CN108726668A - 一种膜生物反应系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种膜生物反应系统，所述系统包括：阴极陶瓷膜组件和活性金属阳极；其中，阴极陶瓷膜组件包括陶瓷膜组件和导电材料，所述导电材料均匀分布在所述陶瓷膜组件的内部中，所述阴极陶瓷膜组件作为所述膜生物反应系统的阴电极，可以与外部电源的负极电连接，进而使所述阴极陶瓷膜组件带上负电荷；活性金属阳极与所述阴极陶瓷膜组件相对设置，所述活性金属阳极作为所述膜生物反应系统的阳电极，可以与所述外部电源的正极电连接，进而使所述活性金属阳极电离出正离子。通过上述方式，本发明所提供的实施能够延缓膜污染。

Description

一种膜生物反应系统
技术领域
本发明涉及污水处理领域，特别是涉及一种膜生物反应系统。
背景技术
污水处理是指为使污水达到某一水体或再次使用的水质要求而对其进行净化的过程。污水处理的方法主要包括物理、化学和生物方法。
在利用生物方法处理污水时，有一种新型、高效的污水处理技术：膜生物反应器，它是将多孔膜材料的过滤作用与活性污泥法相结合的技术，利用膜分离作用取代传统二沉池的泥水分离过程，使得出水水质大幅度提升，甚至可满足中水回用标准，实现污水资源化。
本发明的发明人在长期研究过程中发现，上述膜生物反应器存在膜易污染的问题，而膜污染又会导致后续膜通量下降、膜运行周期缩短、膜工艺运行成本增高等问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种膜生物反应系统，能够延缓膜污染。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种膜生物反应系统，所述系统包括：阴极陶瓷膜组件，包括陶瓷膜组件和导电材料，所述导电材料均匀分布在所述陶瓷膜组件的内部中，所述阴极陶瓷膜组件作为所述膜生物反应系统的阴电极，可以与外部电源的负极电连接，进而使所述阴极陶瓷膜组件带上负电荷；活性金属阳极，与所述阴极陶瓷膜组件相对设置，所述活性金属阳极作为所述膜生物反应系统的阳电极，可以与所述外部电源的正极电连接，进而使所述活性金属阳极电离出正离子。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，一方面本发明所提供的膜生物反应系统包括阴极陶瓷膜组件，阴极陶瓷膜组件包括陶瓷膜组件和均匀分布在其内部的导电材料，当阴极陶瓷膜组件与外部电源的负极连接时，可以使阴极陶瓷膜组件带上负电荷，进而可以在污水处理过程中使污水中带负电的物质远离陶瓷膜组件的表面，从而有效延缓膜污染；另一方面，本发明所提供的膜生物反应系统还包括活性金属阳极，与外部电源的正极连接时，可以电离出正离子，进而可以使污水中带负电的污染物絮凝，从而有效延缓膜污染。
附图说明
图1是本发明膜生物反应系统一实施方式的结构示意图；
图2是图1中阴极陶瓷膜组件一实施方式的俯视结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1，图1为本发明膜生物反应系统一实施方式的结构示意图，该系统包括：
阴极陶瓷膜组件10，请结合图2，图2为阴极陶瓷膜组件一实施方式的俯视结构示意图；该阴极陶瓷膜组件10包括陶瓷膜组件20和导电材料22；其中，陶瓷膜组件20为平板陶瓷膜组件或管式陶瓷膜组件，其主体材料为Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2、SiC等无机材料，具有化学稳定性好、耐酸碱、耐高温、机械强度大、使用寿命长等优点；陶瓷膜组件20一般均匀设置有多个孔洞200，在压力的作用下，污水在陶瓷膜组件20的孔洞200内部或外部流动，小分子物质穿过孔洞200，而污水中的大分子物质被孔洞200截留，从而达到分离纯化的目的；导电材料22的材质为金属，例如金属钛丝等，导电材料22均匀分布在陶瓷膜组件20的内部中，具体地，陶瓷膜组件20的孔洞200的直径大于导电材料22的直径，导电材料22均匀穿插在多个孔洞200中，如图2所示，导电材料22可以穿插在陶瓷膜组件20的外围的孔洞200中，也可以穿插在陶瓷膜组件20内侧的孔洞200中，还可以穿插在全部的孔洞200中；另外，一个孔洞200中可以穿插一根导电材料22，也可以同时穿插至少两根导电材料22，本发明对此不作限定；上述阴极陶瓷膜组件10可以作为膜生物反应系统的阴电极，当与外部电源的负极电连接，由于内部导电材料22的存在，可以使阴极陶瓷膜组件10带上负电荷；由于膜污染物的主要来源是污泥絮体、溶解性微生物产物、生物聚集体以及胞外聚合物，这些物质一般带有负电，因此当阴极陶瓷膜组件10显负电性时，可以通过静电排斥的方式将上述膜污染物推离膜表面，进而延缓膜污染；当上述阴极陶瓷膜组件10需要进行清洗时，可先将导电材料22从孔洞200内取出，再对陶瓷膜组件20进行清洗，操作简便。
活性金属阳极12，与阴极陶瓷膜组件10相对设置，如图1所示，在本实施例中，可以在阴极陶瓷膜组件10的两侧分别设置两个活性金属阳极12，当然在其他实施例中，也可只相对设置一个，或者更多个；活性金属阳极12作为膜生物反应系统的阳电极，可以与外部电源的正极电连接，进而使活性金属阳极12电离出正离子；活性金属阳极12的材料为铁、铝中任一种，以铁为例，当其作为膜生物反应系统的阳电极时，在电流的作用下会电离出正离子Fe2+和/或Fe3+，电离出的正离子Fe2+和/或Fe3+进而与污水中带负电的膜污染物结合，使膜污染物凝聚甚至沉淀，进而延缓膜污染。
在实际处理污水过程中，请继续参阅图1，上述膜生物反应系统还包括：
直流电源14，用于为膜生物反应系统提供电场，其中，直流电源14的负极141与阴极陶瓷膜组件10电连接，直流电源14的正极142与活性金属阳极12电连接。
反应池16，用于容纳污水，其中，阴极陶瓷膜组件10和活性金属阳极12均设置在反应池16内。
进水组件18，进水组件18包括进水管道181，进水管道181的一端连接在反应池16内，进水管道181的另一端连接在污水源11处，进水组件18用于向反应池16提供待处理的污水；在一个应用场景中，污水源11的位置高于反应池16的位置，进水组件18还包括液位控制器182，液位控制器182连接在进水组件18的一端与反应池16之间，用于控制进入反应池16的待处理的污水的量；在其他应用场景中，进水组件18还包括进水泵或阀门，当液位控制器182检测到当前液位已达到预设进入反应池16的待处理污水的量时，液位控制器182控制进水泵或阀门断开。
出水组件13，出水组件13包括出水管道131，出水管道131的一端连接在反应池16内，出水管道131的另一端连接在出水处15，出水组件13用于将处理后的水排出反应池16；在其他实施例中，上述出水组件13还包括出水泵132和真空压力表133，出水泵132连接在出水管道131的另一端与出水处15之间，用于将处理后的水抽吸出反应池16；真空压力表133连接在出水管道131的一端与出水泵132之间，用于检测出水管道中131气体的压力，在污水处理过程中，在活性金属阳极可能会产生CO2气体，阴极可能会产生H2O2和N2气体，上述产生的气体会有部分溶解在水中，在出水管道131上安装真空压力表133的目的是检测出水中气体压力是否在阈值范围内，避免出现压力过大而产生安全隐患。
时间控制器17，时间控制器17一端与直流电源14连接，另一端与出水泵132连接，时间控制器17在污水处理过程中控制直流电源14和出水泵132交替工作，也就是当时间控制器17控制直流电源14与阴极陶瓷膜组件10电连接时，同时控制出水泵132不工作，以便于污水充分地被处理；当时间控制器17控制直流电源14与阴极陶瓷膜组件10断开电连接时，同时控制出水泵132工作，以便于及时排出处理后的水；在时间控制器17控制直流电源14的过程中，活性金属阳极12的通断可与阴极陶瓷膜组件10相同，或者活性金属阳极12可以与直流电源14一直处于电连接的状态。
曝气组件19，曝气组件19包括相互连接的进气管191和曝气管192，其中，曝气管192设置在反应池16的底部，进气管191设置在反应池16的外部，曝气管192用于对反应池16中的污水进行曝气，以使污水中的溶解氧含量在预设范围内，例如可以控制污水中溶解氧含量处于4.0-5.0mg/L，以使污水处理过程处于好氧状态；在其他实施例中，上述曝气组件19还包括气体流量控制器193和阀门194，气体流量控制器193设置在进气管191中，用于控制进入曝气管192内的气体的流量,一般进气可以是空气；阀门194设置在进气管191中，用于控制进气管191的通断。
下面，请继续参阅图1，将就一个具体的应用场景，对上述膜生物反应系统的工作过程做详细介绍。
(A)污水源11中的污水通过进水管道181进入反应池16中，当反应池16中的水位达到液位控制器182控制的液位时，停止向反应池16中进污水；
(B)外部空气通过曝气组件19的的进气管191和曝气管192进入污水中，通过气体流量控制器193控制进入曝气管192内的气体流量，以控制污水中的溶解氧含量在4.0±0.5mg/L，使整个污水处理过程处于好氧环境；
(C)时间控制器17控制直流电源14与阴极陶瓷膜组件10和活性金属阳极12电连接、出水泵132断开，该阶段为污水处理阶段且持续第一时间，例如2min；
(D)时间控制器17直流电源14与阴极陶瓷膜组件10断开，出水泵132开启，此时出水泵132将处理后的一部分上层处理液抽吸至出水处15以排出，此阶段持续第二时间，例如8min；
(E)重复上述步骤C和步骤D，直至反应室16内的污水处理完毕。
总而言之，区别于现有技术的情况，一方面本发明所提供的膜生物反应系统包括阴极陶瓷膜组件，阴极陶瓷膜组件包括陶瓷膜组件和均匀分布在其内部的导电材料，当阴极陶瓷膜组件与外部电源的负极连接时，可以使阴极陶瓷膜组件带上负电荷，进而可以在污水处理过程中使污水中带负电的物质远离陶瓷膜组件的表面，从而有效延缓膜污染；另一方面，本发明所提供的膜生物反应系统还包括活性金属阳极，与外部电源的正极连接时，可以电离出正离子，进而可以使污水中带负电的污染物絮凝，从而有效延缓膜污染。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种膜生物反应系统，其特征在于，所述系统包括：
阴极陶瓷膜组件，包括陶瓷膜组件和导电材料，所述导电材料均匀分布在所述陶瓷膜组件的内部中，所述阴极陶瓷膜组件作为所述膜生物反应系统的阴电极，可以与外部电源的负极电连接，进而使所述阴极陶瓷膜组件带上负电荷；
活性金属阳极，与所述阴极陶瓷膜组件相对设置，所述活性金属阳极作为所述膜生物反应系统的阳电极，可以与所述外部电源的正极电连接，进而使所述活性金属阳极电离出正离子。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述陶瓷膜组件为平板陶瓷膜组件或管式陶瓷膜组件；所述导电材料为金属。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述陶瓷膜组件均匀设置有多个孔洞，所述孔洞的直径大于所述导电材料的直径，所述导电材料均匀穿插在所述多个孔洞中。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述活性金属阳极的材料为铁、铝中任一种，所述导电材料为钛丝。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
直流电源，用于为所述膜生物反应系统提供电场，其中，所述直流电源的负极与所述阴极陶瓷膜组件电连接，所述直流电源的正极与所述活性金属阳极电连接；
反应池，用于容纳污水，其中，所述阴极陶瓷膜组件和所述活性金属阳极均设置在所述反应池内。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
进水组件，所述进水组件包括进水管道，所述进水管道的一端连接在所述反应池内，所述进水管道的另一端连接在污水源处，所述进水组件用于向所述反应池提供待处理的污水；
出水组件，所述出水组件包括出水管道，所述出水管道的一端连接在所述反应池内，所述出水管道的另一端连接在出水处，所述出水组件用于将处理后的水排出所述反应池。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，
所述污水源的位置高于所述反应池的位置，所述进水组件还包括液位控制器，所述液位控制器连接在所述进水组件的一端与所述反应池之间，用于控制进入所述反应池的所述待处理的污水的量；
所述出水组件还包括出水泵和真空压力表，所述出水泵连接在所述出水管道的另一端与所述出水处之间，所述真空压力表连接在所述出水管道的一端与所述出水泵之间。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述系统还包括时间控制器，所述时间控制器一端与所述直流电源连接，另一端与所述出水泵连接，当所述时间控制器控制所述直流电源与所述阴极陶瓷膜组件电连接时，同时控制所述出水泵不工作，以便于污水充分地被处理；当所述时间控制器控制所述直流电源与所述阴极陶瓷膜组件断开电连接时，同时控制所述出水泵工作，以便于及时排出处理后的水。
9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
曝气组件，所述曝气组件包括相互连接的进气管和曝气管，所述曝气管设置在所述反应池的底部，所述进气管设置在所述反应池的外部，所述曝气管用于对所述反应池中的污水进行曝气，以使所述污水中的溶解氧含量在预设范围内。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述曝气组件还包括：
气体流量控制器，设置在所述进气管中，用于控制进入所述曝气管内的气体的流量。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181102

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