CN209128130U - 一种膜生物反应系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种膜生物反应系统，该系统包括：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；活性金属阳极板/棒，与所述阴极陶瓷膜组件相对设置，所述活性金属阳极板/棒作为所述膜生物反应系统的阳电极；搅拌组件，与所述活性金属阳极板/棒相对位置固定。通过上述方式，本申请能够延缓膜污染。

Description

一种膜生物反应系统

技术领域

本申请涉及污水处理领域，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，它是一种将膜分离技术与生物处理单元相结合的污水处理工艺，该工艺相比传统的二沉池而言，其出水水质大幅度提升。

本申请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。

实用新型内容

本申请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，本申请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；活性金属阳极板/棒，与所述阴极陶瓷膜组件相对设置，所述活性金属阳极板/棒作为所述膜生物反应系统的阳电极；搅拌组件，与所述活性金属阳极板/棒相对位置固定。

本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，一方面本申请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，本申请所提供的膜生物反应系统还包括活性金属阳极板/棒和搅拌组件，活性金属阳极板/棒与搅拌组件的位置相对固定，当活性金属阳极板/棒与外部电源的正极连接时，可以电离出正离子，与活性金属阳极板/棒位置相对固定的搅拌组件可以加速正离子的扩散，从而提高电离出的正离子与污水中带负电的污染物发生作用，产生絮凝的速度，从而进一步有效延缓膜污染。

附图说明

图1是本申请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；

图3是图1中活性金属阳极板/棒与搅拌棒一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，图1为本申请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。在一个应用场景中，陶瓷膜组件20的上端102和下端100使用AB胶等材料密封，以使污水无法从其上端102或下端100进入陶瓷膜组件20的内部。在压力的作用下，污水在陶瓷膜组件20外部表面流动，小分子物质穿过陶瓷膜膜组件20的侧壁表面进入孔洞200，而污水中的大分子物质被陶瓷膜膜组件20表面截留，从而达到分离纯化的目的；在另一个应用场景中，可以在陶瓷膜组件20的上端102或者下端100连接出水管道150，以将陶瓷膜组件20内分离纯化后的水排出。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，本申请对此不作限定；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。

活性金属阳极板/棒12，请结合图3，图3为图1中活性金属阳极板/棒与搅拌棒一实施方式的结构示意图，在本实施例中活性金属阳极板/棒12设置有贯穿的通道30，且活性金属阳极板/棒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板/棒12，当然在其他实施例中，也可只相对设置一个，或者更多个；活性金属阳极板/棒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板/棒12电离出正离子；活性金属阳极板/棒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。在另一个实施方式中，为增加电离出的正离子的量，请参阅图3，活性金属阳极板/棒12的表面设置有多个凸部120和/或凹部122，进而增加活性金属板/棒12的表面积，在相同外部条件下，上述凸部120和/或凹部122的设置可以增加电离出的正离子的量，从而使电絮凝发生速度变快，进一步延缓膜污染。本申请中对凸部120和凹部122的形状并无限制，凸部120和凹部122可以是圆滑的弧形(例如，波浪形表面等)，也可是有棱角的三角形(例如，锯齿形表面等)等。

搅拌组件14，与活性金属阳极板/棒12相对位置固定。在一个实施方式中，搅拌组件14包括驱动件140、搅拌棒142和搅拌桨144，搅拌棒142的一端与驱动件140连接，搅拌棒142的另一端与搅拌桨144连接，驱动件140驱动搅拌棒142旋转，进而带动搅拌桨144旋转，搅拌桨144旋转可以加速电离出的正离子的扩散，从而提高电离出的正离子与污水中带负电的污染物发生作用，产生絮凝的速度，从而进一步有效延缓膜污染；其中，搅拌棒142设置于活性金属阳极板/棒12的通道30内，驱动件140和搅拌桨144设置于活性金属阳极板/棒12的外部，且搅拌棒142由非导电材质形成。在本实施例中，驱动件140可以是电机等部件，搅拌桨144的形状可以是市面上常见的任一形状，本申请对此不作限定；搅拌棒142的材质可以是聚四氟乙烯、聚氯乙烯等非导电的材质；在一个应用场景中，活性金属阳极板/棒12的通道30的直径d1大于搅拌棒142的直径d2，从而可以避免搅拌棒142在旋转过程中碰触到活性金属阳极板/棒12的通道30的内壁。当然，在其他实施方式中，搅拌组件14与活性金属阳极板/棒12也可采取其他方式以使其相对位置固定，本申请对此不作限定。例如，搅拌组件14包括至少一个微型电机，活性金属阳极板/棒12包括水平伸出的多个支撑部，微型电机固定于支撑部上。

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16，用于为膜生物反应系统提供电场，其中，直流电源16的负极160与阴极陶瓷膜组件10电连接，直流电源16的正极162与活性金属阳极板/棒12电连接。

反应池18，用于容纳污水，其中，阴极陶瓷膜组件10和活性金属阳极板/棒12均设置在反应池18内。

pH控制组件11用于控制反应池18内所容纳的污水的pH值在5-8之间，当pH值在上述范围外时，活性金属阳极板/棒12会发生钝化，阻止其电离出正离子，从而会降低絮凝的效果，因此，利用pH控制组件11控制反应池18内的pH值显得尤为重要；在本实施例中，pH控制组件11包括：pH计110、进酸组件112、进碱组件114、pH控制器116。

具体地，pH计110的探头A位于反应池18内，用于测量反应池18内所容纳的污水的pH值；在一个应用场景中，pH计110的探头A可以位于反应池18的上半部，当然在其他应用场景中，探头A也可位于反应池18的其他位置，本申请对此不作限定。

进酸组件112包括第一管道1120和位于第一管道1120上的第一阀门B，第一管道1120的一端连接在反应池18内，进酸组件112用于向反应池18提供酸性物质。在一个应用场景中，第一管道1120的一端可以连接到反应池18的下端，从而可以借助搅拌桨144的搅拌作用，将酸性物质与反应池18内的污水混合。在另一个应用场景中，酸性物质可以是以溶液的形式投入到反应池18内。

进碱组件114包括第二管道1140和位于第二管道1140上的第二阀门C，第二管道1140的一端连接在反应池18内，进碱组件114用于向反应池18提供碱性物质。在一个应用场景中，第二管道1140的一端可以连接到反应池18的下端，从而可以借助搅拌桨144的搅拌作用，将碱性物质与反应池18内的污水混合。在另一个应用场景中，碱性物质可以是以溶液或固体的形式投入到反应池18内。

pH控制器116实时接收pH计110所测定的pH值，并根据pH值控制第一阀门B和第二阀门C的通断，进而控制反应池18内所容纳的污水的pH值。在一个应用场景中，pH控制器116与pH计110之间可以电连接也可以电信号连接，pH控制器116与第一阀门B和第二阀门C之间可以电连接也可以电信号连接，本申请对此不作限定。

请继续参阅图1，在其他实施方式中，本申请所提供的膜生物反应系统还包括：

进水组件13，进水组件13包括进水管道130，进水管道130的一端连接在反应池18内，进水管道130的另一端连接在污水源132处，进水组件13用于向反应池18提供待处理的污水；在一个应用场景中，污水源132的位置高于反应池18的位置，进水组件13还包括液位控制器134，液位控制器134连接在进水组件13的一端与反应池18之间，用于控制进入反应池18的待处理的污水的量；在其他应用场景中，进水组件13还包括进水泵或阀门，当液位控制器134检测到当前液位已达到预设进入反应池18的待处理污水的量时，液位控制器134控制进水泵或阀门断开。

出水组件15，出水组件15包括出水管道150，出水管道150的一端连接在反应池18内，出水管道150的另一端连接在出水处152，出水组件15用于将处理后的水排出反应池18；在其他实施例中，上述出水组件15还包括出水泵154和真空压力表156，出水泵154连接在出水管道150的另一端与出水处152之间，用于将处理后的水抽吸出反应池18；真空压力表156连接在出水管道150的一端与出水泵154之间，用于检测出水管道150中液体的压力，在污水处理过程中，在活性金属阳极板/棒12可能会产生CO₂气体，阴极陶瓷膜组件10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150上安装真空压力表156的目的是检测阴极陶瓷膜组件10的运行是否在阈值范围内，避免出现压力过大而产生过多的能源损耗。

时间控制器17，时间控制器17一端与直流电源16连接，另一端与出水泵154连接，时间控制器17在污水处理过程中控制直流电源16和出水泵154同时工作，也就是当时间控制器17控制直流电源16与阴极陶瓷膜组件10电连接时，同时控制出水泵154工作，以便于阴极陶瓷膜组件10起截留作用时，阴极陶瓷膜组件10内的导电材料22也发挥作用排斥污染物质靠近陶瓷膜组件20；当时间控制器17控制直流电源16与阴极陶瓷膜组件10断开电连接时，同时控制出水泵154不工作，以便于对阴极陶瓷膜组件10进行清洗维修，以恢复其通量；在时间控制器17控制直流电源16的过程中，活性金属阳极板/棒12的通断可与阴极陶瓷膜组件10相同，或者活性金属阳极板/棒12可以与直流电源16一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190和曝气管192，其中，曝气管192设置在反应池18的底部，进气管190设置在反应池18的外部，曝气管192用于对反应池18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194和阀门196，气体流量控制器194设置在进气管190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196设置在进气管190中，用于控制进气管190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132中的污水通过进水管道130进入反应池18中，当反应池18中的水位达到液位控制器134控制的液位时，停止向反应池18中进污水；

(B)外部空气通过曝气组件19的进气管190和曝气管192进入污水中，通过气体流量控制器194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)搅拌组件14的驱动件140驱动搅拌棒142旋转，进而带动搅拌桨144旋转；

(D)pH控制器116实时接收pH计110所测量的污水的pH值，并判断该pH值是否在预设范围5-8内，若pH值小于5，则pH控制器116控制第二阀门C打开，外部碱性物质通过第二管道1140进入反应池内；若pH值大于8，则pH控制器116控制第一阀门B打开，外部酸性物质通过第一管道1120进入反应池内；

(E)时间控制器17控制直流电源16与阴极陶瓷膜组件10、活性金属阳极板/棒12和出水泵154电断开，该阶段为阴极陶瓷膜组件10的清洗阶段，例如2min；

(F)时间控制器17直流电源16与阴极陶瓷膜组件10连接，出水泵154开启，此时出水泵154将处理后的一部分上层处理液抽吸至出水处152以排出，此阶段持续第二时间，例如8min；

(G)重复上述步骤E和步骤F，得到处理后的污水。

总而言之，区别于现有技术的情况，一方面本申请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，本申请所提供的膜生物反应系统还包括活性金属阳极板/棒和搅拌组件，活性金属阳极板/棒与搅拌组件的位置相对固定，当活性金属阳极板/棒与外部电源的正极连接时，可以电离出正离子，与活性金属阳极板/棒位置相对固定的搅拌组件可以加速正离子的扩散，从而提高电离出的正离子与污水中带负电的污染物发生作用，产生絮凝的速度，从而进一步有效延缓膜污染。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请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，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (9)

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；

活性金属阳极板/棒，与所述阴极陶瓷膜组件相对设置，所述活性金属阳极板/棒作为所述膜生物反应系统的阳电极；

搅拌组件，与所述活性金属阳极板/棒相对位置固定；

其中，所述活性金属阳极板/棒设置有贯穿的通道；所述搅拌组件包括驱动件、搅拌棒和搅拌桨，所述搅拌棒的一端与所述驱动件连接，所述搅拌棒的另一端与所述搅拌桨连接，所述驱动件驱动所述搅拌棒旋转，进而带动所述搅拌桨旋转；其中，所述搅拌棒设置于所述活性金属阳极板/棒的所述通道内，所述驱动件和所述搅拌桨设置于所述活性金属阳极板/棒的外部，且所述搅拌棒由非导电材质形成。

2.根据权利要求1所述的膜生物反应系统，其特征在于，

所述活性金属阳极板/棒的材料为铁、铝中任一种；

和/或，所述搅拌棒的材料为聚四氟乙烯；

和/或，所述通道的直径大于所述搅拌棒的直径，以使得所述搅拌棒旋转时与所述通道的内壁无接触；

和/或，所述活性金属阳极板/棒的表面设置有多个凸部和/或凹部。

3.根据权利要求1所述的膜生物反应系统，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板/棒电连接；

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板/棒均设置在所述反应池内。

4.根据权利要求3所述的膜生物反应系统，其特征在于，所述系统还包括：pH控制组件，用于控制所述反应池内所容纳的污水的pH值在5-8之间；其中，所述pH控制组件包括：

pH计，所述pH计的探头位于反应池内，用于测量所述反应池内所容纳的污水的pH值；

进酸组件，所述进酸组件包括第一管道和位于所述第一管道上的第一阀门，所述第一管道的一端连接在所述反应池内，所述进酸组件用于向所述反应池提供酸性物质；

进碱组件，所述进碱组件包括第二管道和位于所述第二管道上的第二阀门，所述第二管道的一端连接在所述反应池内，所述进碱组件用于向所述反应池提供碱性物质；

pH控制器，所述pH控制器接收所述pH计所测定的pH值，并根据所述pH值控制所述第一阀门和所述第二阀门的通断，进而控制所述反应池内所容纳的污水的pH值。

5.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；或，所述导电材料包括钛丝；或，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。

6.根据权利要求3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工作，以便于污染物质在电场作用下远离膜表面；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不工作，以便于及时清洗所述阴极陶瓷膜组件，恢复其通量。

9.根据权利要求3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。