【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及污水处理，具体而言，尤其涉及一种基于导电分离膜的电化学强化厌氧氨氧化膜生物反应器及其生物脱氮方法。
技术介绍
1、传统的硝化和反硝化生物脱氮工艺，需要曝气和投加额外碳源，运行成本高。厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation，anammox)以亚硝酸盐为电子受体，氨氮为电子供体，在厌氧条件下生成氮气。与传统脱氮工艺相比，厌氧氨氧化工艺具有节约外加碳源、节省供氧能耗、降低剩余污泥产量和减少温室气体排放等优势，因此被认为是极具前景的新型脱氮工艺。然而，厌氧氨氧化菌难富集、生物活性低，导致工艺启动时间长，稳定运行难，严重阻碍了该工艺的规模化应用。因此，采取有效措施强化厌氧氨氧化菌的富集与生物活性，是实现该技术推广应用的当务之急。
2、基于膜生物反应器的厌氧氨氧化(membrane bioreactor for anammox)工艺能够有效截留厌氧氨氧化菌，维持反应器内较高的污泥浓度，从而实现厌氧氨氧化菌的富集培养，加速启动过程，提高脱氮效果。然而，与常规mbr工艺类似，基于膜生物反应器的厌氧氨氧化工艺在运行过程中，部分厌氧氨氧化污泥吸附在膜表面从而堵塞膜孔，影响膜孔效率。因此，其出水通量随运行时间而逐渐下降，即膜堵塞问题。考虑到膜污染物质带有负电荷这一特性，利用导电材料制备导电膜，并在表面施加负偏压，通过电排斥作用阻碍污泥附着，有望缓解膜污染。
3、另一方面，厌氧氨氧化细菌具有聚集生长特性，微生物表面含有大量的eps，带有负电荷。在阳极材料表面施加正偏压，可以与表面带负电
4、此外，厌氧氨氧化细菌具有胞外电子传递能力，通过胞内的细胞色素c将电子转移至胞外，和胞外不溶性的物质进行电子交换。这种胞外电子传递具有强化细菌富集和提高其代谢活性的能力。阳极材料可以作为厌氧氨氧化菌胞外电子传递的受体，在阳极材料表面施加正偏压，可以加速胞外电子传递过程，从而强化厌氧氨氧化菌活性。同时，外加的电刺激能够使厌氧氨氧化小体膜边缘上的细胞色素c的储存量增大，加快胞内电子传递速率，从而增强厌氧氨氧化菌活性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供了一种基于导电分离膜的电化学强化厌氧氨氧化膜生物反应器及其生物脱氮方法，其以导电膜组件为基本分离单元并作为阴极，使用导电性能和生物亲和性好、经济环保的碳材料或金属材料作为阳极，在外加电压的作用下，反应器的阴极用于截留微生物，以维持较高的污泥浓度，并有效缓解膜污染，阳极附着生物膜，用于强化厌氧氨氧化菌的挂膜与代谢活性，实现高效脱氮。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、本专利技术一方面提供一种基于导电分离膜的电化学强化厌氧氨氧化膜生物反应器，所述膜生物反应器包括反应器壳体、阳极、阴极、直流电源、进水管道和出水管道；所述反应器壳体其内装填有厌氧氨氧化菌，底部设置进水口，进水口与进水管道相连；所述阳极和阴极位于反应器壳体内；所述直流电源的正极与阳极相连，负极与阴极相连；所述阴极为导电膜组件，导电膜组件顶部设置有出水口，出水口与出水管道相连。
4、厌氧氨氧化反应器内部包括阳极材料与导电膜组件，导电膜组件作为阴极，反应器外部设置直流稳压电源，阳极材料与导电膜组件通过导线与外置直流稳压电源相连。
5、上述技术方案中，进一步地，所述阳极材料包括碳材料或金属材料，所述碳材料为碳纤维刷、碳毡、碳布、碳棒中的一种，所述金属材料为钛网、钌铱钛板、钌铱钛片、不锈钢网、不锈钢片、铜网、铜片中的一种。
6、上述技术方案中，进一步地，制备导电膜组件的导电材料包括碳纳米管、mxene、石墨烯、氧化石墨烯、导电碳黑、导电石墨中的一种，所述导电膜组件包括中空纤维膜组件、管式膜组件、平板膜组件中的一种。
7、上述技术方案中，进一步地，所述导电膜组件中的膜包括超滤膜、微滤膜。
8、本专利技术另一方面提供一种利用上述膜生物反应器的生物脱氮方法，污废水通过进水管道经进水口进入膜生物反应器，与厌氧氨氧化菌充分接触后，经由导电膜组件顶部的出水口通过出水管道排出。
9、上述技术方案中，进一步地，所述反应器施加电压为0～2.0v，相应的阳极电势为0～0.5v vs.ag/agcl，阴极电势为0～-1.5v vs.ag/agcl。
10、上述技术方案中，进一步地，所述反应器内部温度为10～40℃。
11、本专利技术的有益效果为：
12、(1)采用膜生物反应器，将厌氧氨氧化菌有效截留在反应器内，达到富集效果。同时，阴极上施加的负偏压通过电排斥作用缓解eps在膜表面的粘附，从而达到缓解膜污染的目的。
13、(2)在阳极上施加正偏压，厌氧氨氧化菌通过电吸附作用在阳极富集。
14、(3)在外加电场的作用，厌氧氨氧化菌内的小体上附着的细胞色素c储存量加大，加快胞内电子转移速率，提高厌氧氨氧化菌活性。
15、(4)阳极作为胞外电子受体，在阳极材料表面施加的正偏压加速胞外电子传递速率，进一步提高厌氧氨氧化菌活性。该装置脱氮性能良好，有效缓解膜污染，操作简单，有利于厌氧氨氧化膜生物反应器技术的推广运用。
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1.一种基于导电分离膜的电化学强化厌氧氨氧化膜生物反应器，其特征在于：所述膜生物反应器包括反应器壳体、阳极、阴极、直流电源、进水管道和出水管道；所述反应器壳体其内装填有厌氧氨氧化菌，底部设置进水口，进水口与进水管道相连；所述阳极和阴极位于反应器壳体内；所述直流电源的正极与阳极相连，负极与阴极相连；所述阴极为导电膜组件，导电膜组件顶部设置有出水口，出水口与出水管道相连。
2.根据权利要求1所述的基于导电分离膜的电化学强化厌氧氨氧化膜生物反应器，其特征在于：所述阳极材料包括碳材料或金属材料，所述碳材料为碳纤维刷、碳毡、碳布、碳棒中的一种，所述金属材料为钛网、钌铱钛板、钌铱钛片、不锈钢网、不锈钢片、铜网、铜片中的一种。
3.根据权利要求1所述的基于导电分离膜的电化学强化厌氧氨氧化膜生物反应器，其特征在于：制备导电膜组件的导电材料包括碳纳米管、MXene、石墨烯、氧化石墨烯、导电碳黑、导电石墨中的一种，所述导电膜组件包括中空纤维膜组件、管式膜组件、平板膜组件中的一种。
4.根据权利要求3所述的浸没式导电膜组件，其特征在于：所述导电膜组件中的膜包括超滤膜
5.一种利用权利要求1-4任一项所述膜生物反应器的生物脱氮方法，其特征在于：污废水通过进水管道经进水口进入膜生物反应器，与厌氧氨氧化菌充分接触后，经由导电膜组件顶部的出水口通过出水管道排出。
6.根据权利要求5所述的生物脱氮方法，其特征在于：所述反应器施加电压为0～2.0V，相应的阳极电势为0～0.5V vs.Ag/AgCl，阴极电势为0～-1.5V vs.Ag/AgCl。
7.根据权利要求5所述的生物脱氮方法，其特征在于：所述反应器内部温度为10～40℃。
...【技术特征摘要】
1.一种基于导电分离膜的电化学强化厌氧氨氧化膜生物反应器，其特征在于：所述膜生物反应器包括反应器壳体、阳极、阴极、直流电源、进水管道和出水管道；所述反应器壳体其内装填有厌氧氨氧化菌，底部设置进水口，进水口与进水管道相连；所述阳极和阴极位于反应器壳体内；所述直流电源的正极与阳极相连，负极与阴极相连；所述阴极为导电膜组件，导电膜组件顶部设置有出水口，出水口与出水管道相连。
2.根据权利要求1所述的基于导电分离膜的电化学强化厌氧氨氧化膜生物反应器，其特征在于：所述阳极材料包括碳材料或金属材料，所述碳材料为碳纤维刷、碳毡、碳布、碳棒中的一种，所述金属材料为钛网、钌铱钛板、钌铱钛片、不锈钢网、不锈钢片、铜网、铜片中的一种。
3.根据权利要求1所述的基于导电分离膜的电化学强化厌氧氨氧化膜生物反应器，其特征在于：制备导电膜组件的导电...
【专利技术属性】
技术研发人员：全燮，秦慧娟，刘涛，陈硕，张海光，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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