池内电流密度的取值范围为1A/cm2-300A/cm2，电场强度的取值范围为5V/m-300V/m，所述处理池内压力的取值范围为30kPa-100kPa；
在电场作用下，水中带电粒子发生偶极化，致使污泥颗粒沿着电场方向相互聚集增强，利于膜表面堆积并形成疏松多孔的极化滤饼层。
2.根据权利要求1所述的电场强化膜生物污水处理器，其特征在于，还包括曝气模块；
所述曝气模块包括导气管和输气单元；
所述导气管一端与所述输气单元的气体输出端连接，另一端伸入到所述处理池中。
3.根据权利要求1所述的电场强化膜生物污水处理器，其特征在于，还包括清水排出模块；
所述清水排出模块包括清水池以及第一导流管；
所述第一导流管一端伸入到所述清水池内，另一端伸入到所述处理池内并与所述膜组件连接。
4.根据权利要求3所述的电场强化膜生物污水处理器，其特征在于，所述清水排出模块还包括水质检测单元，用于检测清水的水质参数。
5.根据权利要求1所述的电场强化膜生物污水处理器，其特征在于，还包括原水供应模块；
所述原水供应模块包括原水箱和第二导流管；
所述第二导流管一端伸入到所述原水箱内，另一端伸入到所述处理池内。
6.根据权利要求5所述的电场强化膜生物污水处理器，其特征在于，所述原水供应模块还包括液位调节单元；
所述液位调节单元连接于所述原水箱和所述第二导流管之间，以调节所述处理池内液位的高度。
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