申請日2017.11.02

　　公開(公告)日2018.01.16

　　IPC分類號C02F3/30; C02F3/02

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種新型微氣泡充氧生物膜絲及水處理方法。它包括本疏水性材料、親水性涂料及親水性結(jié)構(gòu)強(qiáng)化編織物;微氣泡充氧生物膜絲的內(nèi)層為疏水性材料，中層為親水性涂料，外層為親水性結(jié)構(gòu)強(qiáng)化編織物，三層相互粘于一體;所述親水性涂料涂抹在疏水性材料膜絲的外表面且不堵塞膜絲壁孔;所述親水性結(jié)構(gòu)強(qiáng)化編織物附著在涂有親水性涂料的膜絲外壁。采用了本發(fā)明后，可有效提高氧的利用率和膜孔的過氧分子比例及通量，膜絲內(nèi)部不會因為有生物膜生長而堵塞壁孔，同時大大減少了供氧時的供氣壓力值等問題，實現(xiàn)了較高的富氧轉(zhuǎn)移效率、較低的動力消耗、生物膜也更易于生長代謝和處理效率大大提高等多重目標(biāo)。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書

　　1.一種新型微氣泡充氧生物膜絲，其特征在于：它是由疏水性材料、親水性涂料及親水性結(jié)構(gòu)強(qiáng)化編織物組成;微氣泡充氧生物膜絲的內(nèi)層為疏水性材料，中層為親水性涂料，外層為親水性結(jié)構(gòu)強(qiáng)化編織物，三層相互粘于一體;所述親水性涂料涂抹在疏水性材料膜絲的外表面且不堵塞膜絲壁孔;所述親水性結(jié)構(gòu)強(qiáng)化編織物附著在涂有親水性涂料的膜絲外壁。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型微氣泡充氧生物膜絲，其特征在于：所述的充氧生物膜絲為曝氣型中空纖維膜絲。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型微氣泡充氧生物膜絲，其特征在于：所述的充氧生物膜絲外徑為0.6～2mm，內(nèi)徑0.3～1.5mm，膜微孔大小為0.005～0.2μm。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型微氣泡充氧生物膜絲，其特征在于：所述充氧生物膜絲可組成簾式中空纖維膜組件或柱狀中空纖維膜組件，膜組件內(nèi)的中空纖維膜絲可以是單層或多層排列，組件寬度為0.1～10m，組件高度為0.5～10m。

　　5.一種新型微氣泡充氧生物膜絲的水處理方法，其特征在于：采用權(quán)利1～4項所述的新型微氣泡充氧生物膜絲對水進(jìn)行處理，具體步驟如下：

　　(1)膜絲內(nèi)層：曝氣風(fēng)機(jī)由一端向微氣泡充氧生物膜絲中壓入空氣，氧氣在膜兩側(cè)分壓差的推動下，微氣泡充氧生物膜絲可選擇性透過膜，小直徑氧氣分子優(yōu)先透過膜微孔，而氮氣等大直徑分子透過此膜孔概率較小，被篩選的氮氣由另一端排出;

　　(2)不通入空氣靜置時：由于膜絲內(nèi)部為疏水性材料，液相水體不會浸潤到膜絲內(nèi)部，液相水體無法浸潤到膜絲內(nèi)部，保持膜絲本身干燥性，內(nèi)部不會因為有生物膜生長而堵塞壁孔，同時大大減少了供氧時的供氣壓力值;

　　(3)供氣時：

　　1)由于膜絲外表面涂有親水性材料親水性涂料及親水性結(jié)構(gòu)強(qiáng)化編織物，易于附著生物膜，氧氣透過膜絲孔時，在其外表面形成一層“富氧”，氧氣透過膜絲直接被生物膜利用，不必經(jīng)過液相邊界層，大大減小了氧氣的傳質(zhì)阻力，有利于供氧速度和氧氣利用率的提高，大幅度提高水體中的微生物生長代謝繁殖;

　　2)氧氣與底物以相反的方向傳遞，通過控制供氧可使生物膜產(chǎn)生明顯的分層，從而達(dá)到脫氮和去除有機(jī)物的效果;

　　3)生物膜內(nèi)層：緊靠透氣膜的生物膜底層溶解氧濃度最大，為“富氧層”，以亞硝化菌和硝化菌等自養(yǎng)菌為主;較高分子量的有機(jī)物由于擴(kuò)散作用的限制以及外側(cè)生物膜的降解，到達(dá)生物膜深層時有機(jī)物濃度最低，硝化速率達(dá)到最大;硝化菌受到生物膜的保護(hù)，不會隨水流流失，較長的SRT保證充分繁殖和富集;

　　4)生物膜中間層：溶解，氧較低，以好氧異養(yǎng)菌和反硝化菌為主，充足的硝酸鹽、有機(jī)碳源和硝化產(chǎn)物滿足了反硝化和反硝化除磷的需要，NO3--N和NO2--N進(jìn)入反硝化、反硝化除磷層，此層臨近水流主體，有機(jī)物濃度較高，同時最外層厭氧菌的代謝也會產(chǎn)生低分子有機(jī)物，形成較高的C/N比，有利于獲得高反硝化和反硝化除磷速率，節(jié)省外加碳源的投加;

　　5)生物膜最外層：為兼性好氧菌和厭氧菌，有利于控制生物膜厚度，可明顯減少污泥產(chǎn)量;

　　(4)膜絲外層：因有親水性結(jié)構(gòu)強(qiáng)化編織物加強(qiáng)膜絲本身的韌性，保持各處曝氣氣壓穩(wěn)定，且易于附著生物膜;老化的生物膜在氧壓力條件下，由于附著力的降低，會自然脫落，進(jìn)而周期性的形成新舊生物膜的不斷更新及更替。

　　說明書

　　一種新型微氣泡充氧生物膜絲及水處理方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型微氣泡充氧生物膜絲及水處理方法。

　　背景技術(shù)

　　生物膜法是以附著在載體上的生物膜(好氧微生物、兼養(yǎng)微生物、厭氧微生物)為主的一種高效水處理技術(shù)。在膜曝氣充氧反應(yīng)組件中，反應(yīng)核心組件由曝氣型中空纖維膜絲構(gòu)成，中空纖維膜絲不僅向生物膜供氧，同時又是附著生物膜的載體;通過進(jìn)氣管端連續(xù)通入空氣，空氣進(jìn)入中空纖維膜絲的內(nèi)部，在一定的曝氣壓力下將空氣通過中空纖維膜絲的孔隙向水體中輸送;空氣在透過中空纖維膜膜絲外壁的生物膜時，向生物膜進(jìn)行供氧，因此生物膜從靠近中空纖維膜膜絲外壁向水體延展的過程中，由于氧氣供給及生物的溶解氧消耗，形成了不同梯度水平的溶解氧區(qū)域，即形成了好氧區(qū)、兼氧區(qū)和厭氧區(qū)。在靠近中空纖維膜膜絲外壁的生物層得到了充足的氧氣，形成了好氧區(qū)，該好氧區(qū)能夠進(jìn)行去除含碳有機(jī)物和氨氮的硝化反應(yīng);而在遠(yuǎn)離中空纖維膜膜絲外壁的生物層因為氧氣無法傳遞至此而形成了厭氧區(qū)，進(jìn)行水解、反硝化過程;在這兩端中間由于氧氣供給不足形成兼氧區(qū)，其能夠進(jìn)行去除硝酸鹽以及亞硝酸鹽的反應(yīng)，從而使得污水得到凈化。利用中空纖維膜其孔隙微小的特點，可以進(jìn)行無泡或微小氣泡的供氧，即將供氧壓強(qiáng)控制在泡點(曝氣時纖維膜壁上產(chǎn)生的氣泡最低氣體壓強(qiáng))以下，供氧過程中僅有部分微小氣泡溢出水面，可以提高曝氣效率，較傳統(tǒng)曝氣效率提高 4倍，能耗大大降低。

　　但是傳統(tǒng)的膜曝氣充氧反應(yīng)膜絲存在以下的問題：(1)目前的膜絲有親水性和疏水性兩種形式：1)親水性膜絲，易于掛膜，但在水靜壓條件下，膜絲內(nèi)受水靜壓力作用易充滿水，在曝氣時，會出現(xiàn)曝氣壓力小于水壓力的反過水現(xiàn)象，各處水壓不同導(dǎo)致泡點不一，膜絲內(nèi)阻力過大，曝氣能耗過高，易出現(xiàn)曝氣不均勻，且膜絲壁孔易被生物膜堵塞;2)疏水性膜絲，雖可以保證通氣時水不能滲進(jìn)膜內(nèi)，但由于其憎水性的特點，導(dǎo)致不利于微生物的附著掛膜及生長代謝，掛膜困難;(2)在曝氣條件下掛膜，膜絲受壓力影響易變形，導(dǎo)致各處膜絲壁孔處壓力不一，部分膜孔的出口過氣量過大，部分膜孔無過氣，無法實現(xiàn)微曝氣或無泡曝氣，且會導(dǎo)致中空纖維膜絲外的生物量不均勻及溶解氧得不到充分利用，無疑會增大能耗。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)微氣泡充氧生物膜絲的氧氣利用低、膜結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、動力消耗大、維護(hù)復(fù)雜等一系列問題，提供一種新型微氣泡充氧生物膜絲。

　　技術(shù)方案：

　　本發(fā)明提供了一種新型微氣泡充氧生物膜絲，它是由疏水性材料、親水性涂料及親水性結(jié)構(gòu)強(qiáng)化編織物組成;微氣泡充氧生物膜絲的內(nèi)層為疏水性材料，中層為親水性涂料，外層為親水性結(jié)構(gòu)強(qiáng)化編織物，三層相互粘于一體;所述親水性涂料涂抹在疏水性材料膜絲的外表面且不堵塞膜絲壁孔;所述親水性結(jié)構(gòu)強(qiáng)化編織物附著在涂有親水性涂料的膜絲外壁。

　　所述的充氧生物膜絲為曝氣型中空纖維膜絲;

　　所述的充氧生物膜絲外徑為0.6～2mm，內(nèi)徑0.3～1.5mm，膜微孔大小為 0.005～0.2μm;所述充氧生物膜絲可組成簾式中空纖維膜組件或柱狀中空纖維膜組件，膜組件內(nèi)的中空纖維膜絲可以是單層或多層排列，組件寬度為0.1～10m，組件高度為0.5～10m。

　　所述的一種新型微氣泡充氧生物膜絲的水處理方法，是采用上所述的新型微氣泡充氧生物膜絲對水進(jìn)行處理，具體步驟如下：

　　(1)膜絲內(nèi)層：曝氣風(fēng)機(jī)由一端向微氣泡充氧生物膜絲中壓入空氣，氧氣在膜兩側(cè)分壓差的推動下，微氣泡充氧生物膜絲可選擇性透過膜，小直徑氧氣分子優(yōu)先透過膜微孔，而氮氣等大直徑分子透過此膜孔概率較小，被篩選的氮氣由另一端排出。

　　(2)不通入空氣靜置時：由于膜絲內(nèi)部為疏水性材料，液相水體不會浸潤到膜絲內(nèi)部，液相水體無法浸潤到膜絲內(nèi)部，保持膜絲本身干燥性，內(nèi)部不會因為有生物膜生長而堵塞壁孔，同時大大減少了供氧時的供氣壓力值。

　　(3)供氣時：

　　1)由于膜絲外表面涂有親水性材料親水性涂料及親水性結(jié)構(gòu)強(qiáng)化編織物，易于附著生物膜，氧氣透過膜絲孔時，在其外表面形成一層“富氧”，氧氣透過膜絲直接被生物膜利用，不必經(jīng)過液相邊界層，大大減小了氧氣的傳質(zhì)阻力，有利于供氧速度和氧氣利用率的提高，大幅度提高水體中的微生物生長代謝繁殖;

　　2)氧氣與底物以相反的方向傳遞，通過控制供氧可使生物膜產(chǎn)生明顯的分層，從而達(dá)到脫氮和去除有機(jī)物的效果;

　　3)生物膜內(nèi)層：緊靠透氣膜的生物膜底層溶解氧濃度最大，為“富氧層”，以亞硝化菌和硝化菌等自養(yǎng)菌為主;較高分子量的有機(jī)物由于擴(kuò)散作用的限制以及外側(cè)生物膜的降解，到達(dá)生物膜深層時有機(jī)物濃度最低，硝化速率達(dá)到最大。硝化菌受到生物膜的保護(hù)，不會隨水流流失，較長的SRT保證充分繁殖和富集;

　　4)生物膜中間層：溶解氧較低，以好氧異養(yǎng)菌和反硝化菌為主，充足的硝酸鹽、有機(jī)碳源和硝化產(chǎn)物滿足了反硝化和反硝化除磷的需要，NO3--N和 NO2--N進(jìn)入反硝化、反硝化除磷層，此層臨近水流主體，有機(jī)物濃度較高，同時最外層厭氧菌的代謝也會產(chǎn)生低分子有機(jī)物，形成較高的C/N比，有利于獲得高反硝化和反硝化除磷速率，節(jié)省外加碳源的投加。

　　5)生物膜最外層：為兼性好氧菌和厭氧菌，有利于控制生物膜厚度，可明顯減少污泥產(chǎn)量。

　　(4)膜絲外層：因有親水性結(jié)構(gòu)強(qiáng)化編織物加強(qiáng)膜絲本身的韌性，保持各處曝氣氣壓穩(wěn)定，且易于附著生物膜;老化的生物膜在氧壓力條件下，由于附著力的降低，會自然脫落，進(jìn)而周期性的形成新舊生物膜的不斷更新及更替。

　　本發(fā)明優(yōu)勢之處在于利用疏水性膜絲自身的疏水性，水不能浸潤膜，膜絲內(nèi)始終充滿氣體或者保持干燥，氧氣通過膜絲壁孔的過程實際上是膜絲在氣相向液相中的擴(kuò)散傳遞過程，可選擇性透過膜，有利于提高富氧環(huán)境，增強(qiáng)微孔實際有效過流量，大大提高氧的利用率和膜孔的過氧分子比例及通量，相對于傳統(tǒng)供氧，膜孔過氧壓力大大降低，其膜阻力也可忽略不計，因此它具有較高的富氧轉(zhuǎn)移效率和較低的動力消耗。由于膜絲內(nèi)部為疏水性材料，液相水體不會浸潤到膜絲內(nèi)部，液相水體無法浸潤到膜絲內(nèi)部，保持膜絲本身干燥性，內(nèi)部不會因為有生物膜生長而堵塞壁孔，同時大大減少了供氧時的供氣壓力值;膜絲外層的親水性涂料以及親水性結(jié)構(gòu)強(qiáng)化編織物，膜絲亦不容易變形，生物膜也更易于生長代謝，生物膜的分層功能代謝更加合理，可同時完成各類污染物的去除，處理效率大大提高;相對比傳統(tǒng)技術(shù)，各類優(yōu)勢異常明顯。