[发明专利]一种电强化分离膜缓解膜污染同步促进产甲烷的装置

说明书

本发明提供了一种电强化分离膜缓解膜污染同步促进产甲烷的装置，将膜分离技术、厌氧微生物技术以及生物电化学技术有机结合，涉及污水处理技术领域，发明装置为一体式浸没式厌氧膜生物反应器，包括反应器主体、分离膜组件、三相分离器、压力检测装置、水泵、温控装置、供电装置等，其中采用导电材料制作分离膜组件，使其具有过滤以及生物阴极的双重作用，可以达到以下效果：一方面通过截留减少污泥流失，同时在膜表面施加电偏压通过静电斥力作用缓解膜污染的发生；另一方面，通过电场的引入刺激电活性微生物生长代谢，强化厌氧反应中有机物转化的效率，从而提高处理效率和出水水质，并且能从污水中以生物气的方式回收能源，补充运行能耗。

技术领域

本发明涉及一种电强化分离膜缓解膜污染同步促进产甲烷的装置，属于污水处理技术领域。

背景技术

近年来，厌氧膜生物反应器作为一种新技术在污水处理领域受到广泛关注，它是膜分离技术与厌氧生物技术的耦合，结合了二者的优点，具有污泥产量少、出水水质好、以及能量回收等优点。但是，由于能源性气体的产率和转化率有待提高，膜污染问题严重以及带来的成本升高，制约了其大规模应用，因此采取适当措施促进产气，控制和缓解膜污染，并结合膜的特征进行反应器优化成为关键问题。

研究表明，膜污染形成原因主要是浓差极化、膜孔堵塞以及表面沉积，其中，沉积层的形成是主要原因。沉积层主要由微生物、胞外聚合物(EPS)、可溶性有机物(SMP)构成，这些物质在膜面沉积或与膜材料之间形成相互作用力导致膜污染的发生。由于EPS和SMP等主要膜污染物本身带负电，可通过在膜表面施加负电利用电场排斥作用减缓膜污染的发生。因此在膜生物反应器中，以导电材料修饰膜表面或直接利用导电材料制备分离膜，为解决上述问题提供了一种新思路。

导电分离膜材料包括无机金属材料、导电聚合物及导电碳材料，由于具有化学性质稳定、导电性好、优良的耐化学腐蚀性以及良好的机械性质等优势，使得此类材料具有广阔的研究前景。而且导电材料分离膜具有优异的电学特性，为实现电化学辅助膜分离过程提供了保证。在电化学辅助条件下，污染物与膜表面之间存在的静电作用力，膜表面的电化学反应以及电动力学现象等均有望成为缓解膜污染的因素。同时，在厌氧生物处理过程中，水解酸化菌和产甲烷菌群起主要作用，适当的电场引入能通过刺激电活性微生物生长代谢，对微生物、污泥的性质能够产生积极影响，强化厌氧反应中有机物转化的效率，从而提高处理效率和出水水质，并且能从污水中以生物气的方式回收能源，补充运行能耗。

发明内容

本发明将膜分离技术、厌氧微生物技术以及生物电化学技术有机结合，主要目的是通过电强化缓解厌氧膜生物反应器中膜污染的发生，同时促进能源气体甲烷的产生。利用导电材料优异的电化学性质，一方面，使系统在电化学辅助条件下，通过污染物与膜表面之间存在的静电作用力、污染物之间的电絮凝作用、膜表面的电化学反应以及气泡的冲刷作用缓解膜污染的发生；另一方面，通过引入电场刺激反应区及电极表面电活性微生物生长代谢，增加水解酸化菌和产甲烷菌种群丰度，促进厌氧微生物在电极之间的胞外种间电子传递，强化厌氧反应中有机物、中间产物以及细胞代谢物的转化效率，从而提高处理效率和生物气产率。

本发明的技术方案：

一种电强化分离膜缓解膜污染同步促进产甲烷的装置，反应器为一体式浸没式厌氧膜生物反应器，其内装填有厌氧污泥15，其外包裹有保温层12；反应器底部设有进水口，进水槽1通过进水泵2经进水口进入至反应器的污泥反应区内；反应器顶部的端盖设有气体取样口5和膜分离出水口6，膜分离出水口6位于中心，膜分离出水口6通过管路经出水泵16通入出水槽17，管路上设有真空压力表4；反应器上部、侧壁设有反应器出水口9，其位于三相分离器8的上方；三相分离器8的下端口处设有泥挡板11；膜分离出水口6为阶梯圆柱管，一端从反应器端盖伸出，另一端连接膜组件管体7；导电分离膜阴极14位于反应器内，浸入污泥反应区与污泥悬浮区，其上端通过导电密封胶10与膜组件管体7固定；导电套筒阳极13套在导电分离膜阴极14外，并被固定；外部供电装置3分别连接导电套筒阳极13和导电分离膜阴极14，为反应器体系提供电压。