[发明专利]基于流动碳电极的厌氧渗透膜生物反应器脱盐方法

说明书

本发明公开了一种基于流动碳电极的厌氧渗透膜生物反应器脱盐方法，属污水处理技术领域。通过引入流动碳电极，在外加电场的作用下，厌氧渗透膜生物反应器中污泥上清液通过脱盐室离子交换膜中间的腔室时，溶液中的阴阳离子会向两侧移动，离子交换膜外侧通过流动碳电极，当溶液中离子透过离子交换膜到达两侧的流动碳电极中，由于电势差的作用会被吸附在高比表面积的活性炭上，通过混合离子交换膜两侧的流动电极达到电荷中和的目的。脱盐后的污泥上清液会返回反应器，从而达到控制反应器中盐度积累的目的，进而达到提高反应器常规污染物去除率，稳定pH，降低SMP积累，减轻膜污染的目的。

技术领域

本发明涉及一种基于流动碳电极的厌氧渗透膜生物反应器脱盐方法，属污水处理技术领域。

背景技术

由一次能源消耗引起的环境污染和温室效应日趋严重，使三大主要可再生资源之一的生物质能备受关注。污水、污泥、农业废物等富含生物质能的物质以每年约25％的速率增长，厌氧消化可将这些物质作为厌氧消化底物，在厌氧菌的作用下转化为可供利用的沼气等能源。

厌氧渗透膜生物反应器(AnOMBR)利用高截留率的正渗透(FO)膜代替厌氧膜生物反应器(AnMBR)中的超滤或微滤膜，在完成厌氧消化的同时，出水水质远优于AnMBR。另外，FO是以渗透压为驱动力的膜分离过程，相较于压力驱动的膜分离过程FO的膜污染小，能耗低。

虽然FO膜在提高出水水质方面有其他膜不可比拟的优势，但汲取液反向扩散导致的原料液侧盐度升高会影响产甲烷菌生长，甚至还会因渗透压过高导致细胞失水死亡。针对这一问题，本发明引入流动碳电极脱盐进行AnOMBR原料液脱盐，以期实现AnOMBR原料液盐度控制。

发明内容

本发明针对AnOMBR运行期间反向盐通量导致的原料液侧盐度积累问题，提出了一种基于流动碳电极的厌氧渗透膜生物反应器脱盐方法。

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于流动碳电极的厌氧渗透膜生物反应器脱盐方法。本发明装置采用外置式FO膜组件，汲取液通过蠕动泵泵入组件支撑层一侧，反应器内污泥上清液通过蠕动泵供能依次通过FO膜组件活性层一侧以及脱盐室，最后返回反应器形成循环。含盐上清液经过脱盐室时，在外加电场的作用下，阴阳离子分别移向两极，到达离子交换膜外侧的流动碳电极中并被吸附在碳电极表面，之后通过混合两侧的流动电极达到电荷中和的目的，混合后的流动电极可以重复利用。

所述脱盐室构成(自电源正极到负极)为：阳极PMMA板、阳极集流体、阳极具腔室硅胶垫圈、阴离子交换膜、具腔室PMMA板、阳离子交换膜、阴极具腔室硅胶垫圈、阴极集流体和阴极PMMA板，集流体均采用活性炭布，利用不锈钢螺丝固定自组装。所用主体反应器有效体积1L，接种经蔗糖驯化后的厌氧污泥，初始混合液污泥浓度为12.73gMLSS/L。所用FO膜为三醋酸纤维素膜，有效膜面积24cm²，活性层面向原料液侧，通过PMMA板和不锈钢螺丝固定FO膜进行自组装形成FO膜组件。所有流动液体，包括原料液即污泥上清液、汲取液、流动碳电极，均通过蠕动泵泵入反应器各功能部分。所用流动碳电极制备方式为：过200目标准筛网，去离子水清洗至电导率恒定并呈中性，60℃烘箱烘干，制备300ml含质量分数5％活性炭粉的溶液，磁力搅拌24h形成均匀悬浮液。离子交换膜采用电解均相离子交换膜，有效膜面积48cm²，有效间距2cm。汲取液选取500ml 0.5M NaCl溶液。利用手持仪监测汲取液电导率，定期补充饱和NaCl溶液稳定渗透压。脱盐室施加直流电压3.0V，有效电流0.01A，日加电时间3.0h。以人造废水为进水进行性能测试，废水组成为：4000mgCOD/L、100mgN/L、20mgP/L，微量元素组成为1mL微量元素/L废水：0.37mmol/L Zn、2.5mmol/L Mn、0.14mmol/L Cu、8.4mmol/L Co、0.25mmol/L Ni、0.8mmol/L H₃BO₃和3.4mmol/L EDTA。通过脱盐，反应器内电导率十五天内可以维持在4.20mS/cm。