一种用于污水处理的主体反应器及其污水处理方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种用于污水处理的主体反应器及其污水处理方法。

背景技术

随着社会发展和人类生产活动，抗生素被大量使用，不同水体中均测检测出不同浓度和类别的抗生素，对人类健康和生态环境具有巨大的潜在危害。由此产生的抗生素废水治理问题是水处理技术领域的关注点之一，而传统的污水处理装置和污水处理方法中，通常只是出去污水中的氮和磷，而未对污水中的抗生素进行降解消除，且传统的污水处理方式成本高，效率低下，无法满足使用。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题而提供一种能够降解污水中的抗生素，并能够有效延长石墨烯碳纳米管中空纤维膜的使用寿命和提高抗生素废水处理效率的用于污水处理的主体反应器及其污水处理方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种用于污水处理的主体反应器，包括主体反应器，所述主体反应器内设有电膜组件，所述电膜组件通过钛丝连接阴极与阳极形成闭合回路，污水从主体反应器的底部进入，经电膜组件后从主体反应器的顶部排出，所述主体反应器的外侧设有气泵，所述气泵将主体反应器内产生的气体收集并将气体回流至主体反应器内。

优选的，所述主体反应器的外侧还设有水箱与储水箱，所述水箱通过蠕动泵将污水抽至主体反应器，经主体反应器电解反应处理后排出，经蠕动泵抽至储水箱内。

优选的，还包括气体流量计，所述气体流量计的一端与气泵连接，另一端与主体反应器的底部连通，所述气泵的一端与集气罐连通，所述主体反应器的顶部设有集气口，所述集气口通过管道与集气罐连通。

优选的，所述电膜组件包括不锈钢网卷与中空纤维膜，所述中空纤维膜连接钛丝至主体反应器外部，所述不锈钢网卷与中空纤维膜分别连接同一根钛丝形成闭合回路。

优选的，所述不锈钢网卷为空心圆柱状并垂直放在反应器中为阴极，所述不锈钢网卷固定在主体反应器的内壁上，所述中空纤维膜为阳极。

优选的，所述中空纤维膜为石墨烯碳纳米管中空纤维膜。

优选的，其中钛丝连接至直流电源上，并施加1V电压。

优选的，所述钛丝与污水接触的部分采用树脂密封，防止钛线与污水发生反应，所述主体反应器在中空纤维膜的下方还设有可拆卸的布水器。

一种用于污水处理的主体反应器的污水处理方法，包括如下步骤： （1）启动其中一个蠕动泵，使水箱内的污水流至主体反应器； （2）打开外置直流电源开关，使不锈钢网卷、中空纤维膜与钛丝形成闭合回路； （3）启动气泵，使步骤（2）中反应产生的气体回流至主体反应器的底部； （4）启动另一个蠕动泵，将处理后的污水排至储水箱内。

优选的，所述步骤（2）中污水内的有机物在微生物作用下分解释放出电子和质子，电子和质子依靠电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过直流电源的1V电压传递至阴极形成电流。

本发明公开一种用于污水处理的主体反应器及其污水处理方法，包括主体反应器，主体反应器内设有电膜组件，电膜组件通过钛丝连接阴极与阳极形成闭合回路，污水从主体反应器的底部进入，经电膜组件后从主体反应器的顶部排出，主体反应器的外侧设有气泵，气泵将主体反应器内产生的气体收集并将气体回流至主体反应器内，主体反应器的外侧还设有水箱与储水箱，所述水箱通过蠕动泵将污水抽至主体反应器，经主体反应器电解反应处理后排出，经蠕动泵抽至储水箱内；该用于污水处理的主体反应器及其污水处理方法能够降解污水中的抗生素，并能够有效延长石墨烯碳纳米管中空纤维膜的使用寿命和提高抗生素废水处理效率，适合推广使用。

附图说明

图1为本发明一种用于污水处理的主体反应器的整体结构示意图。

其中：1、水箱；2、蠕动泵；3、直流电源；4、不锈钢网卷；5、石墨烯碳纳米管中空纤维膜；6、集气口；7、集气罐；8、流量计；9、气泵；10、储水箱。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。附图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

请参照图1，一种用于污水处理的主体反应器，包括主体反应器，所述主体反应器内设有电膜组件，所述电膜组件通过钛丝连接阴极与阳极形成闭合回路，污水从主体反应器的底部进入，经电膜组件后从主体反应器的顶部排出，所述主体反应器的外侧设有气泵9，所述气泵9将主体反应器内产生的气体收集并将气体回流至主体反应器内，当主体反应器内的气体回流至主体反应器内后，气体在污水中形成气泡，可有效的促进污泥和水充分接触，而多余的气体将通过集气口6排至集气罐7内。

在本发明方案中，所述主体反应器的外侧还设有水箱1与储水箱10，所述水箱1通过蠕动泵2将污水抽至主体反应器，经主体反应器电解反应处理后排出，经蠕动泵抽至储水箱10内，其中主体反应器外部还包括气体流量计8，所述气体流量计8的一端与气泵9连接，另一端与主体反应器的底部连通，所述气泵9的一端与集气罐7连通，所述主体反应器的顶部设有集气口6，所述集气口6通过管道与集气罐7连通。

含抗生素的废水进入主体反应器后，在微生物的代谢作用下降解大部分COD和NH

作为优选方案，所述电膜组件包括不锈钢网卷4与中空纤维膜5，所述中空纤维膜5连接钛丝至主体反应器外部，所述不锈钢网卷4与中空纤维膜5分别连接同一根钛丝形成闭合回路，其中所述不锈钢网卷4固定在主体反应器的内壁上，所述不锈钢网卷4为空心圆柱状并垂直放在反应器中为阴极，所述中空纤维膜为阳极，其中钛丝连接至直流电源3上，并施加1V电压，污水处理完成后通过蠕动泵进入储水箱。

进一步的，所述中空纤维膜为石墨烯碳纳米管中空纤维膜。

在主体反应器内，由于污泥的存在会产生可溶性微生物产物(SMP)和胞外聚合物(EPS) 等胞外生物有机物(EBOM)，容易在电膜组件表面形成滤饼层，降低膜通量影响膜出水量，严重影响反应器的长期运行，需要定期冲洗或更换，而通过石墨烯碳纳米管中空纤维膜外加电场会影响污泥絮凝体的粒径分布，污泥絮体的表面电荷，EBOM的含量和组成。混合液中的污泥絮凝体、胶体等污物在中性pH时由于含有电负性官能基而带负电荷，在施加电场后，混合液中带负电荷的污物会受到阴极的斥力而被逐出膜表面，从而减轻膜污染。并且采用石墨烯-碳纳米管复合膜具有良好的导电性和亲水性，弥补了单一成膜材料的弊端，容易发生电化学或生物电化学氧化。电化学氧化作用使污染物在过滤过程中对膜的黏附作用降低形成松散的污染层，容易被水力清除实现膜功能的快速再生。

主体反应器内阳极发生电解产生羟基自由基，能够对污水中抗生素起到氧化作用，其反应方程式如下：

e

电化学氧化后中间产物更好的被微生物利用降解，部分则被直接氧化成CO

HO·+ H

另一方面在电膜组件阴极发生氧还原反应生成 H

O

上述反应生成的 H

O

2H

因此含抗生素的废水在膜生物反应器耦合电化学处理技术下得到充分处理降解，同时控制膜污染形成，提高污水处理能力和膜材料持续使用性能。

作为优选方案，所述钛丝与污水接触的部分采用树脂密封，防止钛线与污水发生反应，所述主体反应器在中空纤维膜5的下方还设有可拆卸的布水器，便于污水均匀的经过电膜组件。

一种用于污水处理的主体反应器的污水处理方法，包括如下步骤： （1）启动其中一个蠕动泵，使水箱内的污水流至主体反应器； （2）打开外置直流电源3开关，使不锈钢网卷、中空纤维膜与钛丝形成闭合回路； （3）启动气泵，使步骤（2）中反应产生的气体回流至主体反应器的底部； （4）启动另一个蠕动泵，将处理后的污水排至储水箱内。

所述步骤（2）中污水内的有机物在微生物作用下分解释放出电子和质子，电子和质子依靠电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过直流电源的1V电压传递至阴极形成电流。

该发明用于污水处理的主体反应器及其污水处理方法的工作原理为：废水首先通过蠕动泵从下而上进入主体反应器，在恒定水力停留时间下连续进水，在好氧条件下微生物混合区发生水解酸化使大分子有机质转化为小分子有机质，在主体反应器顶部设有集气口和集气罐收集产生的气体，然后和部分空气回流至反应器底部迸射促进泥水混合加快微生物反应。污水自下而上继续经过导电膜组件区，其中以石墨烯碳纳米管中空纤维膜为阳极并连接钛丝至反应器外部，不锈钢网卷曲为空心圆柱状垂直放在反应器中作为阴极，将钛丝从不锈钢网与外部接口位置插入紧密固定在反应器内壁上，分别连接导线与直流电源相连形成闭合回路，最后污水从膜组件出水口流出反应器；可降解污水中的抗生素，并能够有效延长石墨烯碳纳米管中空纤维膜的使用寿命和提高抗生素废水处理效率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。