一种废水处理装置和一种废水处理方法

1.本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种废水处理装置和一种废水处理方法。


背景技术：

2.随着全球经济水平的不断发展和人口数量的不断增加，水环境污染问题已经引起了广泛的关注。传统的污水生物处理技术有厌氧-缺氧-好氧污水处理工艺(a2o工艺)、序批间歇式活性污泥法(sbr工艺)和氧化沟工艺等，都利用了活性污泥微生物来降解污染物，在使用过程中往往需要占地面积很大的二沉池。而膜生物反应器(mbr)采用活性污泥法与膜分离技术相结合的方式，通过超滤膜或微滤膜的截留过滤作用使活性污泥有更长时间停留在反应器中进行充分生物吸附和生物降解，强化了反应器生物处理污染物的作用，省去了占地面积很大的二沉池，而且大大提高了固液分离效率，是目前广泛运用的污水处理技术。mbr对不同类型的污水都能有效处理，并且mbr中混合液悬浮固体浓度(mlss)浓度高、污泥停留时间(srt)长，具有耐冲击负荷能力强的特性。
3.然而近年来国家对污水处理排放标准的要求逐渐提高，传统的生物处理技术已不能满足日益严格的污水排放标准，人们迫切需要具有操作方便、污水处理效能高、抗膜污染和有效降解新污染物等功能的生物处理技术。尽管mbr污水处理技术可有效运用于污水处理，但仍存在一些缺陷和技术挑战，例如膜污染控制效率低、除磷效果差和无法有效去除新污染物(例如个人药物护理品(ppcps)等)等导致出水水质难达标。
4.以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本技术的新颖性和创造性。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提出一种废水处理装置和一种废水处理方法，能够有效地缓解膜污染的问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.第一方面，本发明公开了一种废水处理装置，包括膜生物反应器、电催化阳极膜组件和直流电源，所述电催化阳极膜组件连接在所述膜生物反应器的出口处，所述电催化阳极膜组件包括微滤膜阳极和多孔阴极，所述微滤膜阳极电连接所述直流电源的正极，所述多孔阴极电连接所述直流电源的负极。
8.优选地，所述微滤膜阳极采用一端开口一端封闭的筒状结构，所述多孔阴极采用双端开口的筒状结构，所述多孔阴极套合在所述微滤膜阳极的外侧且所述多孔阴极与所述微滤膜阳极之间留有预设间隙。
9.优选地，所述多孔阴极与所述微滤膜阳极之间留有0.5～1cm的预设间隙。
10.优选地，所述多孔阴极的高度大于所述微滤膜阳极的高度，在所述微滤膜阳极的封闭端外侧与所述多孔阴极的内壁之间以及在所述微滤膜阳极的开口端外侧与所述多孔
阴极的内壁之间均设有石英环，以使得所述多孔阴极与所述微滤膜阳极之间留有预设间隙。
11.优选地，所述微滤膜阳极采用微滤陶瓷膜。
12.进一步地，所述微滤膜阳极采用亚氧化钛制成。
13.优选地，所述多孔阴极采用不锈钢网制成。
14.进一步地，所述不锈钢网的孔径为3～4mm。
15.优选地，所述废水处理装置还包括跨膜压差计，所述跨膜压差计连接所述微滤膜阳极以用于测量所述微滤膜阳极的跨膜压差。
16.进一步地，所述膜生物反应器包括反应容器、进水装置、出水装置、第一溶解氧浓度调节装置、第二溶解氧浓度调节装置、第三溶解氧浓度调节装置、回流装置、排泥装置和控制装置，所述控制装置分别连接并控制所述进水装置、所述出水装置、所述第一溶解氧浓度调节装置、所述第二溶解氧浓度调节装置、所述第三溶解氧浓度调节装置、所述回流装置和所述排泥装置，其中：
17.所述反应容器中依次设有相互隔开的兼氧生物池、第一好氧生物池和第二好氧生物池，所述兼氧生物池和所述第一好氧生物池之间设有第一挡板，所述第一好氧生物池和所述第二好氧生物池之间设有第二挡板，所述第一挡板和所述第二挡板的上端均低于所述反应容器的上端口；
18.所述第一溶解氧浓度调节装置设置于所述兼氧生物池内以用于调节所述兼氧生物池内的溶解氧浓度，所述第二溶解氧浓度调节装置设置于所述第一好氧生物池内以用于调节所述第一好氧生物池的溶解氧浓度，所述第三溶解氧浓度调节装置设置于所述第二好氧生物池内以用于调节所述第二好氧生物池的溶解氧浓度；
19.所述进水装置连接于所述兼氧生物池的进口处，所述电催化阳极膜组件设置于所述第二好氧生物池内，且所述电催化阳极膜组件的出口连接所述出水装置，所述回流装置的进口和所述排泥装置分别连接在所述第二好氧生物池的下端，所述回流装置的出口连接所述兼氧生物池的进口处。
20.第二方面，本发明公开了一种废水处理方法，采用第一方面所述的废水处理装置对废水进行处理，包括：将废水引入至所述膜生物反应器内，经所述膜生物反应器进行去污后，经由所述电催化阳极膜组件过滤后排出。
21.优选地，在对废水进行处理的过程中，所述直流电源的通电频率为1～2次/天，电流密度为2～5ma/cm2，每次通电时长为2～5分钟。
22.优选地，采用第一方面优选方案的废水处理装置对废水进行处理，包括：将废水通过所述进水装置引入至所述兼氧生物池，水力停留为4～5小时，出水经所述第一挡板的顶部溢流至所述第一好氧生物池，在所述第一好氧生物池的水力停留时间为8～9小时，出水经所述第二挡板的顶部溢流至所述第二好氧生物池，在所述第二好氧生物池的水力停留时间为7～8小时，出水经过所述电催化阳极膜组件过滤后由所述出水装置排出，其中，所述第二好氧生物池底部的污泥混合液一部分经所述回流装置回流至所述兼氧生物池，另一部分经所述排泥装置排泥，污泥回流比为300％～400％。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出的废水处理装置，在膜生物反应器中耦合电催化阳极膜组件，其中的微滤膜阳极作为阳极具有直接氧化、电泳和电渗
机制等协同作用，从而不仅可以提高污染物(包括抗生素等新污染物)的去除效能，还可以原位氧化清洗控制膜污染，大幅延缓膜污染，实现在操作范围内不用清洗膜。
24.在进一步的方案中，本发明还具有以下有益效果：
25.(1)不同构型的电极组件在膜生物反应器中处理效能、作用机理等会有很大差异，本发明创新性地提出采用阴阳极套筒式结构的电催化阳极膜组件，出水会先经过多孔阴极再通过微滤膜阳极，套筒式结构使得阴阳极距离比较接近，降低了电阻和电压，进一步实现了电催化阳极膜组件与膜生物反应器的有机结合，实现更佳的抗膜污染和降解污水中的新污染物效果。
26.(2)微滤膜阳极和多孔阴极之间留有0.5～1cm的预设间隙，进一步降低了电阻和电压，更好地将电催化阳极膜组件有机地结合到膜生物反应器中，在有效地缓解膜污染的问题的同时，还进一步提高新污染物去除效果以及除磷效果等。
附图说明
27.图1是本发明实施例一公开的废水处理装置的结构示意图；
28.图2是图1中的电催化阳极膜组件的结构示意图；
29.图3是本发明实施例一公开的废水处理装置在不通电对照组(mbr
control
)、通电频率1次/天(mbr
e1
)、通电频率2次/天(mbr
e2
)的跨膜压差变化情况；
30.图4是电催化作用和污泥混合液性质与膜污染阻力之间相关关系的冗余分析图。
具体实施方式
31.以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
32.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路/信号连通作用。
33.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
35.研究发现，膜污染主要由胞外聚合物(eps)和可溶性微生物产物(smp)引起的，膜污染的发生会导致膜通量的下降、出水水质的恶化以及膜使用寿命的缩短，影响了mbr的正常运行，因此膜污染是阻碍mbr广泛应用的主要原因之一。
36.基于活性污泥的微生物多带负电，阳极膜运用到膜生物反应器中的话会存在静电吸附作用，理论上会带来更严重的膜污染问题；而且目前常用的阳极膜运行方式适用于处
理高盐高电导率废水(如硫酸铵溶液)，并不适用于膜生物反应器领域。因此目前研究较多的运用到膜生物反应器的电催化膜组件都是阴极膜，已被报道具有降解新污染物和缓解膜污染的能力。
37.然而，发明人通过进一步研究发现，阴极膜主要是电还原作用，并不能直接电氧化新污染物和膜上的污染物；而电催化阳极膜虽然对微生物有静电吸附作用，但是其主要发生电氧化作用，可直接在阳极上夺取电子使有机物氧化，有利于降解污水中的有机污染物和新污染物等，同时可以实现膜上吸附沉积的有机污染物的直接降解，从而带来原来自清洁作用实现有效地控制膜污染。污水在出水前充分接触电催化阳极膜，充分利用电氧化作用以及电泳和电渗等机制，有利于进一步提高对污水中的有机污染物和新污染物等的降解效率，同时电催化作用可以有效控制污泥混合液中smp和eps浓度，且有效控制膜上微生物的黏附程度等，从而进一步减少膜污染。
38.为解决传统生物处理技术存在的出水水质难达标、膜污染控制效率低、新污染物去除效果差等缺陷，本发明的废水处理装置(即电催化膜生物反应器)将电催化与膜生物反应器耦合，以期实现抗膜污染和降解污水中的新污染物的目的。
39.如图1所示，本发明的实施例一公开了一种废水处理装置，包括膜生物反应器、电催化阳极膜组件、直流电源14和跨膜压差计12，也即该废水处理装置采用的是一种电催化膜生物反应器。
40.其中膜生物反应器包括反应容器、进水装置、出水装置、第一溶解氧浓度调节装置、第二溶解氧浓度调节装置、第三溶解氧浓度调节装置、回流装置、排泥装置和控制装置，控制装置分别连接并控制进水装置、出水装置、第一溶解氧浓度调节装置、第二溶解氧浓度调节装置、第三溶解氧浓度调节装置、回流装置和排泥装置。
41.具体地，反应容器中依次设有相互隔开的兼氧生物池1、第一好氧生物池2和第二好氧生物池3，兼氧生物池1和第一好氧生物池2之间设有第一挡板，第一好氧生物池2和第二好氧生物池3之间设有第二挡板，第一挡板和第二挡板的上端均低于反应容器的上端口。
42.进水装置包括进水泵4和液位继电器9，进水泵4连接兼氧生物池1的进口以向兼氧生物池1内引入废水，液位继电器9用于控制进水泵4的抽停，实现自动化进水，避免液体溢出反应容器。
43.出水装置包括出水泵11和时间继电器13，出水泵11连接电催化阳极膜组件的出口，以使得依次经兼氧生物池1、第一好氧生物池2和第二好氧生物池3处理后的污水经由电催化阳极膜组件过滤后排出，时间继电器13用于控制出水泵的抽停。
44.第一溶解氧浓度调节装置包括搅拌器5和第一溶解氧检测仪6，搅拌器5的端部伸入到兼氧生物池1内以用于持续搅拌，第一溶解氧检测仪6的端部伸入至兼氧生物池1内以用于实时检测兼氧生物池1内的溶解氧浓度，控制溶解氧浓度≤0.5mg/l，维持兼氧状态。
45.第二溶解氧浓度调节装置包括第一空气曝气泵7、第一空气气体流量计8、第一曝气装置19和第二溶解氧检测仪10，第一曝气装置19设置于第一好氧生物池2内，第一空气曝气泵7、第一空气气体流量计8和第一曝气装置19按顺序用胶管连接，第一空气曝气泵7持续曝出氧气，由第一空气气体流量计8控制气体流量后进入第一曝气装置19，最后由第一曝气装置19形成氧气气泡曝气至第一好氧生物池2内。第二溶解氧检测仪10的端部伸入至第一好氧生物池2内以实时检测第一好氧生物池2内的溶解氧浓度，控制溶解氧浓度为1.5～
2.5mg/l，维持好氧状态。
46.第三溶解氧浓度调节装置包括第二空气曝气泵17、第二空气气体流量计18和第二曝气装置20，第二曝气装置20设置于第二好氧生物池3内，第二空气曝气泵17、第二空气气体流量计18和第二曝气装置20按顺序用胶管连接，第二空气曝气泵17持续曝出氧气，由第二空气气体流量计18控制气体流量后进入第二曝气装置20，最后由第二曝气装置20形成氧气气泡曝气至第二好氧生物池3内。本实施例中，第三溶解氧浓度调节装置中可不包含溶解氧检测仪，因为第一好氧生物池2内使用的第一曝气装置19和第二好氧生物池3内使用的第二曝气装置20是同种曝气头，且第一空气曝气泵7和第二空气曝气泵17的曝气量也一致，因此可以仅在第一好氧生物池2内设置第二溶解氧检测仪10即可，而且第二好氧生物池3的顶部需设置电源等设备，避免了空间拥挤。
47.回流装置采用回流泵21，排泥装置采用排泥阀22，回流泵21的进口和排泥阀22分别连接在第二好氧生物池3的下端，回流泵21的出口连接兼氧生物池1的进口处。控制装置采用自动控制柜23，自动控制柜23分别与各个装置通信连接，实现电催化膜生物反应器的自动长期运行。
48.电催化阳极膜组件连接在膜生物反应器的出口处，电催化阳极膜组件包括微滤膜阳极15、多孔阴极16，微滤膜阳极15电连接直流电源14的正极，多孔阴极15电连接直流电源14的负极，结合图2，微滤膜阳极15采用一端开口一端封闭的筒状结构，多孔阴极16采用双端开口的筒状结构，多孔阴极16套合在微滤膜阳极15的外侧且多孔阴极16与微滤膜阳极15之间留有预设间隙，跨膜压差计12连接微滤膜阳极16以用于测量微滤膜阳极16的跨膜压差。
49.具体地，微滤膜阳极15采用亚氧化钛(ti4o7)制成，即为亚氧化钛陶瓷管式膜，且膜和电极耦合为一体。微滤膜阳极15的有效区域直径为2～3cm，高12～14cm，一端开口一端封闭，开口端连接出水管，污水经微滤膜阳极15过滤后通过蠕动至出水泵11排出。微滤膜阳极15的开口端设有导电柱151的长度为4～5cm，导电柱151通过鳄鱼夹电线与直流电源14的正极相连。
50.多孔阴极16采用不锈钢网(具体可以为高纯钛网)卷绕制成，孔径为3～4mm，有效区域直径为3～4cm，高13～15cm。同时多孔阴极16的一端(与微滤膜阳极15的开口端对应的一端)设有导电柱161的长度为6～7cm，导电柱161通过鳄鱼夹电线与直流电源14的负极相连。
51.微滤膜阳极15在内，多孔阴极16在外，呈套筒模式。其中，多孔阴极16的高度大于微滤膜阳极15的高度，在微滤膜阳极15的封闭端外侧与多孔阴极16的内壁之间以及在微滤膜阳极15的开口端外侧与多孔阴极16的内壁之间均设有石英环162，以使得多孔阴极16与微滤膜阳极15之间留有0.5～1cm的预设间隙。通过在阴阳极之间设置较小的预设间隙，才能降低电阻和电压，以适用于本发明实施例中的膜生物反应器。
52.本实施例中的电催化阳极膜组件的运行参数为：阳极膜面积120～140cm2，膜通量10～15lmh。优选地，电流密度2～5ma/cm2，通电时长2～5min，通电频率1次/天或2次/天。
53.本实施例提出的废水处理装置(电催化膜生物反应器)耦合电催化、膜过滤和生物处理为一体，可以实现连续、自动化运行，同时出水的水质更优于传统膜生物反应器。
54.本发明的实施例二公开了一种废水处理方法，采用实施例一种提供的废水处理装
置对废水进行处理，其中的废水为生活污水、工业废水、生物医药废水中的一种，包括以下步骤：
55.s1、废水经进水泵4提升后进入兼氧生物池1。在兼氧生物池1中，由搅拌器5持续搅拌使废水和生物污泥混合均匀，充分接触反应，同时让生物进行兼氧作用，反硝化细菌以污水中未分解的含碳有机物为碳源，把从第一好氧生物池2和第二好氧生物池3内循环过来的硝酸根、亚硝酸根还原为氮气释放，实现脱氮作用；同时聚磷微生物(聚磷菌等)厌氧释磷，这一过程去除了污水中部分的有机污染物。兼氧生物池1中的水力停留时间为4～5h，出水由第一挡板的顶部溢流至第一好氧生物池2。通过第一溶解氧检测仪6实时检测兼氧生物池1的溶解氧浓度，控制溶解氧浓度≤0.5mg/l，维持兼氧状态。
56.s2、兼氧生物池1的污泥混合液溢流到第一好氧生物池2，水力停留时间为8～9h。在第一好氧生物池2中，设置第一空气曝气泵7、第一空气气体流量计8和第一曝气装置19对第一好氧生物池2进行曝气和污泥混合液的搅拌，同时设置第二溶解氧检测仪10对第一空气曝气泵7进行调节，维持第一好氧生物池2中溶解氧浓度在好氧生物进行好氧反应所合适的范围；也即通过第二溶解氧检测仪10实时检测第一好氧生物池2的溶解氧浓度，控制溶解氧浓度为1.5～2.5mg/l，维持好氧状态。在第一好氧生物池2中，硝化细菌将污水中的氨氮通过硝化反应氧化为硝酸根、亚硝酸根；同时聚磷微生物好氧吸磷，磷富集在微生物内，经后续排泥泵排泥以富磷污泥的形式从系统中排出，实现除磷作用。
57.s3、第一好氧生物池2的污泥混合液溢流到第二好氧生物池3，水力停留时间为7～8h，出水经微滤膜阳极15过滤由出水泵11抽出。在第二好氧生物池3中，上半部分设计为两组由微孔亚氧化钛(ti4o7)陶瓷管式膜作为阳极(即微滤膜阳极15)、高纯钛网作为阴极(即多孔阴极16)组成的电催化阳极膜组件，连接直流电源14控制，直流电源14对电催化阳极膜组件进行间歇供电。和第一好氧生物池2相同，设置曝气装置(包括第二空气曝气泵17、第二空气气体流量计18和第二曝气装置20)维持第二好氧生物池3的好氧条件。在第二好氧生物池3中，电催化阳极膜组件耦合膜和电极为一体，电催化有刺激污泥微生物作用的同时也有控制膜污染、提高ppcps去除率的作用。
58.s4、第二好氧生物池3污水处理后，电催化阳极膜组件的顶部开口端连接出水管，污水在出水泵11的作用下经电催化阳极膜组件过滤抽出，跨膜压差计12实时监测微滤膜阳极15的跨膜压差，当膜污染跨膜压差
△
tmp(
△
tmp＝跨膜压力-膜自身阻力)达到30kpa时暂停废水处理，进行膜清洗。时间继电器13控制出水泵11的抽停，实现自动化运行，出水泵恒通量抽停比(8～9min)：(1～2min)，例如9min：1min。同时，第二好氧生物池3的底部污泥经污泥回流泵21回流至兼氧生物池1内，控制污泥回流比为300％-400％。第二好氧生物池3的底部污泥混合液经排泥阀22排泥，控制污泥停留时间30～35天。膜生物反应器中的各运行设备通过自动控制柜23实现自动化运行。
59.在本实施例中，膜生物反应器中的兼氧生物池1的体积2.0～2.5l，第一好氧生物池的体积3.5～4.0l，第二好氧生物池3的体积2.5～3.0l，膜生物反应器装置的总体积8-9.5l。废水在膜生物反应器的水力停留时间20～24h。
60.在废水处理过程中，兼氧生物池1的搅拌器持续搅拌，第一好氧生物池2和第二好氧生物池3的曝气装置持续曝气，控制兼氧生物池1的溶解氧浓度≤0.5mg/l，第一好氧生物池2和第二好氧生物池3的溶解氧浓度1.5-2.5mg/l。
61.下述结合具体实验案例对本发明实施例提出的废水处理装置和废水处理方法的效果做进一步的说明。
62.将实施例一提供的包含电催化陶瓷膜的废水处理装置按照实施例二的废水处理方法长期运行130天，测定出水水质指标包括总有机碳(toc)、总氮(tn)和总磷(tp)，实验出水水质结果如表1所示，表1中列出了废水处理装置(电催化膜生物反应器)在不通电对照组(mbr
control
)、通电频率1次/天(mbr
e1
)、通电频率2次/天(mbr
e2
)的出水水质结果。
63.表1
[0064][0065]
其中，mbr
control
、mbr
e1
和mbr
e2
出水toc浓度分别为2.63
±
0.41mg/l、2.65
±
0.58mg/l和2.90
±
0.44mg/l，各膜生物反应器对toc的去除效果相当。出水tn浓度分别为11.15
±
2.41mg/l、10.93
±
1.99mg/l和10.65
±
2.23mg/l，mbr
e1
和mbr
e2
分别对tn的去除效果提升了1.97％和4.48％，结果表明电催化加强了活性污泥的反硝化作用从而增强了膜生物反应器对tn的处理效果。mbr
control
、mb r
e1
和mbr
e2
对tp去除率分别为87.41％、89.51％和81.79％，其中mbr
e1
对tp的处理效果最佳，结果表明电催化膜生物反应器出水水质良好，且有利于提高对tp的去除率。
[0066]
将实施例一提供的包含电催化陶瓷膜的废水处理装置在设定膜通量为15lmh的恒通量条件下按照实施例二的废水处理方法运行，废水处理装置在不通电对照组(mbr
control
)、通电频率1次/天(mb r
e1
)、通电频率2次/天(mbr
e2
)的条件下，各膜生物反应器的跨膜压差(tmp)的变化情况如图3所示。从图3中可以看出，在不通电对照组(mbr
control
)的条件下连续运行11天时tmp达到30kpa，在通电频率1次/天(mbr
e1
)的条件下连续运行21天时tmp达到30kpa，在通电频率2次/天(mbr
e2
)的条件下的tmp先上升后下降，呈波动状态，尚未达到30kpa。根据各膜生物反应器跨膜压差的情况可知，微滤膜阳极15(亚氧化钛阳极膜)的电催化作用直接作用到膜上有利于减缓跨膜压差的上升，延缓膜污染的临界时间，有利于缓解膜污染，同时通电频率越高，缓解膜污染的能力越强，膜可以实现自清洁的作用。
[0067]
采用冗余分析方法(rda)定量分析了电催化作用和污泥混合液性质与膜污染阻力之间的相关关系，以期解释电催化膜生物反应器的膜污染控制机制。冗余分析结果如图4所示，第一轴和第二轴分别解释了75.24％和22.97％的膜污染阻力方差总变异。膜污染总阻力(r
t
)包括滤饼层污染阻力(rc)、凝胶层污染阻力(rg)和孔隙污染阻力(r
p
)。对于膜污染总阻力，zeta电位、胞外聚合物(eps)和荧光特性有机物(eem)呈正相关性，且eps的正相关性最高；而污泥粒径、污泥浓度、溶解性有机物(doc)和溶解性微生物产物(sm p)呈负相关性，且doc的负相关性最高。研究表明较低的eps浓度和较低的zeta电位会导致污泥颗粒之间的斥力减小并表现出较强的聚集趋势，从而实现减少污泥在膜表面的吸附来缓解膜污染滤饼层的形成，进而缓解膜污染。结合冗余分析结果eps和zeta电位对膜污染总阻力具有较高的
正相关性，说明了电催化作用可以通过明显降低污泥混合液中eps浓度和zeta电位实现控制膜污染。不通电的膜生物反应器mbr
control
均在第一轴右半部分，与膜污染总阻力和滤饼层污染阻力方向一致，而凝胶层污染阻力和孔隙污染阻力与方向相反，说明mbr
control
对膜污染总阻力和滤饼层阻力的减缓有限，沉积在膜表面的滤饼层对凝胶层污染和孔隙污染的形成具有减缓作用。电催化作用下的膜生物反应器mbr
e1
和mbr
e2
均在第一轴左半部分，说明电催化作用对膜污染总阻力和滤饼层阻力的减缓有明显的作用。
[0068]
下述的表2中展示了通电频率2次/天(mbr
e2
)的电催化膜生物反应器在进水ppcps浓度为200ng/l、2000ng/l和20000ng/l的条件下所得出水ppcps情况。
[0069]
表2
[0070][0071]
上述表2中展示了本发明实施例的废水处理装置和废水处理方法对5种抗生素ppcps包括氧氟沙星(ofx)、四环素(tc)、罗红霉素(rox)、磺胺嘧啶(sfd)和磺胺甲噁唑(sfm)的去除效果。从表2得到的结果表明通电频率2次/天的电催化膜生物反应器对pp cps具有良好的去除效果。具体地，对于进水ppcps浓度为200ng/l时，运行初期(20天)对ppcps去除率大于91.6％，运行中期(50天)对ppcps去除率大于74.3％，运行末期(90天)对ppcps去除率略有降低但仍可大于66.9％；对于进水ppcps浓度为2000ng/l时，运行初期(20天)对ppcps去除率大于87.0％，运行中期(50天)对ppcps去除率大于85.5％，运行末期(90天)对
ppcps去除率略有降低但仍可大于68.5％；对于进水ppcps浓度为20000ng/l时，电催化膜生物反应器对ppcps的去除率明显降低，运行初期(20天)、中期(50天)和末期(90天)对ppcps去除能力相当，去除率大于50.2％。具体地，对于不同种类的抗生素，电催化膜生物反应器对氧氟沙星(ofx)的去除效果最差，且随着运行时间的增加去除效果明显下降。总的来说，电催化膜生物反应器对ppcps具有稳定且高效的去除效果，将该发明实施例提供的废水处理装置运用到含有新污染物的废水处理中是可实现的。
[0072]
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不是由其他人描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
[0073]
以上内容是结合具体/优选的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，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

技术特征：
1.一种废水处理装置，其特征在于，包括膜生物反应器、电催化阳极膜组件和直流电源，所述电催化阳极膜组件连接在所述膜生物反应器的出口处，所述电催化阳极膜组件包括微滤膜阳极和多孔阴极，所述微滤膜阳极电连接所述直流电源的正极，所述多孔阴极电连接所述直流电源的负极。2.根据权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于，所述微滤膜阳极采用一端开口一端封闭的筒状结构，所述多孔阴极采用双端开口的筒状结构，所述多孔阴极套合在所述微滤膜阳极的外侧且所述多孔阴极与所述微滤膜阳极之间留有预设间隙。3.根据权利要求2所述的废水处理装置，其特征在于，所述多孔阴极与所述微滤膜阳极之间留有0.5～1cm的预设间隙。4.根据权利要求2所述的废水处理装置，其特征在于，所述多孔阴极的高度大于所述微滤膜阳极的高度，在所述微滤膜阳极的封闭端外侧与所述多孔阴极的内壁之间以及在所述微滤膜阳极的开口端外侧与所述多孔阴极的内壁之间均设有石英环，以使得所述多孔阴极与所述微滤膜阳极之间留有预设间隙。5.根据权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于，所述微滤膜阳极采用微滤陶瓷膜，进一步地，所述微滤膜阳极采用亚氧化钛制成。6.根据权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于，所述多孔阴极采用不锈钢网制成，进一步地，所述不锈钢网的孔径为3～4mm。7.根据权利要求1至6任一项所述的废水处理装置，其特征在于，还包括跨膜压差计，所述跨膜压差计连接所述微滤膜阳极以用于测量所述微滤膜阳极的跨膜压差；进一步地，所述膜生物反应器包括反应容器、进水装置、出水装置、第一溶解氧浓度调节装置、第二溶解氧浓度调节装置、第三溶解氧浓度调节装置、回流装置、排泥装置和控制装置，所述控制装置分别连接并控制所述进水装置、所述出水装置、所述第一溶解氧浓度调节装置、所述第二溶解氧浓度调节装置、所述第三溶解氧浓度调节装置、所述回流装置和所述排泥装置，其中：所述反应容器中依次设有相互隔开的兼氧生物池、第一好氧生物池和第二好氧生物池，所述兼氧生物池和所述第一好氧生物池之间设有第一挡板，所述第一好氧生物池和所述第二好氧生物池之间设有第二挡板，所述第一挡板和所述第二挡板的上端均低于所述反应容器的上端口；所述第一溶解氧浓度调节装置设置于所述兼氧生物池内以用于调节所述兼氧生物池内的溶解氧浓度，所述第二溶解氧浓度调节装置设置于所述第一好氧生物池内以用于调节所述第一好氧生物池的溶解氧浓度，所述第三溶解氧浓度调节装置设置于所述第二好氧生物池内以用于调节所述第二好氧生物池的溶解氧浓度；所述进水装置连接于所述兼氧生物池的进口处，所述电催化阳极膜组件设置于所述第二好氧生物池内，且所述电催化阳极膜组件的出口连接所述出水装置，所述回流装置的进口和所述排泥装置分别连接在所述第二好氧生物池的下端，所述回流装置的出口连接所述兼氧生物池的进口处。8.一种废水处理方法，其特征在于，采用权利要求1至6任一项所述的废水处理装置对废水进行处理，包括：将废水引入至所述膜生物反应器内，经所述膜生物反应器进行去污后，经由所述电催化阳极膜组件过滤后排出。
9.根据权利要求8所述的废水处理方法，其特征在于，在对废水进行处理的过程中，所述直流电源的通电频率为1～2次/天，电流密度为2～5ma/cm2，每次通电时长为2～5分钟。10.根据权利要求8所述的废水处理方法，其特征在于，采用权利要求7所述的废水处理装置对废水进行处理，包括：将废水通过所述进水装置引入至所述兼氧生物池，水力停留为4～5小时，出水经所述第一挡板的顶部溢流至所述第一好氧生物池，在所述第一好氧生物池的水力停留时间为8～9小时，出水经所述第二挡板的顶部溢流至所述第二好氧生物池，在所述第二好氧生物池的水力停留时间为7～8小时，出水经过所述电催化阳极膜组件过滤后由所述出水装置排出，其中，所述第二好氧生物池底部的污泥混合液一部分经所述回流装置回流至所述兼氧生物池，另一部分经所述排泥装置排泥，污泥回流比为300％～400％。

技术总结
本发明公开了一种废水处理装置，包括膜生物反应器、电催化阳极膜组件和直流电源，所述电催化阳极膜组件连接在所述膜生物反应器的出口处，所述电催化阳极膜组件包括微滤膜阳极和多孔阴极，所述微滤膜阳极电连接所述直流电源的正极，所述多孔阴极电连接所述直流电源的负极。本发明还公开了一种废水处理方法，采用上述的废水处理装置对废水进行处理，包括：将废水引入至所述膜生物反应器内，经所述膜生物反应器进行去污后，经由所述电催化阳极膜组件过滤后排出。本发明提出的废水处理装置和废水处理方法，能够有效地缓解膜污染的问题。能够有效地缓解膜污染的问题。能够有效地缓解膜污染的问题。


技术研发人员：张正华 黄楚怡
受保护的技术使用者：清华大学深圳国际研究生院
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/7/21