一种用于MBR膜污染控制的电化学系统及其方法

摘要

本发明公开了一种用于MBR膜污染控制的电化学系统及其方法，包括通过隔板隔开的缺氧反应池和好氧反应池，缺氧反应池管道连接有水泵，缺氧反应池内设有搅拌器，好氧反应池连接有鼓风机，好氧反应池设有膜单元，好氧反应池通过循环泵连接有电化学反应系统，好氧反应池下部设有污泥口，好氧反应池上部连接有自吸泵，底部通过蠕动泵连接有缺氧反应池的底部。本发明有益效果：将电化学法与MBR工艺结合起来，利用电化学氧化和电场作用来加速降解有机物，促进微生物细胞代谢，在一定程度上抑制膜污染问题；电化学法清洁高效、过程稳定、绿色经济；电化学工艺不需要进行土建，可直接模块嵌入，是一种较为有效便利的膜污染控制方法。

权利要求

1.一种用于MBR膜污染控制的电化学方法，利用一种用于MBR膜污染控制的电化学系统，包括缺氧反应池和好氧反应池，缺氧反应池和好氧反应池通过隔板隔开，缺氧反应池通过管道连接有水泵（1），缺氧反应池内设有搅拌器（2），好氧反应池连接有鼓风机（5），好氧反应池设有膜单元，好氧反应池通过循环泵（7）连接有电化学反应系统（4），好氧反应池下部设有污泥口，好氧反应池上部连接有自吸泵（6），底部通过管道连接有蠕动泵（3）的吸入口，蠕动泵（3）的排出口通过管道连接缺氧反应池的底部；

所述电化学反应系统（4）包括电化学反应池，电化学反应池内设有阴极、阳极，阴极、阳极分别连接电源的两极；

所述电化学反应系统（4）中的阳极采用DSA电极，阴极为不锈钢或者铁板；

所述电源供电模式为低压直流电或脉冲电；

其特征在于，原水区的污水通过水泵（1）抽至缺氧反应池，污水在缺氧反应池反应以后，通过溢流口流至好氧反应池，好氧反应池内设置有膜分离单元，分离完成后，污水一部分通过蠕动泵（3）直接回流到缺氧反应池，一部分经循环泵（7）进入电化学反应系统（4）经过电化学处理后再回流到缺氧反应池，第三部分则直接通过自吸泵（6）抽至出水区；

所述电化学反应池中的污泥浓度XTSS为8g/L~15 g/L。

2.根据权利要求1所述的一种用于MBR膜污染控制的电化学方法，其特征在于，所述电

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化学处理温度为5 ℃ 50 ℃，电流密度范围为5 mA/cm 100 mA/cm ，停留时间为30 min~ ~ ~

180 min。

3.根据权利要求1所述的一种用于MBR膜污染控制的电化学方法，其特征在于，所述阳极和阴极板的间距为1.0 cm  4.5 cm。

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说明书

一种用于MBR膜污染控制的电化学系统及其方法

技术领域

[0001] 本发明属于MBR膜污染控制技术领域，具体涉及一种用于MBR膜污染控制的电化学系统，还涉及其方法。

背景技术

[0002] 膜生物反应器(Membrane bioreactor,MBR)是近年来迅速发展的一种新型污水处理工艺，处理对象包括生活污水、难降解有机污水和工业污水等。该工艺将膜分离单元与传统的生物处理单元组合在一起，使得膜分离和生物降解作用有机结合，从而实现高效固液分离和污泥浓缩，是水处理领域中最具发展潜力的技术之一。然而，操作成本较高、稳定性差等缺点限制了MBR工艺的进一步推广应用，主要原因是MBR工艺中膜污染问题。MBR工艺运行过程中，污水混合液中的微粒、胶体及微生物产生的溶解性物质与膜之间存在物理、化学或机械作用，引起膜面或膜孔内吸附、沉积，导致膜孔径变小或堵塞，使膜的透过流量与分离特性发生不可逆变化，造成膜污染，其主要特征是膜通量下降或者跨膜压差(TMP)升高。

[0003] 膜污染会影响MBR工艺运行稳定性，降低膜的使用寿命，使得运行能耗和操作难度增大，严重时会导致出水不达标。当前的膜污染控制技术主要有化学、生物和物理法。化学法控制膜污染主要是在运行过程中向MBR反应器中投加化学药剂改善污泥性质，或将污染的膜组件浸泡在氧化剂(如过氧化氢)或者酸碱溶液(如次氯酸钠、柠檬酸、过氧化氢)中来进行清洗。化学法对膜污染的清洗效果较好，但添加的药剂既会增加运行成本，也会造成二次污染，同时，频繁的化学清洗也会影响膜的使用寿命；生物法是指通过向MBR反应器投加捕食性微生物或原生动物摄食水中的有机物来控制膜污染，但微生物在反应器内的生长与分布难以控制，且微生物代谢过程中会分泌溶解性有机物会加速膜污染产生；物理法是通过外力作用减少污染物在膜孔及膜面的积累，缓解膜污染。一般有反冲洗(水或者气体)、超声波清洗等。物理法通常操作简单，无二次污染，但其清洗效果不如化学清洗，工程应用效果较差。因此亟需寻求一种绿色高效的膜污染控制技术。

[0004] 有研究表明，电化学法在延缓MBR工艺膜生物污染方面具有潜在优势，可以有效控制膜污染。其主要原因是一方面通过电化学过程中产生各种具有强氧化性的物质氧化降解有机物，减少其在膜面或孔道的沉积；另一方面通过电化学法产生的电场影响微生物活性，促进微生物细胞代谢，加速水中有机物降解，从而降低膜污染。电化学法具有清洗效果好、过程稳定、无需外加药剂、无二次污染、反应条件温和等优点，是一种清洁高效的膜污染控制方法。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种用于MBR膜污染控制的电化学系统，解决了现有技术中存在的MBR工艺膜分离单元中膜污染严重的问题。

[0006] 本发明所采用的技术方案是，一种用于MBR膜污染控制的电化学系统，包括缺氧反应池和好氧反应池，缺氧反应池和好氧反应池通过隔板隔开，缺氧反应池通过管道连接有水泵，缺氧反应池内设有搅拌器，好氧反应池连接有鼓风机，好氧反应池设有膜单元，好氧反应池通过循环泵连接有电化学反应系统，好氧反应池下部设有污泥口，好氧反应池上部连接有自吸泵，底部通过管道连接有蠕动泵的吸入口，蠕动泵的排出口通过管道连接有缺氧反应池的底部；电化学反应系统包括电化学反应池，电化学反应池内设有阴极、阳极，阴极、阳极分别连接电源的两极。

[0007] 本发明的特点还在于：

[0008] 电化学反应系统中的阳极采用DSA电极，阴极为不锈钢或者铁板。

[0009] 电源供电模式为低压直流电或脉冲电。

[0010] 本发明的另一目的是提供一种用于MBR膜污染控制的电化学方法。

[0011] 本发明所采用的技术方案是，一种用于MBR膜污染控制的电化学方法，原水区的污水通过水泵抽至缺氧反应池，污水在缺氧反应池反应后，通过溢流口流至好氧反应池，好氧反应池内设置有膜分离单元，分离完成后，污水一部分通过蠕动泵直接回流到缺氧反应池，一部分经循环泵进入电化学反应系统过电化学处理后再回流到缺氧反应池，第三部分则直接通过自吸泵抽至出水区。

[0012] 本发明的特点还在于：

[0013] 电化学反应池中的污泥浓度XTSS为8g/L～15g/L。

[0014] 电化学处理温度为5℃～50℃，电流密度范围为5mA/cm2～100mA/cm2，停留时间为30min～180min。

[0015] 阳极和阴极板的间距为1.0cm～4.5cm。

[0016] 本发明的有益效果是：将电化学法与MBR工艺结合起来，利用电化学氧化和电场作用来加速降解有机物，促进微生物细胞代谢，在一定程度上抑制膜污染问题。本发明中的电化学法清洁高效、过程稳定、绿色经济，且本发明中的电化学工艺不需要进行土建，可直接模块嵌入，是一种较为有效便利的膜污染控制方法。

附图说明

[0017] 图1是本发明一种用于MBR膜污染控制的电化学系统及其方法的系统图；

[0018] 图2是本发明一种用于MBR膜污染控制的电化学系统及其方法的电化学系统图；

[0019] 图3是本发明一种用于MBR膜污染控制的电化学系统及其方法的对比图；

[0020] 图4是本发明一种用于MBR膜污染控制的电化学系统及其方法中实施例1的SEM图；

[0021] 图5是本发明一种用于MBR膜污染控制的电化学系统及其方法的实施例2的SEM图；

[0022] 图6是本发明一种用于MBR膜污染控制的电化学系统及其方法的相同水质条件下不同系统中膜清洗次数的对比图。

[0023] 图中，1.水泵，2.搅拌器，3.蠕动泵，4.电化学反应系统，5.鼓风机，6.自吸泵，7.循环泵。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0025] 本发明一种用于MBR膜污染控制的电化学系统，如图1所示，包括缺氧反应池和好氧反应池，缺氧反应池和好氧反应池通过隔板隔开，缺氧反应池通过管道连接有水泵1，缺氧反应池内设有搅拌器2，缺氧反应池的污水通过隔板溢流入好氧反应池，好氧反应池连接有鼓风机5，好氧反应池设有膜单元，好氧反应池通过循环泵7连接有电化学反应系统4，好氧反应池下部设有污泥口，好氧反应池上部连接有自吸泵6，底部通过管道连接有蠕动泵3的吸入口，蠕动泵3的排出口通过管道连接有缺氧反应池的底部。

[0026] 其中，如图2所示，电化学反应系统4包括电化学反应池，电化学反应池内设有阴极、阳极，阴极、阳极分别连接电源的两极；阳极材料采用DSA电极(形稳阳极)，阴极为不锈钢或者铁板。

[0027] 一种用于MBR膜污染控制的电化学方法，工艺流程为：原水区的污水通过水泵1抽至缺氧反应池，在缺氧反应池，通过搅拌器2来保证缺氧条件，缺氧反应池与好氧反应池之间通过隔板隔开，污水在缺氧反应池反应一段时间后，通过溢流口流至好氧反应池，好氧反应池内设置有膜分离单元，通过鼓风机5曝气维持好氧条件，在好氧反应池处理完毕后，一部分通过蠕动泵3直接回流到缺氧反应池，一部分经循环泵7进入电化学反应系统4经过电化学处理后再回流到缺氧反应池，第三部分则直接通过自吸泵6抽至出水区。

[0028] 电化学反应池中的污泥浓度XTSS为8g(TSS)/L～15g(TSS)/L，处理温度为5℃～50℃，温差随季节变化而有着较大波动，冬季温度低，夏季温度高，同时电化学反应会释放一2 2
部分热量，反应过程中温度也会有所升高，电流密度范围为5mA/cm ～100mA/cm ，阳极和阴极板的间距为1.0cm～4.5cm，停留时间为30min～180min，电源为低压直流电或脉冲电。

[0029] 在电化学反应系统4内，阳极即DSA电极在电化学反应中会通过产生大量具有强氧化性的物质降解有机物，同时电场作用可以刺激微生物细胞，促进微生物细胞的新陈代谢，增强对有机物的吸附与降解。

[0030] 采用电化学法来控制MBR膜污染，可使膜通量提高20％～60％，TMP上升速率降低20％～60％，膜污染速率显著降低，清洗次数减少，在一定程度上提高了MBR工艺的运行稳定性，降低了运行成本。

[0031] 实施例1

[0032] 采用Ti/PbO2改性电极为阳极，铁板为阴极，电化学反应系统中阳极和阴极板的间2
距为4.5cm，电流密度为30mA/cm，回流液在电化学反应系统停留时间为30min，回流液污泥浓度为14.86g/L。

[0033] 与单一的MBR工艺相比，电化学‑MBR工艺的TMP上升速率降低了23.8％，膜通量提高27.7％，图3为不加电化学系统时，MBR膜的SEM图片，图4为本实施例的SEM图片，与图3相比，从图4可以看到EMBR膜表面颗粒沉积较少，膜污染程度较轻。

[0034] 实施例2

[0035] 采用Ti/RuO2电极为阳极，不锈钢为阴极，电化学反应系统中阳极和阴极板的间距2
为3.5cm，电流密度为100mA/cm ，回流液在电化学反应系统停留时间为60min，回流液污泥浓度为12.53g/L。

[0036] 与单一的MBR工艺相比，电化学‑MBR工艺的TMP上升速率降低了48.1％，膜通量提高54.5％，图5为本实施例的SEM图片，与图3相比，从图5可以看到膜表面滤层中的污染物含量较少，由于电场作用使得膜表面的污染层更易于去除。

[0037] 实施例3

[0038] 在相同水质条件下，对比传统MBR与电化学‑MBR运行情况。在电化学‑MBR耦合工艺中，采用Ti/SnO2电极为阳极，不锈钢为阴极，电化学反应系统中阳极和阴极板的间距为2
1cm，电流密度为5mA/cm ，回流液在电化学反应系统停留时间为180min，回流液污泥浓度为
10.17g/L。

[0039] 与单一的MBR工艺相比，电化学‑MBR工艺的TMP上升速率降低了56.2％，膜通量提高60.5％，同时膜的使用寿命增加，清洗间隔减少，如图6所示，相同水质条件下不同系统中膜清洗次数的对比图，其中的电化学‑MBR(EMBR)工艺中Ti/SnO2电极为阳极，不锈钢为阴极。

[0040] 实施例4

[0041] 在相同水质条件下，对比传统MBR与电化学‑MBR运行情况。在电化学‑MBR耦合工艺中，采用Ti/MnO2电极为阳极，不锈钢为阴极，电化学反应系统中阳极和阴极板的间距为2
3.5cm，电流密度为20mA/cm ，回流液在电化学反应系统停留时间为120min，回流液污泥浓度为8.38g/L。

[0042] 与单一的MBR工艺相比，电化学‑MBR工艺的TMP上升速率降低了50.8％，膜通量提高56.5％，同时膜的使用寿命增加，清洗间隔减少

[0043] 实施例5

[0044] 在相同水质条件下，对比传统MBR与电化学‑MBR运行情况。在电化学‑MBR耦合工艺中，采用Ti/IrO2电极为阳极，不锈钢为阴极，电化学反应系统中阳极和阴极板的间距为2
4cm，电流密度为60mA/cm ，回流液在电化学反应系统停留时间为60min，回流液污泥浓度为
7.97g/L。

[0045] 与单一的MBR工艺相比，电化学‑MBR工艺的TMP上升速率降低了40.1％，膜通量提高44.7％，同时膜的使用寿命增加，清洗间隔减少。