專利名稱：一種原位電凝聚膜生物反應(yīng)器及處理污水的方法
一種原位電凝聚膜生物反應(yīng)器及處理污水的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種原位電凝聚膜生物反應(yīng)器及處理污水的方法。
背景技術(shù)：
中國(guó)是一個(gè)水資源貧乏的國(guó)家，人均水資源量約為世界水平的四分之一，面臨著嚴(yán)重的水資源短缺和水污染問題。隨著中國(guó)工業(yè)化和城市化的快速推進(jìn)，中國(guó)污水排放量逐年增加。根據(jù)《2011中國(guó)污水處理行業(yè)研究報(bào)告》，中國(guó)2001-2010年間污水排放總量由 428. 4億噸增加到617. 3億噸，平均每年增加18. 9億噸。其中工業(yè)廢水由200. 7億噸增加到237. 5億噸。膜生物反應(yīng)器作為膜分離與生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合的污水處理新技術(shù)，具有系統(tǒng)處理效率聞、負(fù)荷率聞、占地面積小，節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)，是一種聞效的生物處理技術(shù)和綠色技術(shù)，但隨著環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高，包括膜生物反應(yīng)器在內(nèi)的傳統(tǒng)生物處理方法難以達(dá)到要求，而且膜污染也成為普通膜生物反應(yīng)器推廣應(yīng)用的主要障礙。
在提高膜生物反應(yīng)器處理效果方面，國(guó)內(nèi)外采取添加生物促生劑、投加無(wú)機(jī)化學(xué)混凝劑、電催化氧化還原強(qiáng)化、與電凝聚等其他工藝聯(lián)用等方法，在減緩膜污染等方面，可優(yōu)化膜生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)、改進(jìn)膜材料、調(diào)節(jié)反應(yīng)器操作條件、調(diào)節(jié)混合液性質(zhì)等均可有效減緩膜污染來(lái)實(shí)現(xiàn)。
但是各方法也存在一定局限性，比如添加生物促生劑時(shí)藥劑量較大(約占處理水量的3%左右)，成本高昂且操作復(fù)雜。直接投加鋁鹽和鐵鹽等污泥化學(xué)混凝劑藥劑投加量大，藥品配制復(fù)雜，且引入了不必要的負(fù)離子，使反應(yīng)器內(nèi)部鹽度增加；電凝聚-SBR聯(lián)用工藝特別是采用鐵極板時(shí)處理效果好、藥劑量少，但分體式的電凝聚-SBR聯(lián)用工藝占地面積大，且僅少量的鐵金屬離子進(jìn)入膜生物反應(yīng)器中，鐵離子利用效率低；膜電生物反應(yīng)器電極制備復(fù)雜，難以推廣使用等。因此，將需要更高效、節(jié)能、次生污染小、處理效果穩(wěn)定的新技術(shù)來(lái)促進(jìn)中國(guó)污水處理行業(yè)的發(fā)展。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明是提出一種原位電凝聚膜生物反應(yīng)器及處理污水的方法， 將電凝聚和微生物處理和膜過濾置于一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)來(lái)提高污水處理效果，減小膜污染，維持穩(wěn)定膜通量。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種原位電凝聚膜生物反應(yīng)器，包括內(nèi)置有簾式膜組件和穿孔曝氣管的反應(yīng)器池體， 反應(yīng)器連接抽吸泵和電磁式空氣壓縮機(jī)，該原位電凝聚膜生物反應(yīng)器還包括平板篩網(wǎng)式鐵電極、可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源、電控裝置；簾式膜組件位于池體中央，其上表面的出水孔與抽吸泵連接；平板篩網(wǎng)式鐵電極位于簾式膜組件兩側(cè)且平行于簾式膜組件，平板篩網(wǎng)式鐵電極經(jīng)導(dǎo)線與可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源相連接及電控裝置相連接；曝氣管位于簾式膜組件下方，穿孔曝氣管與電磁式空氣壓縮機(jī)連接。所述平板篩網(wǎng)式鐵電極板間距為5-20cm。采用上述原位電凝聚膜生物反應(yīng)器處理污水的方法，按照以下步驟進(jìn)行
(1)將好氧污泥置于反應(yīng)器內(nèi)，將廢水注入反應(yīng)器，通過液位計(jì)控制反應(yīng)器內(nèi)水位沒過膜組件和鐵極板5cm以上；
(2)采用原位電凝聚膜生物反應(yīng)器處理污水，控制反應(yīng)條件為溶液溶解氧濃度2 6mg/L，直流電源電壓為1 10V，通斷電時(shí)間比為I: (5 20)，電極換向周期為l(T60s，反應(yīng)時(shí)間為3 8h。所述好氧污泥的濃度為400(Tl0000mg/L。平板篩網(wǎng)式鐵電極并經(jīng)導(dǎo)線與可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源相連接，形成電凝聚電極板；利用直流穩(wěn)壓電源提供低電壓，在反應(yīng)器兩個(gè)鐵極板內(nèi)形成電場(chǎng)，利用電控裝置控制電源電壓大小、通斷電周期和進(jìn)行周期換向，通過低電壓下鐵電極析出的鐵離子和微電場(chǎng)促進(jìn)污泥活性；通過電場(chǎng)和電凝聚作用減少膜污染；電控裝置通過控制電壓大小和通斷時(shí)間t匕，來(lái)控制鐵離子的溶出速度和電場(chǎng)大小，以實(shí)現(xiàn)原位電凝聚膜生物反應(yīng)器處理不同廢水時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)。電控裝置通過改變電流方向?qū)崿F(xiàn)防止極板鈍化。監(jiān)控反應(yīng)器進(jìn)出水污染物濃度,溶解氧濃度、出水鐵離子濃度、污泥濃度和MLVSS/MLSS等，通過定期排泥、調(diào)整曝氣量、水力停留時(shí)間、電極間距、電極電壓、通斷時(shí)間比等參數(shù)維持反應(yīng)器的長(zhǎng)效運(yùn)行。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果
利用低電壓電凝聚作用產(chǎn)生的鐵離子，形成生物鐵污泥，并在微電場(chǎng)的作用下增加微生物細(xì)胞的通透性，刺激微生物生長(zhǎng)，增加反應(yīng)器中污泥活性和濃度，從而提高反應(yīng)器處理效果。與此同時(shí)，通過電凝聚作用形成的氫氧化鐵和氫氧化亞鐵絮體，可去除混合液中的膠體和難降解大分子物質(zhì)，減少有機(jī)物對(duì)膜孔的堵塞；降低污泥比阻，改善污泥性能，減小膜沉積層阻力；電極間形成電場(chǎng)可以有效改變混合液 電位和污泥表面疏水性能，并驅(qū)使污泥餅脫離膜表面，從而控制了膜污染。該反應(yīng)器裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需投加化學(xué)藥劑、運(yùn)行費(fèi)用低、操作和管理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制、效率高、能耗小等優(yōu)點(diǎn)。采用本發(fā)明裝置處理模擬印染污水，與傳統(tǒng)的膜生物反應(yīng)器相比，其COD去除率能提高3-5%，染料去除率可提高15-40%。


圖I為本發(fā)明原位電凝聚膜生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式一種原位電凝聚膜生物反應(yīng)器，包括內(nèi)置有簾式膜組件3和穿孔曝氣管5的反應(yīng)器池體2，反應(yīng)器連接抽吸泵6和電磁式空氣壓縮機(jī)4，該原位電凝聚膜生物反應(yīng)器還包括平板篩網(wǎng)式鐵電極I、可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源7、電控裝置8 ；
簾式膜組件3位于池體2中央，其上表面的出水孔與抽吸泵6連接；
平板篩網(wǎng)式鐵電極I位于簾式膜組件3兩側(cè)且平行于簾式膜組件3，平板篩網(wǎng)式鐵電極I經(jīng)導(dǎo)線9與可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源相連接7及電控裝置8相連接；曝氣管5位于簾式膜組件3下方，穿孔曝氣管5與電磁式空氣壓縮機(jī)4連接。
所述平板篩網(wǎng)式鐵電極板間距為5-20cm。
平板篩網(wǎng)式鐵電極并經(jīng)導(dǎo)線與可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源相連接，形成電凝聚電極板； 利用直流穩(wěn)壓電源提供低電壓，在反應(yīng)器兩個(gè)鐵極板內(nèi)形成電場(chǎng)，利用電控裝置控制電源電壓大小、通斷電周期和進(jìn)行周期換向，通過低電壓下鐵電極析出的鐵離子和微電場(chǎng)促進(jìn)污泥活性；通過電場(chǎng)和電凝聚作用減少膜污染；電控裝置通過控制電壓大小和通斷時(shí)間比，來(lái)控制鐵離子的溶出速度和電場(chǎng)大小，以實(shí)現(xiàn)原位電凝聚膜生物反應(yīng)器處理不同廢水時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)。電控裝置通過改變電流方向?qū)崿F(xiàn)防止極板鈍化。
實(shí)施例I采用上述原位電凝聚膜生物反應(yīng)器處理活性艷藍(lán)X-BR模擬印染廢水。
反應(yīng)器尺寸為L(zhǎng)XBXH=400mmX 200mmX600mm,鐵極板 LXB 為 300mmX 200mm，有效面積為O. 05 IIf，極板間距為5cm ;膜組件有浙江凱宏膜技術(shù)有限公司定制，為PVDF (聚偏氟乙烯)超濾膜，尺寸為200mmX300mm，有效表面積為O. 2m2。
使用上述原位電凝聚膜生物反應(yīng)器的污水處理方法，按照以下步驟進(jìn)行(1)將好氧污泥置于反應(yīng)器內(nèi)，污泥濃度在4000mg/L ;將廢水注入反應(yīng)器，原水水質(zhì) CODcr 500mg/L，X-BR 濃度 30mg/L，pH 6. 5-7. O 水溫 20° C±2. 5°C，通過液位計(jì)控制反應(yīng)器內(nèi)水位沒過膜組件和鐵極板5cm以上，(2)采用原位電凝聚膜生物反應(yīng)器處理污水，控制反應(yīng)條件為溶液溶解氧濃度2mg/ L，直流電源電壓為10V，通斷電時(shí)間比為1:10，電極換向周期為10s，反應(yīng)時(shí)間為3h。
在相同條件下和普通膜生物反應(yīng)器(SMBR)處理效果比較表I所示。
實(shí)施例2采用上述原位電凝聚膜生物反應(yīng)器處理活性艷藍(lán)X-BR模擬印染廢水。
反應(yīng)器尺寸為L(zhǎng)XBXH=400_X200_X600mm,鐵極板 LXB 為 300mmX 200mm，有效面積為O. 05 IIf，極板間距為5cm ;膜組件有浙江凱宏膜技術(shù)有限公司定制，為PVDF (聚偏氟乙烯)超濾膜，尺寸為200mmX300mm，有效表面積為O. 2m2。
使用上述原位電凝聚膜生物反應(yīng)器的污水處理方法，按照以下步驟進(jìn)行(1)將好氧污泥置于反應(yīng)器內(nèi)，污泥濃度在10000mg/L ;將廢水注入反應(yīng)器，原水水質(zhì) CODcr 500mg/L，X-BR 濃度 30mg/L，pH 6. 5-7. O 水溫 20° C±2. 5°C，通過液位計(jì)控制反應(yīng)器內(nèi)水位沒過膜組件和鐵極板5cm以上，(2)采用原位電凝聚膜生物反應(yīng)器處理污水，控制反應(yīng)條件為溶液溶解氧濃度6mg/ L，直流電源電壓為IV，通斷電時(shí)間比為1:20，電極換向周期為60s，反應(yīng)時(shí)間為6h。
在相同條件下和普通膜生物反應(yīng)器(SMBR)處理效果比較表I所示。
實(shí)施例3采用上述原位電凝聚膜生物反應(yīng)器處理活性艷藍(lán)X-BR模擬印染廢水。
反應(yīng)器尺寸為L(zhǎng)XBXH=400mmX 200mmX600mm,鐵極板 LXB 為 300mmX 200mm，有效面積為O. 05 IIf，極板間距為5cm ;膜組件有浙江凱宏膜技術(shù)有限公司定制，為PVDF (聚偏氟乙烯)超濾膜，尺寸為200mmX300mm，有效表面積為O. 2m2。
使用上述原位電凝聚膜生物反應(yīng)器的污水處理方法，按照以下步驟進(jìn)行(I)將好氧污泥置于反應(yīng)器內(nèi)，污泥濃度在5000 mg/L ;將廢水注入反應(yīng)器，原水水質(zhì)CODcr 500mg/L，X-BR 濃度 30mg/L，pH 6· 5-7.0 水溫 20° C±2. 5°C，通過液位計(jì)控制反應(yīng)器內(nèi)水位沒過膜組件和鐵極板5cm以上，
(2)采用原位電凝聚膜生物反應(yīng)器處理污水，控制反應(yīng)條件為溶液溶解氧濃度r5mg/L，直流電源電壓為2V，通斷電時(shí)間比為1:5，電極換向周期為20s，反應(yīng)時(shí)間為8h。在相同條件下和普通膜生物反應(yīng)器(SMBR)處理效果比較表I所示。表I在相同條件下和普通膜生物反應(yīng)器(SMBR)處理效果比較
權(quán)利要求
1.一種原位電凝聚膜生物反應(yīng)器，包括內(nèi)置有簾式膜組件(3)和穿孔曝氣管(5)的反應(yīng)器池體(2)，反應(yīng)器連接抽吸泵(6)和電磁式空氣壓縮機(jī)(4)，其特征在于該原位電凝聚膜生物反應(yīng)器還包括平板篩網(wǎng)式鐵電極(I)、可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源(7 )、電控裝置(8 ); 簾式膜組件(3)位于池體(2)中央，其上表面的出水孔與抽吸泵(6)連接； 平板篩網(wǎng)式鐵電極(I)位于簾式膜組件(3)兩側(cè)且平行于簾式膜組件(3)，平板篩網(wǎng)式鐵電極(I)經(jīng)導(dǎo)線(9 )與可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源相連接(7 )及電控裝置(8 )相連接； 曝氣管(5)位于簾式膜組件(3)下方，穿孔曝氣管(5)與電磁式空氣壓縮機(jī)(4)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種原位電凝聚膜生物反應(yīng)器，其特征在于所述平板篩網(wǎng)式鐵電極板間距為5-20cm。
3.采用權(quán)利要求I所述的原位電凝聚膜生物反應(yīng)器處理污水的方法，按照以下步驟進(jìn)行 (1)將好氧污泥置于反應(yīng)器內(nèi)，將廢水注入反應(yīng)器，通過液位計(jì)控制反應(yīng)器內(nèi)水位沒過膜組件和鐵極板5cm以上， (2)采用原位電凝聚膜生物反應(yīng)器處理污水，控制反應(yīng)條件為溶液溶解氧濃度2 6mg/L，直流電源電壓為1 10V，通斷電時(shí)間比為I: (5 20)，電極換向周期為l(T60s，反應(yīng)時(shí)間為3 8h。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的污水處理方法，其特征在于所述好氧污泥的濃度為4000 10000mg/L。
全文摘要
一種原位電凝聚膜生物反應(yīng)器及處理污水的方法，本發(fā)明屬環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明反應(yīng)器包括內(nèi)置有簾式膜組件和穿孔曝氣管的反應(yīng)器池體，反應(yīng)器連接抽吸泵和電磁式空氣壓縮機(jī)，還包括平板篩網(wǎng)式鐵電極、可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源、電控裝置；采用上述原位電凝聚膜生物反應(yīng)器處理污水的方法，按照以下步驟進(jìn)行將好氧污泥置于反應(yīng)器內(nèi)，將廢水注入反應(yīng)器，反應(yīng)條件為溶液溶解氧濃度2~6mg/L，直流電源電壓為1~10V，通斷電時(shí)間比為1:(5~20)，電極換向周期為10~60s，反應(yīng)時(shí)間為3~8h。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需投加化學(xué)藥劑、運(yùn)行費(fèi)用低、操作和管理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制、效率高、能耗小等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于生活污水、印染廢水、制藥廢水等處理與回用。
文檔編號(hào)C02F3/12GK102976482SQ20121056443
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者李亮, 董怡華, 胡筱敏 申請(qǐng)人:東北大學(xué)