本发明涉及水处理，具体涉及一种倒极电化学炭膜生物反应器及其在有机污水中的应用。
背景技术：
1、膜生物反应器(mbr)是一种融合了膜分离与生物处理过程的污水处理技术，具有污染物去除效率高、占地面积小、适应性强等优点，得到广泛应用。然而，在mbr的使用过程中，由膜表面孔隙堵塞和污泥层沉积所触发的膜污染问题，会造成跨膜压差升高、膜通量下降，从而导致运维成本的增加，这也是目前mbr工艺在应用过程中亟需解决的关键技术挑战之一。
2、面对mbr工艺中存在的膜污染难题，通过在导电膜材料同时作为分离膜和活性电极，耦合电化学作用而开发电化学增强mbr(embr)工艺，能够显著提升mbr系统的性能。其中，当在膜电极上施加阳极电势时，可通过电化学阳极氧化作用直接降解膜表面和穿过膜孔的有机污染物，缓解膜污染；当在膜电极上施加阴极电势时，一方面可通过静电力作用排斥污染物，预防其在分离膜表面的积聚，另一方面，也可通过产生活性自由基等方式，实现污染物的分解转化，从而提升mbr系统的处理能力及出水品质。而通过定期改变膜电极上电场的极性(倒极)，可实现阳极氧化与阴极减污的综合效应，相比单一的阳极或阴极条件下的水处理性能更优。
3、目前报导的embr工艺中，通常使用活性导电膜材料作为工作电极，以惰性金属片或金属网作为对电极。在这种设计中，惰性电极不能产生对系统有益的效果，并且由于对电极上副反应的发生，可能会降低电流效率。同时，额外布置对电极还会造成膜生物反应器在空间和效率上的损失。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种倒极电化学炭膜生物反应器及其应用，选用偶数个平行布置的平板或中空板式导电炭膜组装膜组件，通过施加低压直流电场，可将电化学作用与膜生物反应器相耦合。在运行过程中，以相邻的两个炭膜互为工作电极和对电极。通过具有倒极功能的电路控制面板将直流电源连接到膜组件上，调控导电炭膜的供电偏压(通过控制电场方向以一定时间间隔周期性倒极)，实现阳极氧化与阴极减污一体化耦合，有效提升了污染物的去除效率。该电化学炭膜生物反应器省去了惰性对电极的使用，能够增加空间的使用效率，同时提升运行时的电流效率，从而增强了反应器的处理能力。
2、一种倒极电化学炭膜生物反应器，反应器包括反应槽、直流电源、具有倒极功能的电路控制器、污水池和清水池；
3、所述反应槽内设置有多孔炭膜组件、活性污泥和曝气头；
4、所述炭膜组件包含偶数个平行布置的多孔炭膜，相邻两个炭膜互为工作电极和对电极，通过具有倒极功能的电路控制器与直流电源相连，两个炭膜通过周期性倒极实现对电极和工作电极的周期性转换；多孔炭膜组件整体放置于反应槽中；所述曝气头设置在反应槽的底部，曝气头与空气泵相连，可向反应器中曝气；所述反应槽的底部设有进水口，进水口与污水池相连；所述多孔炭膜组件的出水口与清水池相连。
5、基于以上技术方案，优选的，所述多孔炭膜的数量为大于或等于2的偶数，相邻炭膜的间距为2mm～10cm，更优选的间距为4cm～6cm。
6、基于以上技术方案，优选的，所述倒极功能的电路控制器与直流电源相连，以改变多孔炭膜供电偏压。
7、基于以上技术方案，优选的，所述多孔炭膜是以石油焦、活性炭、煤、石墨中的一种或多种为原料制备的；多孔炭膜的构型为平板式或中空板式；所述多孔炭膜的膜孔尺寸为0.05～10μm，孔隙率为20％～65％，水通量为10-300lmh，电导率为1×102s/m以上，更优选的膜孔尺寸为1～3μm，孔隙率为50％～65％，水通量为150-200lmh，电导率为大于3×103s/m。
8、基于以上技术方案，优选的，所述反应器还包括辅助的泵与管道。
9、基于以上技术方案，优选的，所述曝气头设置在反应槽的底部，与空气泵相连，可向反应器中曝气。通过曝气，空气泵向反应槽内部提供溶解氧，并促使活性污泥与废水充分混合。
10、基于以上技术方案，优选的，所述的多孔炭膜组件包含偶数个平行布置的多孔炭膜，相邻两个炭膜互为工作电极和对电极。
11、基于以上技术方案，优选的，所述所述活性污泥位于反应槽内，在曝气的作用下，活性污泥和待处理废水充分接触得到泥水混合物。
12、基于以上技术方案，优选的，所述反应槽和污水池之间设置有进水管，所述反应槽底部的进水口通过进水管与污水池相连；所述多孔炭膜组件和清水池之间设置有出水管，所述多孔炭膜组件的出水口通过出水管与清水池相连。
13、基于以上技术方案，优选的，所述进水管上设置有进水泵，所述出水管上设有出水泵。
14、基于以上技术方案，优选的，所述出水管上设置有压力表，用于监测多孔炭膜组件上的跨膜压力。
15、基于以上技术方案，优选的，所述活性污泥为好氧活性污泥，具体包括污水处理场采集的好氧污泥或自行培养的好氧污泥。
16、上述倒极电化学炭膜生物反应器在有机污水处理中的应用，主要处理流程包括如下步骤：在进水泵作用下，将污水池中待处理污水输送至含有活性污泥的反应槽中，通过空气泵由曝气头向反应槽中曝气，打开直流电源为多孔炭膜组件供电，待电流平稳后，开启出水泵，在出水泵作用下，抽取多孔炭膜组件的渗透液，输送至清水池。
17、基于以上技术方案，优选的，运行过程中，通过电路控制器控制电场，实现电场的倒极功能；所述倒极外加的电压(使用的电场强度)为2-10v，更优选为2.5-4.0v。
18、基于以上技术方案，优选的，所述电场倒极时间间隔为1～120s，更优选的电场倒极时间间隔为30～70s。
19、基于以上技术方案，优选的，所述的待处理污水为垃圾渗滤液、市政废水、生活污水等中的一种或多种混合。
20、本发明有益效果为：
21、(1)本发明利用倒极技术，集合阳极与阴极处理的优点，快速去除膜表面污染物质，延缓膜污染，实现比单一电极条件下更优的水处理性能。
22、(2)本发明利用活性导电炭膜材料互为工作电极和对电极，省去了惰性对电极的使用，对膜生物反应器系统产生有益效果，提高能源和空间的利用效率，使得整个系统对废水的处理能力得到显著提升。
1.一种倒极电化学炭膜生物反应器，其特征在于，所述反应器包括：反应槽(3)、直流电源(4)、具有倒极功能的电路控制器(5)、污水池(13)和清水池(14)；
2.根据权利要求1所述的倒极电化学炭膜生物反应器，其特征在于，所述多孔炭膜组件(1)中炭膜的数量为大于或等于2的偶数，相邻多孔炭膜的间距为2mm～10cm。
3.根据权利要求1所述的倒极电化学炭膜生物反应器，其特征在于，所述多孔炭膜是以石油焦、活性炭、煤、石墨中的一种或多种为原料制备的；多孔炭膜的构型为平板式或中空板式；多孔炭膜的膜孔尺寸为0.05～10μm，孔隙率为20％～65％，水通量为10-300lmh，电导率为1×102s/m以上。
4.根据权利要求1所述的倒极电化学炭膜生物反应器，其特征在于，所述反应槽(3)和污水池(13)之间设置有进水管(8)，所述反应槽(3)底部的进水口通过进水管(8)与污水池(13)相连；所述多孔炭膜组件(1)和清水池(14)之间设置有出水管(11)，所述多孔炭膜组件(1)的出水口通过出水管(11)与清水池(14)相连。
5.根据权利要求4所述的倒极电化学炭膜生物反应器，其特征在于，所述进水管(8)上设置有进水泵(9)，所述出水管(11)上设有出水泵(10)。
6.根据权利要求5所述的倒极电化学炭膜生物反应器，其特征在于，所述出水管(11)上设有压力表(12)。
7.根据权利要求1所述的倒极电化学炭膜生物反应器，其特征在于，所述的活性污泥(2)为好氧活性污泥。
8.权利要求1～7中任意一项所述的倒极电化学微滤炭膜生物反应器在有机污水处理中的应用，其特征在于，包括如下步骤：在进水泵(9)作用下，将污水池(13)中待处理污水输送至含有活性污泥(2)的反应槽(3)中，通过空气泵(7)由曝气头(6)向反应槽(3)中曝气，打开直流电源(4)为多孔炭膜组件(1)供电，待电流平稳后，开启出水泵(10)，在出水泵作用下，抽取多孔炭膜组件的渗透液，输送至清水池(14)。
9.根据权利要求8所述炭膜生物反应器的应用，其特征在于，运行过程中，通过电路控制器(5)控制电场，实现电场的倒极功能，所使用的电场强度为2～10v，倒极时间间隔为1～120s。
10.根据权利要求8所述炭膜生物反应器的应用，其特征在于，所述的待处理污水为垃圾渗滤液、市政废水、生活污水中的一种或多种混合。
