公布日：2022.02.15
申請日：2021.11.10
分類號：C02F9/14(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N;C02F103/20(2006.01)N
摘要
本發(fā)明及一種MABR膜‑生物滴濾床耦合的廢水處理裝置和工藝，通過在MABR處理之前運(yùn)用螺旋彈簧片過濾器對廢水中的泥沙和懸浮物進(jìn)行處理，并在螺旋彈簧片過濾器對廢水進(jìn)行處理的同時通入臭氧進(jìn)行綜合處理，處理后的廢水進(jìn)行MABR膜處理，在MABR膜處理過程中會產(chǎn)生溢出的氧氣并夾帶少量的有機(jī)廢氣，運(yùn)用后置生物滴濾床對溢出的有機(jī)廢氣進(jìn)行處理，使得廢氣達(dá)標(biāo)排放，生物滴濾床和MABR膜處理反應(yīng)器共用濾池，簡化了菌群培養(yǎng)，節(jié)約控制成本，運(yùn)用疏水性的PVDF膜作為基膜，表面上覆蓋致密的PDMS層，加大對氧氣的選擇性并保證氧氣的通量，在PDMS中共混了高硅沸石，加大了膜對氧氣的滲透性和選擇性，且可將滲透之后的氧氣吸附起來，緩慢釋放，加大廢水對氧氣的溶解量，運(yùn)用氨基硅氧烷對高硅沸石進(jìn)行改性，加大了高硅沸石與PDMS之間的混合均勻性，在PDMS上形成多巴胺層，加大了中空纖維膜外側(cè)的親水性和親生物性，使得膜外側(cè)更容易形成生物膜。
權(quán)利要求書
1.一種MABR~生物滴濾床耦合的廢水處理裝置，其包括前置過濾器，該前置過濾器包括一個外殼，外殼內(nèi)固定設(shè)置一個內(nèi)罩，內(nèi)罩上設(shè)置海洋養(yǎng)殖廢水入口，海洋養(yǎng)殖廢水入口向外貫穿前置過濾器的外殼與海洋養(yǎng)殖廢水儲存箱連接，內(nèi)罩的頂部凸出于外殼并連接有臭氧發(fā)生裝置，臭氧發(fā)生裝置連接有空氣壓縮裝置，內(nèi)罩下部固定連接有一個螺旋彈簧片過濾器，螺旋彈簧片過濾器為不銹鋼條螺旋纏繞而成，螺旋彈簧片過濾器與內(nèi)罩同心設(shè)置，螺旋彈簧片過濾器下部固定連接有與螺旋彈簧片過濾器同心設(shè)置的中空底座，底座鉸接在一個支桿的一端，支桿的另一端偏心鉸接有凸輪，凸輪通過連接軸轉(zhuǎn)動連接在前置過濾器底部密封連接的電機(jī)保護(hù)罩內(nèi)的電機(jī)，前置過濾器的側(cè)壁底部設(shè)置有排泥口，前置過濾器的側(cè)壁頂部設(shè)置有過濾后廢水出口，過濾后的廢水從過濾后廢水出口排出后進(jìn)入MABR~生物滴濾床耦合裝置中，MABR~生物滴濾床耦合裝置為L型，經(jīng)過過濾和臭氧處理的廢水首先進(jìn)入一個MABR膜反應(yīng)器，該MABR膜反應(yīng)器為一個中空式的膜反應(yīng)器，中空纖維膜的內(nèi)部一端連通有空氣壓縮裝置，另一端連接空氣出口，該空氣出口設(shè)置在ABR~生物滴濾床耦合裝置外，廢水經(jīng)過MABR反應(yīng)后向右進(jìn)入生物滴濾床下部，在MABR處理過程中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣經(jīng)過生物滴濾床的處理后無害排放，生物滴濾床與MABR生物反應(yīng)器共用生物液池，生物滴濾床包括循環(huán)泵，噴頭和填料，噴頭設(shè)置在填料上，在噴頭上設(shè)置有除霧器，生物滴濾床的頂部設(shè)置有排氣口，MABR~生物滴濾床耦合耦合裝置的側(cè)壁上設(shè)置有凈化水排出口。
2.一種如權(quán)利要求1所述的MABR~生物滴濾床耦合的廢水處理裝置的廢水處理工藝，其特征在于其包括如下過程：海洋養(yǎng)殖廢水首先從海洋養(yǎng)殖廢水入口進(jìn)入前置過濾器的內(nèi)罩中，同時臭氧發(fā)生裝置中產(chǎn)生的臭氧通過內(nèi)罩的頂部進(jìn)入內(nèi)罩中，廢水和臭氧發(fā)生碰撞并反應(yīng)，臭氧產(chǎn)生大量的羥基自由基，將部分有機(jī)物進(jìn)行分解，并殺死有害的菌群，防止廢水中自帶的有害菌群對后面的MABR和生物滴濾床產(chǎn)生不良影響，臭氧處理過程中會在廢水中產(chǎn)生部分氧氣，有利于后期的MABR和生物滴濾床的反應(yīng)，在壓力的作用下，臭氧和廢水會向碰撞著向下移動，之后進(jìn)入螺旋彈簧片過濾器，由于螺旋彈簧片過濾器周邊有很多縫隙，廢水和臭氧會沿著縫隙徑向流出螺旋彈簧片過濾器，懸浮物和泥沙會被阻擋下來，積少成多，沿著中空底座落入前置過濾器底部，將泥沙和懸浮物從排泥口排出，過濾后的水在前置過濾器中經(jīng)過進(jìn)一步的沉降后通過前置過濾器側(cè)壁頂部的過濾后廢水出口排出進(jìn)入MABR~生物滴濾床耦合裝置，此時通過空氣壓縮裝置向MABR通入壓縮空氣，在MABR膜組件的作用下，氧氣通過膜進(jìn)入到中空纖維膜外的廢水中，中空纖維膜上運(yùn)用可降解污染物的菌進(jìn)行掛膜，氧氣通過中空纖維膜不斷為可降解污染物的菌提供氧氣，廢水中的污染物不斷通過生物膜降解處理后得到凈化，在MABR處理過程中，產(chǎn)生了溢出的氧氣和其攜帶的部分揮發(fā)性氣體，該氣體運(yùn)用MABR~生物滴濾床耦合耦合裝置中的生物滴濾床進(jìn)行處理后達(dá)標(biāo)排放，MABR和生物滴濾床運(yùn)用相同的菌進(jìn)行掛膜處理，MABR和生物滴濾床共用處理池，方便菌群管理，操作和控制更簡單，廢水經(jīng)過處理凈化后經(jīng)過凈化水排出口排出。
3.一種如權(quán)利要求2中廢水處理工藝，其中MABR膜的制備方法包括如下步驟：(1)將納米高硅沸石加入到DMF溶劑中，攪拌均勻后，加入少許的氨基硅氧烷反應(yīng)一段時間，之后離心分離后在室溫下干燥8h備用。(2)將經(jīng)過的氨基硅氧烷修飾后的高硅沸石，按照一定的質(zhì)量比例與氨基封端的聚二甲基硅氧烷、交聯(lián)劑、催化劑的原料混合，形成鑄膜液。(3)在疏水型中空纖維PVDF膜表面噴涂鑄膜液，之后將膜放入真空烘箱中，在80~120℃下干燥8~12h，得到表面有PDMS層的疏水性透氧膜。(4)配置親水親生物性改性溶液，將多巴胺溶解在堿性緩沖溶劑中，配制成濃度為4.0~7.0g/L的含有多巴胺的緩沖溶液，具體的為將多巴胺加入到PH＝8～11的碳酸鈉和碳酸氫鈉緩沖溶液中，將該溶液涂覆到表面有PDMS層的疏水性透氧膜中，在20~40℃下反應(yīng)10~24h后得到含有親水親生物改性層的中空纖維膜。(5)將該膜組裝形成MABR膜組件。
4.一種如權(quán)利要求3中廢水處理工藝，其特征在于，所述氨基硅氧烷為氨基丙基三乙氧基硅烷。
發(fā)明內(nèi)容
本申請旨在提供一種物理~化學(xué)~MABR~生物滴濾床耦合海洋養(yǎng)殖廢水處理工藝和裝置。
本申請?zhí)峁┮环NMABR~生物滴濾床耦合的廢水處理裝置，其包括前置過濾器，該前置過濾器包括一個外殼，外殼內(nèi)固定設(shè)置一個內(nèi)罩，內(nèi)罩上設(shè)置海洋養(yǎng)殖廢水入口，海洋養(yǎng)殖廢水入口向外貫穿前置過濾器的外殼與海洋養(yǎng)殖廢水儲存箱連接，內(nèi)罩的頂部凸出于外殼并連接有臭氧發(fā)生裝置，臭氧發(fā)生裝置連接有空氣壓縮裝置，內(nèi)罩下部固定連接有一個螺旋彈簧片過濾器，螺旋彈簧片過濾器為不銹鋼條螺旋纏繞而成，螺旋彈簧片過濾器與內(nèi)罩同心設(shè)置，螺旋彈簧片過濾器下部固定連接有與螺旋彈簧片過濾器同心設(shè)置的中空底座，底座鉸接在一個支桿的一端，該支桿的另一端偏心鉸接有凸輪，凸輪通過連接軸轉(zhuǎn)動連接在前置過濾器底部密封連接的電機(jī)保護(hù)罩內(nèi)的電機(jī)上，前置過濾器的側(cè)壁底部設(shè)置有排泥口，前置過濾器的側(cè)壁頂部設(shè)置有過濾后廢水出口，過濾后的廢水從過濾后廢水出口排出后進(jìn)入MABR~生物滴濾床耦合裝置中，MABR~生物滴濾床耦合裝置為L型，經(jīng)過過濾和臭氧處理的廢水首先進(jìn)入一個MABR膜反應(yīng)器，該MABR膜反應(yīng)器為一個中空式的膜反應(yīng)器，中空纖維膜的內(nèi)部一端連通有空氣壓縮裝置，另一端連接壓縮空氣出口，該空氣出口設(shè)置在MABR~生物滴濾床耦合裝置外，廢水經(jīng)過MABR反應(yīng)后向右進(jìn)入生物滴濾床下部，在MABR處理過程中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣經(jīng)過生物滴濾床的處理后無害排放，生物滴濾床與MABR生物反應(yīng)器共用生物液池，生物滴濾床包括循環(huán)泵，噴頭和填料，噴頭設(shè)置在填料的上部，在噴頭上部設(shè)置有除霧器，生物滴濾床的頂部設(shè)置有排氣口，MABR~生物滴濾床耦合裝置的側(cè)壁上設(shè)置有凈化水排出口。
本申請還提供一種廢水的處理工藝，海洋養(yǎng)殖廢水首先從海洋養(yǎng)殖廢水入口進(jìn)入前置過濾器的內(nèi)罩中，同時臭氧發(fā)生裝置中產(chǎn)生的臭氧通過內(nèi)罩的頂部進(jìn)入內(nèi)罩中，廢水和臭氧發(fā)生碰撞并反應(yīng)，臭氧產(chǎn)生大量的羥基自由基，將部分有機(jī)物進(jìn)行分解，并殺死有害的菌群，防止廢水中自帶的有害菌群對后面的MABR和生物滴濾床產(chǎn)生不良影響，臭氧處理過程中會在廢水中產(chǎn)生部分氧氣，有利于后期的MABR和生物滴濾床的反應(yīng)。在壓力的作用下，臭氧和廢水會向碰撞著向下移動，之后進(jìn)入螺旋彈簧片過濾器，由于螺旋彈簧片過濾器周邊有很多縫隙，廢水和臭氧會沿著縫隙徑向流出螺旋彈簧片過濾器，懸浮物和泥沙會被阻擋下來，積少成多，沿著中空底座落入前置過濾器底部，后根據(jù)需要將其從排泥口排出，而過濾后的水在前置過濾器中經(jīng)過進(jìn)一步的沉降通過前置過濾器側(cè)壁頂部的過濾后廢水出口排出進(jìn)入MABR~生物滴濾床耦合裝置，此時通過空氣壓縮裝置向MABR通入壓縮空氣，在MABR膜組件的作用下，氧氣通過膜進(jìn)入到中空纖維膜外的廢水中，該中空纖維膜提前運(yùn)用好氧菌進(jìn)行掛膜處理，氧氣通過中空纖維膜不斷為好氧菌提供氧氣，廢水中的污染物不斷通過生物膜降解處理后得到凈化，在MABR處理過程中，產(chǎn)生了溢出的氧氣以及其攜帶的部分揮發(fā)性氣體，氧氣和揮發(fā)性氣體的混合氣運(yùn)用MABR~生物滴濾床耦合耦合裝置中的生物滴濾床部分進(jìn)行處理后達(dá)標(biāo)排放，MABR和生物滴濾床都可以運(yùn)用相同的菌進(jìn)行掛膜處理，MABR和生物滴濾床共用處理池，方便菌群管理，操作和控制更簡單，廢水經(jīng)過處理凈化后經(jīng)過凈化水排出口排出，氣體經(jīng)過生物填料進(jìn)行生化處理后經(jīng)過排氣口排出。
本發(fā)明還提供一種MABR膜以及相應(yīng)的制備方法，本申請MABR膜的制備方法包括如下步驟：(1)將納米高硅沸石加入到DMF溶劑中，攪拌均勻后，加入少許的氨基硅氧烷反應(yīng)一段時間，反應(yīng)完成后離心分離，將分離后的固體在室溫下干燥8h備用。(2)將經(jīng)過的氨基硅氧烷修飾后的高硅沸石，按照一定的質(zhì)量比例與氨基封端的聚二甲基硅氧烷、交聯(lián)劑、催化劑的原料混合，形成鑄膜液。(3)在疏水型中空纖維PVDF膜表面噴涂鑄膜液，之后將膜放入真空烘箱中，在100℃下干燥10h，得到表面有PDMS層的疏水性透氧膜。(4)配置親水親生物改性溶液，將多巴胺溶解在堿性緩沖溶劑中，配制成濃度為5.0g/L的含有多巴胺的緩沖溶液，具體的為將多巴胺加入到pH＝10的碳酸鈉和碳酸氫鈉緩沖溶液中，將該溶液涂覆到表面有PDMS層的疏水性透氧膜中，在30℃下反應(yīng)20h后得到親水親生物改性后的中空纖維膜。(5)將該膜組裝形成MABR膜組件。
有益效果
(1)本申請通過在MABR處理之前運(yùn)用螺旋彈簧片過濾器對廢水中的泥沙和懸浮物進(jìn)行處理，可以防止泥沙和懸浮物污染后面的MABR膜，運(yùn)用在廢水中通入臭氧，可以在MABR膜處理前去除害菌，為后續(xù)MABR工藝提供部分氧氣，且臭氧處理過程中產(chǎn)生大量的羥基自由基，可以對有機(jī)污染物實(shí)現(xiàn)初步的處理。
(2)本申請?zhí)厥獾穆菪龔椈善^濾器的設(shè)置，使得臭氧與廢水混合并同時去除泥沙、懸浮物，可以實(shí)現(xiàn)多重效果的集合，占地面積小，處理效果佳。
(2)本申請運(yùn)用疏水性的PVDF膜作為基膜，表面上覆蓋致密的PDMS層，加大對氧氣的選擇性并保證氧氣的通量，選擇氨基封端的PDMS，其成梳狀，使得制備的膜更加均勻。在PDMS中共混了高硅沸石，其有兩個作用，一個是加大了膜對氧氣的滲透性和選擇性，二是其作為一種吸附性能的物質(zhì)，能夠?qū)B透之后的氧氣吸附起來，緩慢釋放，加大廢水對氧氣的溶解量，運(yùn)用氨基硅氧烷對高硅沸石進(jìn)行改性，加大了高硅沸石與PDMS之間的混合均勻性。在PDMS上形成多巴胺層，加大了中空纖維膜外側(cè)的親水性和親生物性，使得膜外側(cè)更容易形成生物膜，運(yùn)用聚多巴胺分子層上的醌基與氨基封端的聚二甲基硅氧烷發(fā)生加成反應(yīng)，形成了交聯(lián)鍵，加大了親水親生物層與PDMS層的結(jié)合力，增加了膜的使用壽命。
(3)本申請在MABR之后運(yùn)用生物滴濾床對其揮發(fā)的廢氣進(jìn)行處理，防止了MABR處理過程中出現(xiàn)新的廢氣污染，且二者共用處理池，簡化了菌群的培養(yǎng)以及生長檢測控制，節(jié)約了成本。
（發(fā)明人：朱軼寧;孫峰;仲超;徐卿）
