[发明专利]一种高质出水与低膜污染的膜生物电化学反应器装置

说明书

技术领域

本发明涉及膜生物反应器技术领域。具体涉及到运用微生物燃料电池产生的电能，在膜与阳极间形成微电场，进而有效的减缓膜的污染。

背景技术

膜生物反应器将活性污泥法与膜分离技术相结合，主要用于生活污水和工业污水处理与回用，与传统的生物处理方法相比它具有固液分离效果好、去除率高、占地面积小等优点，但膜污染严重影响MBR的正常运行因此成为MBR得以广泛应用的瓶颈，同时传统的好氧MBR对难降解的工业废水处理效果较差，没有明显的脱氮效果。

由于水处理中大多数的污染物质都是带有负电的，根据同性相斥的原理，在膜表面形成的负电场，能对带负电的污染物产生排斥作用，推离其离开膜表面，从而减轻了膜污染的发生，所以利用外加电场是控制膜污染的一种有效方法，电场强强度越大，膜污染减缓效果越明显，但是高电场不仅能耗高，而且会显著影响微生物的活性，从而影响污水处理能力。近期有研究表明，弱电场能够刺激微生物代谢，提高微生物活性。

微生物燃料电池（MFC）在处理废物的同时能回收能量，且反应条件温和越来越受到人们的重视，但其产电效率较低，电压一般为0.4-0.7V，目前远没达到商业利用的需求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有膜生物反应器膜污染严重，处理工业废水效果差，且除氮效果不明显的问题，而提供了一种高质出水与低膜污染的膜生物电化学反应器装置。

本发明的一种高质出水与低膜污染的膜生物电化学反应器装置，它包括水箱、进水蠕动泵、两个MFC阳极室、不锈钢平板膜、MBR反应器、导线、外接电阻、曝气头、气体流量计、空气压缩机、真空压力表、出水蠕动泵和回流蠕动泵；其中，所述的两个MFC阳极室分别由进水口、钛丝、阳极材料、出水口、反应器外壳和阳离子交换膜构成；所述的平板膜由膜片、腔体、出水口和钛丝构成；

所述的两个MFC阳极室之间形成MBR反应器，MBR反应器底部密封；平板膜设置在MBR反应器内，水箱出水口与进水蠕动泵的进水口连通，进水蠕动泵的出水口与回流蠕动泵的出水口连通，回流蠕动泵的进水口与出水蠕动泵的出水口连通，回流蠕动泵的出水口分别与两个MFC阳极室的进水口连通形成环形回流，两个MFC阳极室上端分别设置有出水口并位于MBR反应器内，钛丝与阳极材料固定连接，并分别设置在由反应器外壳构成的两个MFC阳极室内部，阳离子交换膜分别设置在两个MFC阳极室靠近平板膜一侧与反应器外壳连接；

两个钛丝分别通过导线与两个外接电阻一端连接，两个外接电阻另一端分别与两个钛丝连接，两个钛丝分别焊接在两个膜片上，两块膜片之间形成空腔，空腔底部密封，平板膜上端设置有出水口，出水口一端与腔体连通，另一端与真空压力表进水口连通，真空压力表出水口与出水蠕动泵的进水口连通；

曝气头设置在两个MFC阳极室形成的MBR反应器的平板膜下端，曝气头进气口与气体流量计的出气口连通，气体流量计的进气口与空气压缩机出气口连通。

本发明包含以下有益效果：

在膜生物反应器中耦合微生物燃料电池，将膜同时作为电池的阴极，利用污水处理中产生的电能在两极间形成的电场，有效的减缓了膜污染。厌氧的阳极室对污水进行预处理能提高MBR对难降解有机废水的处理效果，通过回流蠕动泵将部分出水回流至厌氧的阳极室，能够进一步实现污水的脱氮，同时阴极微生物能够在一定程度上实现生物脱氮作用，提高出水水质。本发明操作简单，在原位利用微生物燃料电池产电控制膜污染的同时，能够有效提高MBR污水处理效果。

在本发明中平板膜在作为MBR过滤介质的同时还作为MFC的阴极，污水首先进入厌氧的MFC阳极，阳极的厌氧产电微生物先对污水进行水解酸化预处理，随后污水由出水口进入MBR中，阳极的厌氧预处理能够在一定程度上增强MBR对难降解有机废水的处理效果，将部分出水回流至厌氧的阳极室，能够进一步实现污水的脱氮，同时附着在MFC阴极的生物膜内层处于缺氧状态的微生物可以利用NO₃^-和NO₂^-与阳极产生并传导来的电子结合发生还原反应生成N₂，从而进一步加强污水脱氮效果。同时作为MFC的阴极的不锈钢膜表面带有负电荷并和阳极之间形成电场，从而使附着在膜表面带负电的污染物受到电场力作用脱离膜表面，同时减缓混合液中带负电的污染物质向膜表面的运动，从而实现膜污染的控制。

本发明的装置与现有装置相比，现有装置的膜运行周期为12天，MBER反应器装置的运行周期为35天，说明本发明能有效减缓膜污染的发生。