CN113526782A - 一种铁电极耦合厌氧颗粒污泥膜生物反应器 - Google Patents

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李哲
李涛
唐敏
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Abstract

本发明公开了一种铁电极耦合厌氧颗粒污泥膜生物反应器，包括反应器本体，反应器本体由下至上依次设置有颗粒污泥床和澄清液，澄清液中正相对设置有铁负极和金属网正极，反应器本体对应澄清液的侧壁连通有出水管。加入纯铁负极和内置中空纤维膜组件外部包裹的钛网正极并外接电源进行电离，使铁电离出Fe2+，Fe2+具有很强的絮凝作用，减少澄清液中悬浮污泥含量，释出的二价铁能连接各种阴离子氢氧根，酸根，硫酸根，磷酸根离子等形成大的絮凝污泥，降低可溶性蛋白和多糖并转化为固体化的胞外高聚物，减少孔径阻塞以及减少高强度附着的泥饼层形成，因此不可逆的膜污染会减少。

Description

一种铁电极耦合厌氧颗粒污泥膜生物反应器
技术领域
本发明属于污水治理设备的技术领域，特别是涉及一种铁电极耦合厌氧颗粒污泥膜生物反应器。
背景技术
目前城镇污水处理工艺采用传统的好氧活性污泥法，这种传统工艺占地面积大，消耗大量能量用于曝气，排放大量二氧化碳加剧温室效应，同时需投加大量化学药剂，是一种低资源回收的工艺。随着人口增长，市政污水的排放量逐年增加，由于城镇污水是重要的可再生资源，目前城镇污水处理的新理念从污染物去除逐渐转化为污水资源化，从污水中回收资源和能源，这是解决城市水危机和能源紧缺的重要手段。厌氧膜生物反应器是一种高效的新型污水处理能源回收技术，结合了厌氧甲烷能源回收技术和膜分离技术，具有出水水质好，高效截留产甲烷菌的特点。厌氧膜生物反应器处理城镇污水依然存在技术瓶颈，主要是由于进水COD浓度低，因此微生物活性低，能源回收效率低，另外厌氧膜污染严重，出水通量小，膜污染能耗高，需要频繁化学清洗，膜寿命短。内置式厌氧颗粒污泥膜生物反应器与其他传统厌氧膜生物反应器相比具有负荷高，能耗小，占地面积小等优势。但是对于内置式厌氧颗粒污泥膜生物反应器，由于膜的引入，絮凝污泥不能够被选择性洗出而停留在反应器中与颗粒污泥形成竞争抢夺有限的COD(市政污水COD浓度低100-200mg/L，有机负荷也低)，从而影响厌氧颗粒污泥的生长，甚至会导致其破碎粒径变小，颗粒污泥床沉降性能变差，最终影响处理效果。除此之外，由于颗粒污泥床沉降性能变差，会导致污泥上清液性质也会变差，总悬浮物浓度增大，絮凝污泥累计，可溶性微生物(SMP)和胞外聚合物(EPS)增大，导致快速膜污染。
由于污水进入后向上具有很强的冲击剪切力，容易冲散蓄积的污泥床和颗粒污泥，然后冲散的部分颗粒污泥和微生物随着清水上浮不仅流失微生物，冲散后的微生物和颗粒污泥失去应有的降解效率。冲散的污泥容易吸附在中空纤维膜上降低膜通率。因此，本发明主要解决的是颗粒污泥成团稳定差，反应器中由下至上始终存在冲击水流，导致颗粒污泥容易散开并降低活性的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种铁电极耦合厌氧颗粒污泥膜生物反应器，强化处理市政污水处理系统，该系统电场促进厌氧消化提高去除效率，甲烷产量以及不利条件，如低温、低负荷等情况下维持系统稳定性，同时电场作用可减缓膜污染，电场释铁能帮助促进产甲烷菌生长和富集，帮助保持颗粒污泥的颗粒化，从而维持系统处理效果和产甲烷量，同时减缓膜污染。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种铁电极耦合厌氧颗粒污泥膜生物反应器，包括反应器本体，所述反应器本体的下端连通有污水管，所述反应器本体的上端设置有排气管；
所述反应器本体由下至上依次设置有颗粒污泥床和澄清液；
所述澄清液中正相对设置有铁负极和金属网正极，所述铁负极和金属网正极之间串接有电源；
所述反应器本体对应澄清液的侧壁连通有出水管。
进一步地，所述金属网正极的内部套接有中空纤维膜，所述出水管穿过反应器本体侧壁并对应连通中空纤维膜。
进一步地，所述铁负极和金属网正极之间还串接有调节电阻。
进一步地，所述澄清液对应正负电极的下方设置有曝气器，所述曝气器与排气管连通，所述曝气管与排气管之间串接有风机。
进一步地，所述颗粒污泥床由颗粒活性炭组成。
进一步地，所述澄清液与反应器本体的下端之间还连接有回流管。
本发明具有以下有益效果：
(1)这里为了避免颗粒污泥的破散，通过加入铁负极和金属网正极并外接电源进行电离，使铁电离出Fe2+，Fe2+具有很强的絮凝作用，减少澄清液中悬浮的污泥含量；释出的二价铁能连接各种阴离子氢氧根，酸根，硫酸根，磷酸根离子等形成大的絮凝污泥，降低可溶性蛋白和多糖并转化为固体化的胞外高聚物，减少孔径阻塞以及减少高强度附着的泥饼层形成，因此不可逆的膜污染会减少。
(2)电场作用可改变膜附近混合液/上清液的污泥性质膜附近混合液胞外高聚物蛋白含量会降低，二价铁可以降低微生物间静电斥力，零价铁以及二价铁可以帮助保持良好的低氧化还原电位，促进产甲烷菌的富集并蓄积成团。
(3)把膜作为阴极，在电场作用下膜可与带有阴离子官能团的膜污染物形成排斥作用，减少其附着在膜表面。电场能加快离子迁移速度，加快释铁，中和酸，为产甲烷菌提供有利的生存环境。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：本发明结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
反应器本体1、污水管11、排气管5、颗粒污泥床2、澄清液3、铁负极31、金属网正极32、电源33、出水管36、中空纤维膜35、调节电阻34、曝气器4、风机51、颗粒活性炭21、回流管6。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示：一种铁电极耦合厌氧颗粒污泥膜生物反应器，包括反应器本体1，圆筒状并竖直放置，所述反应器本体1的下端连通有污水管11，所述反应器本体1的上端设置有排气管5；用于排出反应产生的甲烷气体，该处理装置为厌氧发酵处理装置，反应产生甲烷等气体。
所述反应器本体1由下至上依次设置有颗粒污泥床2和澄清液3；
所述澄清液3中正相对设置有铁负极31和金属网正极32，所述铁负极31和金属网正极32之间串接有电源33；纯铁表示为0价铁，金属网为钛网。电压控制在1.2V。
所述反应器本体1对应澄清液3的侧壁连通有出水管36。
本发明为厌氧微生物发酵处理器，污水进入反应器本体的下端后经由颗粒污泥床进行发酵，发酵后产生甲烷等气体上浮，同时降解后的澄清液在上层，由于气体上浮过程和进水口的水流冲击作用会冲散颗粒污泥床中的颗粒，导致污泥颗粒的团聚程度低，菌种死亡率和流失率较高，经过一段时间后微生物的发酵效率大幅下降。
这里为了避免颗粒污泥的破散，通过加入铁负极和金属网正极并外接电源进行电离，使铁电离出Fe2+，Fe2+具有很强的絮凝作用，减少澄清液中悬浮的污泥含量；释出的二价铁能连接各种阴离子氢氧根，酸根，硫酸根，磷酸根离子等形成大的絮凝污泥，降低可溶性蛋白和多糖并转化为固体化的胞外高聚物，减少孔径阻塞以及减少高强度附着的泥饼层形成，因此不可逆的膜污染会减少。
此外，电场作用可改变膜附近混合液/上清液的污泥性质膜附近混合液胞外高聚物蛋白含量会降低，二价铁可以降低微生物间静电斥力，零价铁以及二价铁可以帮助保持良好的低氧化还原电位，促进产甲烷菌的富集并蓄积成团。
把膜作为阴极，在电场作用下膜可与带有阴离子官能团的膜污染物形成排斥作用，减少其附着在膜表面。电场能加快离子迁移速度，加快释铁，中和酸，为产甲烷菌提供有利的生存环境。
如图1所示：所述金属网正极32的内部套接有中空纤维膜35，所述出水管36穿过反应器本体1侧壁并对应连通中空纤维膜35。所述出水管串接有水泵，提高水压。另外在金属网正极中加入中空纤维膜用于过滤出水，过滤的目标物包括营养物质、微生物和污泥碎渣，其中过滤营养物质有利于提高澄清液中养分含量，有利于微生物的生长，而经过Fe2+的絮凝作用，大大降低污泥碎渣的含量，减轻膜污染。
如图1所示：所述铁负极31和金属网正极32之间还串接有调节电阻34。用于调节正负极之间的电压。
如图1所示：所述澄清液3对应正负电极的下方设置有曝气器4，所述曝气器4与排气管5连通，所述曝气管4与排气管5之间串接有风机51。使排出去的气体一部分重利用，利用风机增压后返回澄清液中进行曝气，提高微生物发酵，同时该部分气体中不含有氧气，不会对厌氧菌的活性产生影响。
二价铁释出会改变膜周边混合液性质，使得混合液粒径由胶体向颗粒方向增大，不容易导致膜孔径的阻塞。而是在膜表面形成酥松的泥饼层，微量曝气可将其吹脱。
如图1所示：所述颗粒污泥床2由颗粒活性炭21组成。吸附生长有厌氧微生物。
如图1所示：所述澄清液3与反应器本体1的下端之间还连接有回流管6。回流管上端的连接处位于正负电机的上方，用于将澄清液再次回流，二次发酵并过滤，使水体中养分含量进一步减少，另外澄清液中养分含量高，回流后有利于厌氧菌的活性提高。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种铁电极耦合厌氧颗粒污泥膜生物反应器，其特征在于：
包括反应器本体(1)，所述反应器本体(1)的下端连通有污水管(11)，所述反应器本体(1)的上端设置有排气管(5)；
所述反应器本体(1)由下至上依次设置有颗粒污泥床(2)和澄清液(3)；
所述澄清液(3)中正相对设置有铁负极(31)和金属网正极(32)，所述铁负极(31)和金属网正极(32)之间串接有电源(33)；
所述反应器本体(1)对应澄清液(3)的侧壁连通有出水管(36)。
2.根据权利要求1所述一种铁电极耦合厌氧颗粒污泥膜生物反应器，其特征在于：所述金属网正极(32)的内部套接有中空纤维膜(35)，所述出水管(36)穿过反应器本体(1)侧壁并对应连通中空纤维膜(35)。
3.根据权利要求1所述一种铁电极耦合厌氧颗粒污泥膜生物反应器，其特征在于：所述铁负极(31)和金属网正极(32)之间还串接有调节电阻(34)。
4.根据权利要求1所述一种铁电极耦合厌氧颗粒污泥膜生物反应器，其特征在于：所述澄清液(3)对应正负电极的下方设置有曝气器(4)，所述曝气器(4)与排气管(5)连通，所述曝气管(4)与排气管(5)之间串接有风机(51)。
5.根据权利要求1所述一种铁电极耦合厌氧颗粒污泥膜生物反应器，其特征在于：所述颗粒污泥床(2)由颗粒活性炭(21)组成。
6.根据权利要求1所述一种铁电极耦合厌氧颗粒污泥膜生物反应器，其特征在于：所述澄清液(3)与反应器本体(1)的下端之间还连接有回流管(6)。
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