申请日2020.12.23
公开（公告）日2021.04.02
IPC分类号C02F3/12; C02F103/20; C02F101/16; C02F101/10
摘要
本发明提供了一种用于分散型污水脱氮除磷的膜生物反应器及污水处理方法，包括主体反应器、设于主体反应器内的阳极板、阴极板及设于阳极板与阴极板之间的浸没式微滤膜组件，主体反应器内装填有轻质导电介质填料。本发明所述的用于分散型污水脱氮除磷的膜生物反应器通过在电化学膜生物反应器中引入低成本的导电介质，有效降低了反应器混合液的电阻率，降低了实现电化学反应所需的能耗，实现了以较低能耗获得同步去除COD和氮磷的污水处理效果，同时，导电介质和电流之间的相互作用造成了反应器内氧化还原电位的异质分布，有效提高了总氮的去除效果。
权利要求书
1.用于分散型污水脱氮除磷的膜生物反应器，其特征在于：包括主体反应器、设于主体反应器内的阳极板、阴极板及设于阳极板与阴极板之间的浸没式微滤膜组件，
所述主体反应器通过进水管与进水池连通，主体反应器内装填有轻质导电介质填料，
所述阳极板及阴极板分别与可调式直流稳压电源的正极及负极电性连接，
所述浸没式微滤膜组件的出水口与出水管连通。
2.根据权利要求1所述的用于分散型污水脱氮除磷的膜生物反应器，其特征在于：所述主体反应器底部设有用于使轻质导电介质填料在主体反应器内液体中悬浮的曝气装置，所述曝气装置连通有空气压缩机。
3.根据权利要求1所述的用于分散型污水脱氮除磷的膜生物反应器，其特征在于：所述进水管上设有进水泵，主体反应器内设有与进水泵电性连接的水位传感器。
4.根据权利要求1所述的用于分散型污水脱氮除磷的膜生物反应器，其特征在于：所述出水管上设有压力计及出水泵，所述出水泵及可调式直流稳压电源分别电性连接有计时器。
5.根据权利要求1所述的用于分散型污水脱氮除磷的膜生物反应器，其特征在于：所述轻质导电介质填料的材质为活性炭涂层海绵或活性炭涂层泡沫。
6.根据权利要求1所述的用于分散型污水脱氮除磷的膜生物反应器，其特征在于：所述阳极板的材质为开孔的不锈钢板，所述阴极板的材质为开孔的铁板、铝板或石墨薄板。
7.根据权利要求1所述的用于分散型污水脱氮除磷的膜生物反应器，其特征在于：所述浸没式微滤膜组件为中空纤维膜组件或平板微滤膜组件。
8.一种污水处理方法，其特征在于，应用了如权利要求1-7任一所述的膜生物反应器，包括以下步骤：
1)在主体反应器内投入轻质导电介质填料，轻质导电介质填料悬浮于主体反应器内的反应器溶液中；
2)在主体反应器内接种污泥，曝气培养1-2周，使生物膜附着于轻质导电介质填料表面及内部的孔隙中；
3)将阳极板、阴极板及浸没式微滤膜组件放入主体反应器内，接通可调式直流稳压电源；
4)污水自进水管由进水池流入主体反应器内，在好氧条件下，处理后的污水经浸没式微滤膜组件由出水管排出。
9.根据权利要求8所述的污水处理方法，其特征在于：步骤1)中轻质导电介质填料的装填密度为20％-40％(v/v)。
10.根据权利要求8所述的污水处理方法，其特征在于：步骤3)中电流密度为10-20A/㎡，可调式直流稳压电源开关时间比为1/2、2/2或2/1。
说明书
用于分散型污水脱氮除磷的膜生物反应器及污水处理方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，尤其是涉及用于分散型污水脱氮除磷的膜生物反应器及污水处理方法。
背景技术
近年来，农村生活污水与养殖废水造成的水环境污染问题受到广泛关注。由于广大城市郊区及农村地区的污水难以被收集和集中处理，分散型污水处理技术成为解决这一问题的重要手段。浸没式膜生物反应器，相较于传统污水处理技术，以其如占地面积小，处理效果好，污泥产量低，以及操作灵活等特点，成为近年来备受关注的污水处理和再生技术。在过去的几十年中，大型膜生物反应器技术也实现了较好的商业化应用。但是，膜生物反应器在去除污水中的氮磷的效果方面仍存在技术瓶颈。据报道，浸没式膜生物反应器通常可以去除生活污水中的30-67％的总氮和12-59％的总磷。为了弥补氮和磷去除率低的缺点，通常将膜生物反应器与一种或几种其他处理工艺(例如缺氧或厌氧/缺氧工艺)相结合使用。这限制了膜生物反应器作为模块化或紧凑型污水处理和再生系统的灵活性以及其在分散式污水处理系统中的应用潜力。
近年研究者通过引入电化学反应过程辅助膜生物反应器(称为电化学膜生物反应器)，提高了其对污水中有机物和磷的去除效果，并有效地控制膜污染的发展。但对于总氮的去除效果仍不理想。与此同时，较高的运行能耗也成为该技术被商业化应用的瓶颈。因此，在不影响甚至强化污水处理效果的同时有效降低运行能耗是电化学膜生物反应器技术未来发展的关键。本发明通过在电化学膜生物反应器中引入低成本的导电介质，即构成导电移动床膜生物反应器，实现了以较低能耗获得同步去除COD和氮磷的污水处理效果。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出用于分散型污水脱氮除磷的膜生物反应器及污水处理方法，以对生活污水中的COD及氮磷同时进行高效去除。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
用于分散型污水脱氮除磷的膜生物反应器，包括主体反应器、设于主体反应器内的阳极板、阴极板及设于阳极板与阴极板之间的浸没式微滤膜组件，
所述主体反应器通过进水管与进水池连通，主体反应器内装填有轻质导电介质填料，
所述阳极板及阴极板分别与可调式直流稳压电源的正极及负极电性连接，
所述浸没式微滤膜组件的出水口与出水管连通。
优选的，所述主体反应器底部设有用于使轻质导电介质填料在主体反应器内液体中悬浮的曝气装置，所述曝气装置连通有空气压缩机。
优选的，所述进水管上设有进水泵，主体反应器内设有与进水泵电性连接的水位传感器。
优选的，所述出水管上设有压力计及出水泵，所述出水泵及可调式直流稳压电源分别电性连接有计时器。
优选的，所述轻质导电介质填料的材质为活性炭涂层海绵或活性炭涂层泡沫。
优选的，所述阳极板的材质为开孔的不锈钢板，所述阴极板的材质为开孔的铁板、铝板或石墨薄板。
优选的，所述浸没式微滤膜组件为中空纤维膜组件或平板微滤膜组件。
一种污水处理方法，应用了上述任一所述的膜生物反应器，包括以下步骤：
1)在主体反应器内投入轻质导电介质填料，轻质导电介质填料悬浮于主体反应器内的反应器溶液中；
2)在主体反应器内接种污泥，曝气培养1-2周，使生物膜附着于轻质导电介质填料表面及内部的孔隙中；
3)将阳极板、阴极板及浸没式微滤膜组件放入主体反应器内，接通可调式直流稳压电源；
4)污水自进水管由进水池流入主体反应器内，在好氧条件下，处理后的污水经浸没式微滤膜组件由出水管排出。
优选的，步骤1)中轻质导电介质填料的装填密度为20％-40％(v/v)。
优选的，步骤3)中电流密度为10-20A/㎡，可调式直流稳压电源开关时间比为1/2、2/2或2/1。
相对于现有技术，本发明所述的用于分散型污水脱氮除磷的膜生物反应器及污水处理方法具有以下优势：
本发明所述的用于分散型污水脱氮除磷的膜生物反应器通过在电化学膜生物反应器中引入低成本的导电介质，有效降低了反应器混合液的电阻率，降低了实现电化学反应所需的能耗，实现了以较低能耗获得同步去除COD和氮磷的污水处理效果，同时，导电介质和电流之间的相互作用造成了反应器内氧化还原电位的异质分布，有效提高了总氮的去除效果。
（发明人：薛文超;）
