本发明涉及污水处理系统领域，特别涉及一种内部电场刺激一体式膜生物反应器。
背景技术：
在分散式生活污水处理中涉及到化学需氧量（cod）、氨氮、磷酸盐及悬浮物（ss）的去除，为达到排放标准，一般需采用厌氧、缺氧及好氧生化处理相结合，同时投加除磷药剂。但是，由于生化反应本身效率偏低，尤其在低温运行条件下，难以实现出水的达标排放，而小型一体化处理装置本身也存在抗冲击负荷偏低、稳定性差及出水ss难以达标的局限性，必须采取相应的强化措施以满足日趋严格的排放标准。
专利公告号为cn103043873a的发明专利中公开了一种膜生物反应器/微生物燃料电池的污水处理装置，将微生物燃料电池与mbr有机地结合在一起，构成一种新的有机废水处理装置，该装置利用微生物燃料电池产生的电能补偿mbr电能消耗，并使作为微生物燃料电池阴极的mbr膜表面带负电，产生静电斥力，有效降低膜污染，降低运行成本，同时保证了mbr装置具有良好的出水水质。然而，该装置要保证足够的污水处理速率，必须要保证活性污泥的浓度，使得污泥浓度需要高于传统活性污泥，一旦装置中活性污泥发生老化，可导致活性污泥的活性下降，效率降低，影响污水处理效果。除了在曝气方面，活性污泥极易附着在膜组件表面，导致膜生物组件污染，缩短膜生物组件的使用寿命。
技术实现要素：
本发明针对上述现有技术存在的问题，提供了一种内部电场刺激一体式膜生物反应器，该反应器可有效提高活性污泥中菌种的活性，改善净化效果，提高污水的净化率。
为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：
一种内部电场刺激一体式膜生物反应器，包括池体，所述池体通过折流板隔离出一级厌氧区、二级厌氧区、三级厌氧区、缺氧区和好氧膜生物区，好氧膜生物区内设有膜生物组件，所述一级厌氧区、二级厌氧区内均设有厌氧填料和空气阴极，所述好氧膜生物区内设有微生物燃料电池，所述微生物燃料电池与所述厌氧填料和空气阴极通过导线连接构成闭合微生物刺激电路；
所述膜生物组件的下方设有至少一组弧形挡板组，所述弧形挡板组包括平行设置的下弧形板组和上弧形板组，所述上弧形板组由至少两个弧形板构成，下弧形板组均由至少一个弧形板构成，上弧形板组和下弧形板组的弧形方向相反，所述下弧形板组的弧形板设置在所述上弧形板组的相邻两个弧形板之间。
作为优选，所述电场电极由两块不锈钢电极片组成，电场电极设置在所述膜生物组件的一侧，所述导线为铂丝骨架，所述两块不锈钢电极片分别通过铂丝骨架连接所述微生物燃料电池的阴极和所述微生物燃料电池的阳极。
作为优选，所述微生物燃料电池包括设置在所述一级厌氧区、二级厌氧区内的厌氧填料和空气阴极，所述厌氧填料和空气阴极采用碳毡、碳布、碳纤维、惰性金属网中的其中一种或多种导电材料制成，所述空气阴极悬浮于一级厌氧区、二级厌氧区的水面。
作为优选，所述微生物燃料电池产生的电压为0.5-1v。
作为优选，所述好氧膜生物区的一侧设有循环脱水区，所述循环脱水区内设有活性污泥储桶和脱水机构，所述脱水机构上端固定连接有进水通管，进水通管通过溢流管连通所述好氧膜生物区，所述脱水机构的排水管通过电磁阀分别连接所述好氧膜生物区和活性污泥储桶，进水通管还通过所述排污管道连接所述一级厌氧区、二级厌氧区、三级厌氧区、缺氧区和好氧膜生物区。
作为优选，所述排污管道包括排污管，所述排污管通过电磁阀联通所述一级厌氧区、二级厌氧区、三级厌氧区、缺氧区、好氧膜生物区和所述进水通管，所述排污管上设有污水泵组，所述污水泵组包括相互并联的第一污水泵和第二污水泵，所述第一污水泵、第二污水泵的方向相反。
作为优选，所述脱水机构包括外桶、内桶以及旋转机构，所述旋转机构包括旋转电机，所述旋转电机连接有皮带主动轮，皮带主动轮通过皮带连接皮带从动轮，所述皮带从动轮上连接有减速离合器，减速离合器通过转杆延伸连接所述内桶，所述内桶的内底部设有平衡固定盘，所述转杆的末端固定连接所述平衡固定盘。
作为优选，所述内桶的桶壁上均布有若干个卡槽，所述卡槽上卡接有滤板，所述滤板包括外框和背板，所述外框的正面开设有滤槽，外框内顺次铺设有滤网层、滤棉层以及有机物编织层，所述背板通过螺栓固定在外框的背面，背板上均布有通孔。
作为优选，所述进水通管的一端通过上轴套固定连接所述循环脱水区的上端，进水通管的另一端向下延伸入所述脱水机构的内桶，所述内容上端设有卡环，内桶内张设有滤网袋，所述滤网袋的袋口通过所述卡环固定，所述滤网袋下端设有重力传感器，所述重力传感器固定在所述平衡固定盘上。
作为优选，所述好氧膜生物区内设有曝气管，所述曝气管分别设置在所述弧形挡板组的上下两侧，所述曝气管的一端延伸连接有鼓风机。
本发明的有益效果在于：
1、本发明以厌氧折流为基础，耦合膜生物反应器，在传统的厌氧、缺氧及好氧处理过程中，通过折流板的作用延长了污水在系统中的足迹，污水在折流过程中与活性污泥接触机会大大增加；厌氧折流过程及膜生物组件处理过程将污泥停留时间与水力停留时间分开，提升了污泥浓度和处理效率，膜生物组件的下方设有至少一组弧形挡板组，最大限度地提升膜生物组件的抗冲击负荷，减少了活性污泥对膜生物组件的附着，从而减少对膜生物组件污染，延长了膜生物组件的使用寿命。
2、本发明将微生物燃料电池耦合一级厌氧区、二级厌氧区，将一级厌氧区、二级厌氧区污水中的有机物和氧气通过氧化还原反应转换为直流电，再通过电场电极向好氧膜生物区的活性污泥施加电场，以增强活性污泥中微生物细胞的酶的活性，一定程度提升了细胞生长能力和代谢水平，可以提高微生物对污染物的降解速率，从而提高系统对污染物的处理能力；同时，电能转化过程中将减少温室气体甲烷的产生量，从而实现节能减排。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明脱水机构的结构图；
图3为本发明内桶的俯视图；
图4为本发明滤板的结构图；
图5为本发明卡环、内桶与滤网袋的连接示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种内部电场刺激一体式膜生物反应器，包括池体1，所述池体1通过折流板8隔离出一级厌氧区2、二级厌氧区3、三级厌氧区4、缺氧区5和好氧膜生物区6，好氧膜生物区6内设有膜生物组件7，所述一级厌氧区2、二级厌氧区3内均设有生物燃料电池，所述好氧膜生物区6内设有电场电极30，所述微生物燃料电池与所述电场电极30通过导线12连接构成闭合微生物刺激电路；
所述膜生物组件7的下方设有至少一组弧形挡板组20，所述弧形挡板组20包括平行设置的下弧形板组和上弧形板组，所述上弧形板组由至少两个弧形板构成，下弧形板组均由至少一个弧形板构成，上弧形板组和下弧形板组的弧形方向相反，所述下弧形板组的弧形板设置在所述上弧形板组的相邻两个弧形板之间。所述好氧膜生物区6内设有曝气管，所述曝气管分别设置在所述弧形挡板组20的上下两侧，所述曝气管64的一端延伸连接有鼓风机65，鼓风机65为所述好氧膜生物区6的好氧菌提供氧气，为膜生物组件7提供水冲击力，减少活性污泥附着。
在本实施例中，所述弧形挡板组20设置在所述膜生物组件7的正下方，上弧形板组由两个弧形板构成，下弧形板组均由一个弧形板构成，下弧形板组的弧形板设置在所述上弧形板组的相邻两个弧形板之间的正下方。在其他实施例中，所述上弧形板组、下弧形板组可由两个、三个、四个甚至更多个弧形板构成，其数量的设置根据膜生物组件7的大小、好氧膜生物区6的规格决定。
经过厌氧及缺氧处理后的泥水混合物进入好氧膜生物区6后，先经过下弧形板组的弧形面导流至上弧形板组的弧形腔，泥水混合物在弧形腔内形成旋流，使得部分活性污泥得以分离沉淀至好氧膜生物区6底部，降低了泥水混合物对膜生物组件7的直接冲击，减少活性污泥对膜生物组件的附着和污染，而部分活性污泥则在旋流作用下靠近电场电极30，提高电场电极30与活性污泥的接触，有利于电场电极30向好氧膜生物区6的活性污泥施加电场刺激。
所述电场电极30由两块不锈钢电极片组成，电场电极30设置在所述膜生物组件7的一侧，所述导线12为铂丝骨架，所述两块不锈钢电极片分别通过铂丝骨架连接所述微生物燃料电池的阴极11和所述微生物燃料电池的阳极10。所述微生物燃料电池包括设置在所述一级厌氧区2、二级厌氧区3内的厌氧填料和空气阴极，所述厌氧填料和空气阴极采用碳毡、碳布、碳纤维、惰性金属网中的其中一种或多种导电材料制成，所述厌氧填料悬挂浸泡在泥水混合物内，所述空气阴极悬浮于一级厌氧区2、二级厌氧区3的水面。在本实施例中，所述厌氧填料采用炭毡制成，将炭毡固定成串，作为厌氧系统填料的同时作为微生物燃料的阳极10，空气阴极以炭毡为骨架，作为微生物燃料电磁的阴极11漂浮在一级厌氧区2、二级厌氧区3的水面，使得一级厌氧区2、二级厌氧区3内的氧气发生还原反应，将一级厌氧区、二级厌氧区污水中的有机物和氧气通过氧化还原反应转换为直流电，为所述电场电极30提供电刺激电源。所述微生物燃料电池产生的电压为0.5-1v，在该电压范围内，好氧膜生物区6的电流维持在10ma左右，能够促进活性污泥中微生物细胞的生长，使得单位面积内的微生物细胞的脱氢酶比活力提高1.98倍，提高了微生物细胞的代谢能力和活性，从而提高污水处理的效率，还可以降低活性污泥的投入。
参考图2-图5，随着时间的推移，好氧膜生物区6内的水泥混合物会不断增多，为了防止好氧膜生物区6内污水溢流，所述好氧膜生物区6的一侧设有循环脱水区9，所述循环脱水区9内设有活性污泥储桶91和脱水机构92，所述脱水机构92上端固定连接有进水通管93，进水通管93通过溢流管63连通所述好氧膜生物区6，所述脱水机构92的排水管通过电磁阀k1、k2分别连接所述好氧膜生物区6和活性污泥储桶91，进水通管93还通过所述排污管道连接所述一级厌氧区2、二级厌氧区3、三级厌氧区4、缺氧区5和好氧膜生物区6。
所述排污管道包括排污管95，所述排污管通过电磁阀k3、k4、k5、k6、k7联通所述一级厌氧区2、二级厌氧区3、三级厌氧区4、缺氧区5、好氧膜生物区6和所述进水通管93，所述排污管上设有污水泵组，所述污水泵组包括相互并联的第一污水泵94和第二污水泵96，所述第一污水泵94、第二污水泵96的方向相反。
正常运行时，电磁阀k1开启，电磁阀k2关闭，泥水混合物可通过溢流管63、进水通管93进入脱水机构92，泥水混合物通过脱水机构92脱水后，水分可通过电磁阀k1流回好氧膜生物区6，经过膜生物组件7净化后排放；当反应器中需要补充活性污泥时，电磁阀k1关闭，电磁阀k2、k9开启，电磁阀k3、k4、k5、k6或k7其中一个或多个开启，通过脱水机构92脱水后水分进入活性污泥储桶91，第二污水泵96开启，第一污水泵94关闭，活性污泥储桶91内的活性污泥通过排污管95补充至反应器中，补充完成后，第二污水泵96、电磁阀k2和电磁阀k3、k4、k5、k6或k7同时关闭；当反应器中的活性污泥发生老化时，活性污泥的沉淀效率高，反应器中接入污水，电磁阀k3、k4、k5、k6、k7、k8同时开启，第一污水泵94开启，第二污水泵96关闭，反应器中水泥混合物可通过排污管95转移至脱水机构中，电磁阀k1开启，电磁阀k2关闭，泥水混合物通过脱水机构92脱水后，水分可通过电磁阀k1流回好氧膜生物区6补充反应器水分，直至沉淀在反应器底部的活性污泥被排出，电磁阀k1、第一污水泵94关闭，第二污水泵96、电磁阀k2、k9开启，通过脱水机构92脱水后水分进入活性污泥储桶91，活性污泥储桶91内的活性污泥通过排污管95补充至反应器中，补充完成后，第二污水泵96、电磁阀k2和电磁阀k3、k4、k5、k6、k7、k8同时关闭，完成活性污泥更换。
所述脱水机构92包括外桶921、内桶922以及旋转机构，所述旋转机构包括旋转电机923，所述旋转电机923连接有皮带主动轮924，皮带主动轮924通过皮带连接皮带从动轮925，所述皮带从动轮925上连接有减速离合器926，减速离合器926通过转杆延伸连接所述内桶922，所述内桶922的内底部设有平衡固定盘927，所述转杆的末端固定连接所述平衡固定盘927。在本实施例中，所述循环脱水区9的一侧设有侧门，方便活性污泥储桶91更换泥种，以及方便清理脱水机构中污泥；所述循环脱水区9内设有支撑凸环，所述外桶921固定设置在所述支撑凸环上，旋转电机923、皮带主动轮924以及皮带从动轮925均设置在所述活性污泥储桶91上端面，运行时，所述旋转电机923带动皮带主动轮924转动，通过皮带转动带动皮带从动轮925转动，皮带从动轮925通过转杆带动内桶922转动，从而使得进入内桶922的泥水混合物做离心运动，实现固液分离，而分离出来的水会通过滤板100进入外桶921，从外桶921排出。
作为本申请的优选方案，所述内桶922的桶壁上均布有若干个卡槽928，所述卡槽928上卡接有滤板100，可方便内桶922随时更换滤板100，所述滤板100包括外框101和背板106，所述外框101的正面开设有滤槽102，外框101内顺次铺设有滤网层103、滤棉层104以及有机物编织层105，所述背板106通过螺栓固定在外框101的背面，背板106上均布有通孔。分离出来的液体在离心力的作用下会通过滤板100，滤网层103、滤棉层104起到初过滤和二次过滤的作用，有机物编织层105可采用秸秆、有机碳稼编制而成，有机物编织层105可为液体中的微生物提供碳源，使其保持活性，最后液体在离心力的作用下从背板106的通孔进入外桶921。
所述进水通管93的一端通过上轴套固定连接所述循环脱水区9的上端，进水通管93的另一端向下延伸入所述脱水机构92的内桶922，所述内桶922上端设有卡环107，所述卡环107与所述内桶922通过卡扣连接，内桶922内张设有滤网袋108，所述滤网袋108的袋口通过所述卡环107固定，通过拆卸卡环107可以拆卸滤网袋108，滤网袋108下端设有重力传感器109，所述重力传感器109固定在所述平衡固定盘927上。所述滤网袋108的网目为100-200目，泥水混合物通过进水通管93进入内桶922的滤网袋108后会在离心力的作用下发生固液分离，活性污泥会残留在滤网袋108内，而污水则会在离心力的作用下分离出，通过滤板100进入外桶921，所述电磁阀k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8，第一污水泵94、第二污水泵96、旋转电机923以及重力传感器109均连接有控制器，所述重力传感器109可检测滤网袋108内的重量，方便自动控制所述脱水机构92运行。
工作原理：污水进入一级厌氧区2，污水与厌氧活性污泥及厌氧填料充分接触后折流进入二级厌氧区3继续进行厌氧处理，随后折流进入三级厌氧区4与回流污泥混合进行释磷，折流进入缺氧区5后与回流污泥混合进行反硝化反应，经过厌氧及缺氧处理后的泥水混合物进入好氧膜生物区6，膜生物组件7进行cod处理以及吸磷和硝化，膜生物组件7完全截留污水中的悬浮固体，出水实现达标排放。
本发明将微生物燃料电池耦合一级厌氧区、二级厌氧区，将一级厌氧区、二级厌氧区污水中的有机物和氧气通过氧化还原反应转换为直流电，再通过电场电极向好氧膜生物区的活性污泥施加电场，以增强活性污泥中微生物细胞的酶的活性，一定程度提升了细胞生长能力和代谢水平，可以提高微生物对污染物的降解速率，从而提高系统对污染物的处理能力，除掉污水里的有害物质成分，可以实现大流量连续过滤，广泛用于饮用水、工业用水、污水深度处理及中水回用等领域。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。