[發(fā)明專利]微生物電化學(xué)耦合膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)及污水處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010773946.7
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111747530B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張瀟源;付博亞;黃霞;邱勇
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: C02F3/30
• 分類號: C02F3/30;C02F3/00;C02F3/34;C02F101/10;C02F101/16
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 肖陽

本發(fā)明公開了微生物電化學(xué)耦合膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)及污水處理方法。包括氣升環(huán)流式膜生物反應(yīng)器、微生物電化學(xué)裝置和氮磷回收區(qū)。氣升環(huán)流式膜生物反應(yīng)器包括多個氣升環(huán)流式膜生物反應(yīng)器單元，氣升環(huán)流式膜生物反應(yīng)器單元包括缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、好氧區(qū)；微生物電化學(xué)裝置包括陽極電極、陰極電極、連接陰陽兩極的外部電路；氮磷回收區(qū)包括陰離子交換膜、陽離子交換膜及其之間的區(qū)域。該系統(tǒng)既具有氣升環(huán)流式膜生物反應(yīng)器的高效污水處理和固液分離能力，減少了污泥回流能耗，又結(jié)合了環(huán)流系統(tǒng)厭氧好氧區(qū)域分布的特點，通過耦合微生物電化學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步強(qiáng)化整體的脫氮除磷能力，進(jìn)一步提升了出水水質(zhì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及微生物電化學(xué)耦合膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)及污水處理方法。

背景技術(shù)

資源短缺和水污染嚴(yán)重一直是人類社會的關(guān)鍵問題。膜生物反應(yīng)器(MBR)作為新型污水處理工藝能夠利用膜組件實現(xiàn)高效的固液分離，有效提升了污泥濃度，進(jìn)而提升了出水水質(zhì)、減少了占地面積。MBR已在城鎮(zhèn)和農(nóng)村生活污水、工業(yè)污水、垃圾滲濾液等污水處理領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。MBR工藝技術(shù)挑戰(zhàn)：(1)常規(guī)MBR的曝氣能耗較高；(2)單一MBR能夠有效去除有機(jī)物和氨氮，但對總氮、總磷的去除尚不理想；(3)磷在處理過程中轉(zhuǎn)入污泥，進(jìn)而被廢棄。鑒于以上挑戰(zhàn)和難點，在MBR技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)節(jié)約能耗，回收氮磷的新型廢水處理技術(shù)成為一種潛在的發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出微生物電化學(xué)耦合膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)及污水處理方法。利用結(jié)合微生物電化學(xué)系統(tǒng)的氣升環(huán)流式膜生物反應(yīng)器進(jìn)行廢水的強(qiáng)化生化處理過程與固液分離過程，既具有氣升環(huán)流式膜生物反應(yīng)器的高效污水處理和固液分離能力，減少了污泥回流能耗，又結(jié)合環(huán)流系統(tǒng)厭氧好氧區(qū)域分布的特點，通過耦合微生物電化學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步強(qiáng)化整體的脫氮除磷能力，進(jìn)一步提升了出水水質(zhì)。

在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種微生物電化學(xué)耦合膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該微生物電化學(xué)耦合膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)包括：

氣升環(huán)流式膜生物反應(yīng)器，所述氣升環(huán)流式膜生物反應(yīng)器包括多個氣升式氣升環(huán)流式膜生物反應(yīng)器單元，各個所述氣升式氣升環(huán)流式膜生物反應(yīng)器單元之間相互連通，所述氣升式氣升環(huán)流式膜生物反應(yīng)器單元包括缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、好氧區(qū)；所述好氧區(qū)包括好氧升流區(qū)和好氧降流區(qū)；所述氣升環(huán)流式膜生物反應(yīng)器單元還包括設(shè)置在所述好氧升流區(qū)的膜組件；

微生物電化學(xué)裝置，所述微生物電化學(xué)裝置包括設(shè)置在所述厭氧區(qū)的陽極電極、設(shè)置在所述好氧區(qū)的陰極電極、連接陰陽兩極的外部電路；

氮磷回收區(qū)，所述氮磷回收區(qū)包括設(shè)置在相鄰的陰/陽極區(qū)之間的陰離子交換膜、陽離子交換膜以及相鄰陰陽離子交換膜之間的區(qū)域。

根據(jù)本發(fā)明上述實施例的微生物電化學(xué)耦合膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)，利用結(jié)合微生物電化學(xué)系統(tǒng)的氣升環(huán)流式膜生物反應(yīng)器進(jìn)行廢水的強(qiáng)化生化處理過程與固液分離過程，既具有氣升環(huán)流式膜生物反應(yīng)器的高效污水處理和固液分離能力，減少了污泥回流能耗，又結(jié)合環(huán)流系統(tǒng)厭氧好氧區(qū)域分布的特點，通過耦合微生物電化學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步強(qiáng)化整體的脫氮除磷能力，進(jìn)一步提升了出水水質(zhì)。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的氣升環(huán)流式氣升環(huán)流式膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在本發(fā)明的一些實施例中，所述陽極電極包括陽極碳布和陽極碳刷；所述陰極電極包括陰極碳布和陰極碳刷。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述微生物電化學(xué)裝置還包括設(shè)置在陰陽兩極之間的控制單元。由此，通過外部電路以及控制單元對陰陽極施加電壓，可以強(qiáng)化電場，進(jìn)而強(qiáng)化磷酸根離子和銨根離子的定向遷移能力，達(dá)到提升脫氮除磷和氮磷回收的能力。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述氮磷回收區(qū)包括至少兩組陰離子交換膜和陽離子交換膜，所述陰離子交換膜和陽離子交換膜交替分布。