[发明专利]一体式电化学耦合膜曝气生物膜反应器及其应用

说明书

本发明公开了一种一体式电化学耦合膜曝气生物膜反应器及其应用，属于污水处理技术领域。该反应器包括进水管、进水泵、反应器壳体、管式铱钽钛阳极、钛丝网阴极、无泡曝气中空纤维膜、出水管和曝气系统；进水管一端置于反应器壳体内；钛丝网阴极位于反应器壳体内，钛丝网阴极呈柱状且与电源的负极电连接；管式铱钽钛阳极置于钛丝网阴极内侧且与电源的正极电连接；无泡曝气中空纤维膜置于管式铱钽钛阳极内腔；曝气系统包括曝气泵、分别与无泡曝气中空纤维膜上端和下端相连的进气管和废气管；出水管与管式铱钽钛阳极内腔连通。本发明反应器在连续流模式下运行时可实现难降解有机物的高效氧化降解和矿化去除，大大提高对难降解有机污染物的去除效率。

技术领域

本发明具体涉及一种一体式电化学耦合膜曝气生物膜反应器及其应用，属于污水处理技术领域。

背景技术

随着药物、个人护理用品等化合物的广泛应用，抗生素等有毒有害难降解有机物能通过多种途径进入水体中。运用常规的处理方法通常无法有效地去除这些微量或痕量有机物，一旦进入水体将造成严重二次污染问题。

膜曝气生物膜反应器(Membrane-aerated biofilm reactor，MABR)是利用透气膜进行曝气供氧的一种污水生物处理工艺，溶解氧通过气体透过性膜扩散进入生物膜进而氧化污染物，同时气体透过性膜也可作为生物膜生长的载体，膜曝气生物膜反应器由于采用无泡曝气的方式，氧气的传递效率可以接近100％，高效的氧传质速率、较高的生物膜表面积和内外分层的特殊生物膜结构，使得MABR在污水处理中具有明显的优势。但是目前膜曝气生物膜反应器对抗生素等难降解有机污染物的去除效率十分有限，且在抗生素等有机物胁迫条件下反应器中的微生物易产生耐药性和抗性基因，抗性微生物的扩散和抗性基因的横向转移会造成新的二次污染问题。

电化学高级氧化法作为一种新兴污水处理技术，其通过在电极间施加电压，能够快速产生强氧化性物质(如羟基自由基、H₂O₂等)，有效降解污水中的难降解有机污染物。但由于电化学高级氧化法难以有效矿化有机污染物，抗生素等难降解有机污染物经强氧化性物质氧化降解后产生的中间产物易在系统内积累，随出水进入水体，从而影响出水水质。

因此，如何将电化学高级氧化与膜曝气生物膜反应器进行高效耦合，以实现抗生素等难降解有机物的高效电化学氧化和中间产物的微生物矿化，从而大大提高反应器对抗生素等难降解有机污染物的去除效率是目前研究和实践的重点。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种一体式电化学耦合膜曝气生物膜反应器及其应用，该反应器采用钛丝网作为阴极，管式铱钽钛电极作为阳极，通过稳压直流电源施加电场构成反应器的电解区，采用无泡曝气中空纤维膜置于管式铱钽钛阳极内部作为微生物生长聚集的载体，通过曝气系统供给空气形成生物膜构成反应器的生物区，在连续流模式下操作运行时，无需添加任何化学试剂，即可通过产生强氧化性物质和生物协同，实现难降解有机物的高效氧化降解和高效矿化去除，大大提高反应器对抗生素等难降解有机污染物的去除效率。此外，前置的电解区可以有效抑制污水处理过程中抗性微生物和抗性基因的产生，大大降低抗生素废水处理的环境风险。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

一种一体式电化学耦合膜曝气生物膜反应器，包括进水管、进水泵、反应器壳体、管式铱钽钛阳极、钛丝网阴极、无泡曝气中空纤维膜、出水管、曝气系统、电源；所述进水管一端置于反应器壳体内，进水管上设有进水泵；所述钛丝网阴极位于反应器壳体内，钛丝网阴极呈柱状，钛丝网阴极通过导线与电源的负极相连；所述管式铱钽钛阳极置于钛丝网阴极内侧，管式铱钽钛阳极通过导线与电源的正极相连；所述无泡曝气中空纤维膜置于管式铱钽钛阳极内腔；所述曝气系统包括曝气泵、进气管和废气管，进气管一端与曝气泵相连，另一端与无泡曝气中空纤维膜上端相连通，废气管一端与无泡曝气中空纤维膜下端相连通，另一端与大气连通；所述出水管与管式铱钽钛阳极内腔相连通。

作为优选方案，所述反应器还包括穿孔布水槽，穿孔布水槽位于反应器壳体顶部，进水管一端置于穿孔布水槽内。