申请日2017.03.08
公开(公告)日2017.08.18
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种电解强化膜生物反应器及利用其进行废水处理的方法，电解强化膜生物反应器包括膜生物反应器、膜系统、清水池和电解系统。本发明的电解强化膜生物反应器通过电解废水中的电解质，在膜生物反应器和清水池中分别产生OH‑和Cl2，从而为膜生物反应器补充碱度和调节pH值，同时为清水池进行氯消毒，有效降低了补充碱度和消毒剂的药耗，也降低了出水盐度。本发明的电解强化膜生物反应器，既可用于好氧膜生物反应器，实现无加药的碱度补充和出水氯消毒;也可用于厌氧膜生物反应器，降低酸化风险和减少出水氯消毒药耗。
权利要求书
1.一种电解强化膜生物反应器，包括膜生物反应器(1)、膜系统(2)、清水池(3);
所述膜生物反应器(1)，其内装有废水、厌/好氧污泥;
所述膜系统(2)，用于连通膜生物反应器(1)和清水池(3);
所述清水池(3)，其内装有净化水;
其特征在于，还包括：
电解系统(4)，具有一阴极和一阳极，该阴极置于膜生物反应器(1)内，用于电解废水中的盐分产生OH-;该阳极置于清水池(3)内，用于电解净化水中的盐分产生Cl2。
2.根据权利要求1所述的电解强化膜生物反应器，其特征在于，所述电解系统(4)采用直流电。
3.根据权利要求1所述的电解强化膜生物反应器，其特征在于，所述电解系统(4)的阴极和阳极均采用惰性或非牺牲电极。
4.根据权利要求3所述的电解强化膜生物反应器，其特征在于，所述惰性或非牺牲电极为碳棒、铂电极或金电极。
5.根据权利要求1所述的电解强化膜生物反应器，其特征在于，
所述电解系统(4)的阴极，置于膜生物反应器(1)的生物反应区，电解污水中的盐分产生OH-，以及副产物H2，其中OH-用于脱氮、厌氧消化所需的碱度;
所述的电解系统(4)的阳极，置于清水池(3)的生物反应区，电解污水中的盐分产生Cl2，Cl2用于消毒或高级氧化所需的消毒剂和氧化剂。
6.根据权利要求1所述的电解强化膜生物反应器，其特征在于，所述膜系统(2)在电解过程中作为盐桥，包括膜组件(5)、出水泵(6)和管道(7)，其中：
所述膜组件(5)为内置式或外置式，采用平板、中空或管式膜组件，
所述出水泵(6)为自吸式水泵，其进水 口的一端通过管道(7)与出水口的一端连接，其进水口的另一端与膜组件(5)的出水口连接，其出水口的另一端与清水池(3)连接;
所述管道(7)的出水口插入清水池(3)的最低液位以下。
7.根据权利要求1所述的电解强化膜生物反应器，其特征在于，所述膜生物反应器(1)为一体式结构或分体式结构，所述一体式结构为膜组件(5)置于生物反应池内，所述分体式结构为膜组件(5)置于独立的膜池内。
8.一种利用权利要求1～7中任一项所述的电解强化膜生物反应器进行废水处理的方法，其特征在于，包括：
S1：膜生物反应器(1)中输入废水，在启动时用厌/好氧污泥进行生物接种;
S2：在电解系统(4)的补充碱度、消毒或高级氧化作用下，废水经生物降解去除污染物，通过膜系统(2)过滤后输入至清水池(3);
S3：清水池(3)对输入的净化水进行氯消毒，并出水。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述净化水通过膜系统(2)输入至清水池(3)，具体为净化水在出水泵(6)的抽吸下，经过膜系统(2)的膜组件(5)、出水泵(6)和管道(7)进入清水池(3)，其中膜系统(2)在电解过程中作为盐桥。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
所述电解系统(4)的阴极，置于膜生物反应器(1)的生物反应区，电解污水中的盐分产生OH-，以及副产物H2，其中OH-用于脱氮、厌氧消化所需的碱度;
所述的电解系统(4)的阳极，置于清水池(3)的生物反应区，电解污水中的盐分产生Cl2，Cl2用于消毒或高级氧化所需的消毒剂和氧化剂。
说明书
电解强化膜生物反应器及利用其进行废水处理的方法
技术领域
本发明涉及废水处理和膜技术领域，特别涉及一种低碱度废水的电解强化膜生物反应器及利用其进行废水处理的方法。
背景技术
2010年国家统计年鉴指出，作为一种高浓度有机废水，农副食品加工业废水以6.0%的工业排放总量排放了11.4%的工业高浓度有机污染物(chemical oxygen demand，COD)，具有典型性。农副食品加工业废水污染物浓度高、排放量大且达标排放率低，污染减排和资源化的潜力巨大。据年鉴统计，2010年农副食品加工业(包括粮食加工、制糖等)废水排放量13.2×108t，在41个分类行业中排名第4位，而排放达标率仅仅为第37位。其中最为突出的污染物COD年排放49.6×104t，排名第2位。随着国家污染减排力度的加大和中央一号文件大力推动专业大户、家庭农场、农民合作社等的规模化发展，农副食品加工业将长期稳定增长。同时，新出台的淀粉、制糖和酒精等工业废水标准提高了COD排放标准，农副食品加工业废水处理与资源化的技术要求正在迅速提高。
高浓度有机污染物(chemical oxygen demand，COD)是这类废水达标排放的限制性污染物，现有主流技术为厌氧、好氧和物化的组合工艺。典型的工艺流程如：UASB+BAF、UASB+A/O、UBF+CASS等厌氧-好氧组合生物工艺，或沉淀、气浮等物化+生物处理。这些组合水处理工艺的运行的一个巨大挑战是碱度的限制，由于碱度不足，导致厌氧过程易酸化崩溃、好氧过程无法有效脱氮，给该类废水生物处理的稳定运行带来很大挑战。存在类似问题的高浓度有机废水还包括屠宰废水、石油化工废水、制药废水、畜禽养殖废水和高含固厌氧消化等高COD、高氨氮(NH4+-N)、高盐度(TDS)的废水生物处理过程。
针对碱度缺乏的问题，在厌氧膜-生物反应器(Membrane Bio-Reactor，MBR)工艺的产甲烷过程中通常采取的措施如下：a.投加生石灰、废碱液等措施提高pH值，把VFA产生酸化降低的pH值稳定在6.5～8.5的范围内，实际工程中该措施稳定可调，因此被广泛采用。但由于高浓度有机废水本身高氨氮、高TDS的水质特征，投加调节碱度药剂pH升高后，导致氨氮转变为自由氨形态，抑制产甲烷过程降低甲烷产率、提高了出水COD;同时投加药剂也导致出水TDS进一步提高，给下一步的好氧处理和深度处理增加了难度。b.与高碱度的其他废弃物混合厌氧消化。受限于混合物料来源和物性变化，实际工程中混合厌氧消化的掺混物料很难保证，只能作为辅助措施。
针对碱度缺乏的问题，在好氧MBR工艺的脱氮过程中通常采取的措施如下：a.投加碳酸(氢)盐，或生石灰、废碱液等补充碱度，把脱氮过程消耗的碱度(1克氨氮转化为氮气消耗5～8克碱度)进行补充，从而避免混合液pH值大幅降低;但加药的药剂、人力和设备成本较高，是好氧工艺运行成本的重要构成部分，同时加药也进一步提高TDS。b.采用短程消化、厌氧氨氧化的新型脱氮工艺，降低脱氮过程的碱度消耗，但目前这些工艺仍在推广过程中。
因此，根据高浓度有机废水达标处理的需要，可靠的碱度调节措施需要具有如下特点：无加药，不增加出水TDS，来源稳定，占地紧凑操作简单。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为解决上述问题，本发明提供一种电解强化膜生物反应器及利用其进行废水处理的方法，该电解强化膜生物反应器及利用其进行废水处理的方法为一种高浓度有机废水MBR处理中在线补充碱度的措施，可用于在厌氧MBR中降低酸化风险，或在好氧MBR中补充脱氮所需碱度，同时能够不加药即可调节废水pH值的废水处理单元技术;并且该操作方法能够同步强化出水氯消毒和高级氧化的措施。
(二)技术方案
本发明的一个方面，提供一种电解强化膜生物反应器，包括膜生物反应器1、膜系统2、清水池3;
所述膜生物反应器1，其内装有废水、厌/好氧污泥;
所述膜系统2，用于连通膜生物反应器1和清水池3;
所述清水池3，其内装有净化水;
其特征在于，还包括：
电解系统4，具有一阴极和一阳极，该阴极置于膜生物反应器1内，用于电解废水中的盐分产生OH-;该阳极置于清水池3内，用于电解净化水中的盐分产生Cl2。
优选地，所述电解系统4采用直流电。
优选地，所述电解系统4的阴极和阳极均采用惰性或非牺牲电极。
优选地，所述惰性或非牺牲电极为碳棒、铂电极或金电极。
优选地，所述电解系统4的阴极，置于膜生物反应器1的生物反应区，电解污水中的盐分产生OH-，以及副产物H2，其中OH-用于脱氮、厌氧消化所需的碱度;
所述的电解系统4的阳极，置于清水池3的生物反应区，电解污水中的盐分产生Cl2，Cl2用于消毒或高级氧化所需的消毒剂和氧化剂。
优选地，所述膜系统2在电解过程中作为盐桥，包括膜组件5、出水泵6和管道7，其中：
所述膜组件5为内置式或外置式，采用平板、中空或管式膜组件，
所述出水泵6为自吸式水泵，其进水口的一端通过管道7与出水口的一端连接，其进水口的另一端与膜组件5的出水口连接，其出水口的另一端与清水池3连接;
所述管道7的出水口插入清水池3的最低液位以下。
优选地，所述膜生物反应器1为一体式结构或分体式结构，所述一体式结构为膜组件5置于生物反应池内，所述分体式结构为膜组件5置于独立的膜池内。
本发明的另一方面，提供一种利用所述的电解强化膜生物反应器进行废水处理的方法，其特征在于，包括：
S1：膜生物反应器1中输入废水，在启动时用厌/好氧污泥进行生物接种;
S2：在电解系统4的补充碱度、消毒或高级氧化作用下，废水经生物降解去除污染物，通过膜系统2过滤后输入至清水池3;
S3：清水池3对输入的净化水进行氯消毒，并出水。
优选地，所述净化水通过膜系统2输入至清水池3，具体为净化水在出水泵6的抽吸下，经过膜系统2的膜组件5、出水泵6和管道7进入清水池3，其中膜系统2在电解过程中作为盐桥。
优选地，所述电解系统4的阴极，置于膜生物反应器1的生物反应区，电解污水中的盐分产生OH-，以及副产物H2，其中OH-用于脱氮、厌氧消化所需的碱度;
所述的电解系统4的阳极，置于清水池3的生物反应区，电解污水中的盐分产生Cl2，Cl2用于消毒或高级氧化所需的消毒剂和氧化剂。
(三)有益效果
本发明提供一种电解强化膜生物反应器及利用其进行废水处理的方法，其积极效果在于：
(1)本发明的电解强化膜生物反应器及利用其进行废水处理的方法可提高MBR工艺碱度，实现高浓度有机废水厌氧和好氧MBR的稳定运行。
(2)本发明的电解强化膜生物反应器及利用其进行废水处理的方法可用于农副食品加工业、酿造和发酵及高浓度有机废水、畜禽养殖废水、发酵酿造废水和酒精废水等高浓度有机废水处理，也可以用于畜禽养殖废水、生活废水脱氮单元等碱度缺乏的常规废水，或其他MBR工艺。
(3)本发明可根据补充碱度的要求，调整通电时间和电流强度。在厌氧MBR工艺产甲烷过程中，针对碱度缺乏容易引起的酸化问题，通过在线电解在阴极按需产生OH-离子，根据pH值调节需要，通过电流强度和通电时间控制OH-离子产生量。在好氧MBR脱氮等过程中，针对脱氮等的碱度需要，通过在线电解在阴极按需产生OH-离子，根据碱度补充需要，通过电流强度和通电时间控制OH-离子产生量。同时，在清水池的阳极可以产生一定量的Cl2，附带氯消毒效果。其中，厌氧MBR和好氧MBR只需要保证电极浸没在MBR液位以下并有一定的搅拌强度即可，可以为公知的、或已授权的其他任何MBR结构形态。通电时间可以为间歇或连续。该方法产生的OH-离子产生速度快，来源稳定，产生量便于调节，不需要购买、配制和投加，既极大减小了购药成本和工作量，又避免了过量加药引起pH值升高引发氨氮抑制等系列问题。
