一种电絮凝膜污水预浓缩装置及运行方法

本发明涉及污水处理，具体涉及一种电絮凝膜污水预浓缩装置及运行方法。

背景技术：

1、从污水中捕获和回收有机碳是推进城市污水处理行业低碳转型的一项有效行动。通过将厌氧技术与碳捕获过程相结合，可从城市污水中回收能源。另外，从污水中回收高值有机物产品也需要以获得高浓度碳源浓缩产物为前提，因此，污水浓缩是实现污水资源化处理的关键步骤。

2、当前，常规的污水预浓缩技术包括高负荷活性污泥(hras)法、化学强化一级处理(cept)工艺和膜分离技术。hras的工艺操控条件复杂且有机物矿化度较高。cept工艺的有机物回收能力高度依赖化学药剂，增加运行成本。近年来，以微滤(mf)、超滤(uf)、正渗透(fo)、动态膜(dm)为主的相对高效低能的膜分离技术成为获取高cod浓度浓缩液有效的途径。然而，严重的膜污染和对溶解态有机物浓缩效率较低被认为是该技术用于污水浓缩亟待解决的关键问题。研究者们逐渐以混凝/吸附膜直接过滤作为解决这些问题的替代方案，但药剂成本经济上的不可行性、对产生污泥进而厌氧消化的负面影响进一步限制了该技术的推广。

3、鉴于膜基污水预浓缩技术在污水处理领域存在的普遍问题，将电絮凝与膜分离技术相耦合。一方面，污水中胶体态和溶解态化合物携带的羟基和羧基官能团使之带有的电负性表面优先与带正电的金属氢氧化物之间的静电吸引相关机制改向为大尺寸有机物，利于降低渗透流中残留有机物，提高有机物回收效率；另一方面，有机物改向作用对小尺寸有机物比例的降低，以及大尺寸絮体形成的具有疏松多孔结构的滤饼层，将显著缓解膜污染。该技术的耦合有望实现膜污染控制和浓缩效率提升的协同。

技术实现思路

1、为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种电絮凝膜污水预浓缩装置及运行方法。电絮凝阳极原位产生的金属离子与阴极产生的oh-形成不溶性的金属氢氧化物，与多羟基化合物可有效提升有机物的捕获率，并可实现精确调控，且无其他离子引入。另外，通过电絮凝的引入，有助于胶体态以及溶解态有机物的捕获，膜污染可有效得到控制。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种电絮凝膜污水预浓缩装置，包括污水储水池、反应池、膜分离系统、电絮凝装置；

4、所述污水储水池用于存储低有机物浓度的原污水；

5、所述反应池用于将污水储水池中低浓度有机物污水和金属离子混合；

6、所述膜分离系统用于将电絮凝装置实现固液分离，从而获得高有机物浓度的污水浓缩液；

7、所述电絮凝装置用于原位产生金属离子在反应池中产生絮凝剂从而捕获污水中的有机物；

8、所述污水储水池为圆柱或方形池体，污水储水池内部设置搅拌装置，使污水有机物混合均匀；

9、所述反应池包括矩形的反应池池体、进水泵、搅拌装置；进水泵连接进水管直接进入反应池池体中，反应池池体上方安装有电极架，搅拌装置固定于电极架上，实现反应池池体中污水的均匀混合。

10、所述反应池池体中的反应器按功能分为上部电絮凝浓缩区与下部沉淀区，上部电絮凝浓缩区用于完成电絮凝和浓缩过程，下部沉淀区收集污水浓缩液；

11、所述的下部沉淀区用两个方向侧下方60°的隔板，通过中间3-5cm的间隙将浓缩液收集至沉淀区，该设置方式便于加工且沉淀效率较高；所述下部沉淀区为四棱锥状，底部通过与浓缩液出水口相连将浓缩液定时排出。

12、所述的膜分离系统包括微滤膜组件、膜压计、出水泵；所述微滤膜组件放置于电絮凝浓缩区，所述的微滤膜组件为双面平板式、由pvc板框架、不锈钢内支撑和微滤膜材料依次通过尼龙螺丝固定而成；微滤膜为pvdf材质，孔径为0.2-0.4μm；微滤膜组件通过管路与出水泵连接，管路通过三通连接膜压计。

13、所述的电絮凝装置包括直流稳压电源、连接导线、阳极板、阴极板、电极架及电极夹；阳极板、阴极板通过电极夹固定在电极架上，连接导线将直流稳压电源与电极夹连接，电极架可任意固定在反应池池体有效液面以上。阳极板、阴极板位于电絮凝浓缩区。

14、所述电极架通过卡槽固定于反应池上部；所述的电极夹用尼龙螺丝将极板固定，并通过电极架支撑将极板固定在反应池内，以防止搅拌过程扰动极板；所述电极夹内部的铂片可与极板间形成良好的导电回路。

15、所述的反应器池体上部电絮凝浓缩区一侧固定膜分离系统，另一侧固定有电絮凝装置。

16、所述直流稳压电源提供外源电压，输出电压控制在2.5-3.5v范围内，控制电流密度为2.5-3.5a/m2；所述阳极板采用铁板或铝板，阴极板采用石墨或碳毡，两极板的间距控制在15-35mm范围内，该范围内释放的金属离子可以有较高的有机物捕获率。

17、一种电絮凝膜污水预浓缩装置的运行方法，包括以下步骤：

18、开启污水储水池中的搅拌装置，污水经进水泵通过管路从储水池输送至反应池；达到控制水位后，经搅拌装置在低转速100-150rpm下开启电絮凝装置，该搅拌速度可以保证较好的金属离子与污水混合，但是不破碎絮体；电絮凝装置的电絮凝时间控制在2.5-3.5h，电絮凝结束后停止搅拌，静沉30-45min，启动出水泵出水；

19、污水浓缩过程中微滤膜组件的膜通量衰减至初始通量的30-50％时，停止过滤，启动进水泵进水至原水位，进行“电絮凝-静置-过滤”新循环，而后继续运行电絮凝膜污水预浓缩装置；

20、整个膜过滤过程通过膜压计检测跨膜压差(tmp)的变化，当tmp达到设定值时，对污染膜进行物理清洗和化学清洗(酸洗或碱洗)，去除可逆污染和不可污染。清洗完成后，重复过程；

21、根据对污水浓缩液cod浓度需求定时将浓缩液从下部沉淀区的浓缩液出水口排出。

22、本发明的有益效果：

23、(1)通过将污水电絮凝，对污水中有机物进行级分改向，改变传统直接膜基预浓缩中污染膜层结构，有效缓解浓缩过程膜污染。

24、(2)可将污水中一定比例胶体态和溶解态有机物进行捕获，强化污水浓缩效率。

25、(3)相比于化学药剂投加，可精确调控处理过程，无需任何化学药剂的投加、化学品储存，间歇电絮凝运行模式降低运行成本。

26、(4)所获的铁基污水浓缩液，在后续的厌氧消化过程中有望克服污水浓缩液中高比例颗粒态有机物导致的甲烷转化效率低的问题，改善水解酸化过程，进一步提升污水能源回收效率。该技术方案首次应用于低有机物浓度污水浓缩，所获污水浓缩液实现了碳磷的同步回收，利于污水的资源能源化，创新性极高。

技术特征：

1.一种电絮凝膜污水预浓缩装置，其特征在于，包括污水储水池(1)、反应池(2)、膜分离系统(3)、电絮凝装置(4)；

2.根据权利要求1所述的一种电絮凝膜污水预浓缩装置，其特征在于，所述污水储水池(1)为圆柱或方形池体，污水储水池(1)内部设置搅拌装置(5)，使污水有机物混合均匀；

3.根据权利要求1所述的一种电絮凝膜污水预浓缩装置，其特征在于，所述反应池池体(6)中的反应器按功能分为上部电絮凝浓缩区(9)与下部沉淀区(10)，上部电絮凝浓缩区(9)用于完成电絮凝和浓缩过程，下部沉淀区(10)收集污水浓缩液；

4.根据权利要求3所述的一种电絮凝膜污水预浓缩装置，其特征在于，所述的膜分离系统(3)包括微滤膜组件(11)、膜压计(12)、出水泵(13)；所述微滤膜组件(11)放置于电絮凝浓缩区(9)，所述的微滤膜组件(11)为双面平板式、由pvc板框架、不锈钢内支撑和微滤膜材料依次通过尼龙螺丝固定而成；微滤膜为pvdf材质，孔径为0.2-0.4μm；微滤膜组件(11)通过管路与出水泵(13)连接，管路通过三通连接膜压计(12)。

5.根据权利要求1所述的一种电絮凝膜污水预浓缩装置，其特征在于，所述的电絮凝装置(4)包括直流稳压电源(14)、连接导线(15)、阳极板(16)、阴极板(17)、电极架(18)及电极夹(19)；阳极板(16)、阴极板(17)通过电极夹(19)固定在电极架(18)上，连接导线(15)将直流稳压电源(14)与电极夹(19)连接，电极架(18)可任意固定在反应池池体(6)有效液面以上。阳极板(16)、阴极板(17)位于电絮凝浓缩区(9)。

6.根据权利要求5所述的一种电絮凝膜污水预浓缩装置，其特征在于，所述电极架(18)通过卡槽固定于反应池(2)上部；所述的电极夹(19)用尼龙螺丝将极板固定，并通过电极架(18)支撑将极板固定在反应池(2)内，以防止搅拌过程扰动极板；所述电极夹(19)内部的铂片可与极板间形成良好的导电回路。

7.根据权利要求5所述的一种电絮凝膜污水预浓缩装置，其特征在于，所述的反应器池体(6)上部电絮凝浓缩区(9)一侧固定膜分离系统(3)，另一侧固定有电絮凝装置(4)；

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种电絮凝膜污水预浓缩装置的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
一种电絮凝膜污水预浓缩装置及运行方法。包括污水储水池、反应池、膜分离系统、电絮凝装置；所述污水储水池用于存储低有机物浓度的原污水；所述反应池用于将污水储水池中低浓度有机物污水和金属离子混合；所述膜分离系统用于将电絮凝装置实现固液分离，从而获得高有机物浓度的污水浓缩液；所述电絮凝装置用于原位产生金属离子在反应池中产生絮凝剂从而捕获污水中的有机物；本发明中电絮凝阳极原位产生的金属离子与阴极产生的OH‑形成不溶性的金属氢氧化物，与多羟基化合物可有效提升有机物的捕获率，并可实现精确调控，且无其他离子引入。另外，通过电絮凝的引入，有助于胶体态以及溶解态有机物的捕获，膜污染可有效得到控制。

技术研发人员：杨媛,邓伟航,陈荣,胡以松
受保护的技术使用者：西安建筑科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/23