公布日：2023.11.03
申請日：2023.07.10
分類號：C02F3/28(2023.01)I;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種用于強(qiáng)化污水脫氮的新型填料及其制備方法和掛膜方法，涉及污水處理領(lǐng)域。新型填料的制備方法包括將廢舊膜絲浸泡在次氯酸鈉溶液中改性，將廢舊膜絲浸泡在含還原鐵粉和鹽酸多巴胺的涂敷液中，干燥后獲得最終改性膜絲。本申請針對膜法水處理工程中廢舊膜材料的循環(huán)利用問題，圍繞廢舊膜材料為原料進(jìn)行新型填料的制備，新型填料成功降低了填料表面的水接觸角，強(qiáng)化了單位膜面積的生物膜富集能力，使填料表面生物膜的單位反硝化速率顯著提高，解決了廢舊膜填料的難富集生物膜和掛膜時(shí)間長的問題。
權(quán)利要求書
1.一種用于強(qiáng)化污水脫氮的新型填料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)從廢舊中空纖維膜組件中獲取廢舊膜絲；(2)將廢舊膜絲浸泡在pH為8-9的次氯酸鈉溶液中，處理后使其余氯暴露當(dāng)量為2000-100000ppm·h，清洗、干燥后獲得初步改性膜絲；(3)將廢舊膜絲浸泡在涂敷液中，涂敷液包括0.3wt％-0.7wt％還原鐵粉、0.5wt％-1.5wt％鹽酸多巴胺和余量溶劑，干燥后獲得最終改性膜絲。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于強(qiáng)化污水脫氮的新型填料的制備方法，其特征在于，在步驟(2)中，浸泡時(shí)間為2h-10h。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于強(qiáng)化污水脫氮的新型填料的制備方法，其特征在于，在步驟(3)中，浸泡時(shí)間為3h-5h。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于強(qiáng)化污水脫氮的新型填料的制備方法，其特征在于，所述廢舊中空纖維膜組件來源于飲用水處理、市政污水處理或工業(yè)廢水處理廠的MBR。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于強(qiáng)化污水脫氮的新型填料的制備方法，其特征在于，所述廢舊中空纖維膜組件的膜材質(zhì)為醋酸纖維素、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯中的至少一種，所述廢舊中空纖維膜組件的膜孔徑為0.02-0.2μm。
6.一種如權(quán)利要求1-5任一所述的用于強(qiáng)化污水脫氮的新型填料的制備方法制備獲得的用于強(qiáng)化污水脫氮的新型填料。
7.一種如如權(quán)利要求6所述的用于強(qiáng)化污水脫氮的新型填料在污水脫氮處理設(shè)備中的應(yīng)用。
8.一種如權(quán)利要求6所述的用于強(qiáng)化污水脫氮的新型填料的掛膜方法，其特征在于，包括以下步驟：掛膜啟動階段時(shí)，以A2/O工藝為主體的城市污水處理廠缺氧池污泥作為接種污泥，以污水廠二沉池出水配制硝酸鹽溶液作為進(jìn)水基質(zhì)，將反硝化碳源作為外加碳源通過新型填料打入掛膜池，由新型填料的膜腔內(nèi)部向外進(jìn)行碳源擴(kuò)散；掛膜期間污泥濃度維持在4000-6000mg/L，系統(tǒng)的污泥齡SRT設(shè)定為12h-36h，水力停留時(shí)間HRT為12h-36h，控制溶解氧DO濃度<0.5mg/L，反硝化碳源的通量為1L/(m2˙h)，并按照碳源需求量調(diào)節(jié)其投加量。
9.如權(quán)利要求8所述的一種用于強(qiáng)化污水脫氮的新型填料的掛膜方法，其特征在于，硝酸鹽溶液的濃度為25-100mgN/L。
10.如權(quán)利要求8所述的一種用于強(qiáng)化污水脫氮的新型填料的掛膜方法，其特征在于，外加碳源為含葡萄糖和冰乙酸的溶液，濃度為5-20gCOD/L，葡萄糖和冰乙酸質(zhì)量比為(1-5):1。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于強(qiáng)化污水脫氮的新型填料及其制備方法和掛膜方法，為克服廢舊中空纖維膜絲富集生物膜難、掛膜時(shí)間長的問題，通過對廢舊中空纖維膜進(jìn)行改性處理，以提高其富集反硝化微生物能力，作為新型填料可用于污水脫氮處理。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明目的之一提供了一種用于強(qiáng)化污水脫氮的新型填料的制備方法，包括以下步驟：
(1)從廢舊中空纖維膜組件中獲取廢舊膜絲；
(2)將廢舊膜絲浸泡在pH為8-9的次氯酸鈉溶液中，處理后使其余氯暴露當(dāng)量為2000-100000ppm·h，清洗、干燥后獲得初步改性膜絲；
(3)將廢舊膜絲浸泡在涂敷液中，涂敷液包括0.3wt％-0.7wt％還原鐵粉、0.5wt％-1.5wt％鹽酸多巴胺和余量溶劑，干燥后獲得最終改性膜絲。
通過采用上述方案，使用高余氯當(dāng)量的次氯酸鈉溶液浸泡廢舊膜絲，可以破壞廢舊膜絲中殘余的疏水性不可逆污染并引入親水基團(tuán)，提高親水性能，相比于傳統(tǒng)生物填料提高疏水性以便于更多微生物附著的改性方式，本申請利用次氯酸鈉提高填料親水性可以限制附著微生物的種類，掛膜時(shí)使新型填料表面附著群落的生態(tài)位變窄，進(jìn)而有利于特異性附著相似功能的菌群即反硝化微生物；膜表面的粗糙度是影響膜填料快速掛膜的又一重要因素，在不影響孔道親水性和碳源擴(kuò)散能力的基礎(chǔ)上，利用還原鐵粉原位聚合改性的方式控制廢舊膜絲表面的粗糙度，進(jìn)一步富集反硝化生物膜；
同時(shí)，控制次氯酸鈉溶液的pH為8-9，這是因?yàn)樵谌跛岷椭行詶l件下，次氯酸鈉溶液中的次氯酸分子含量過高，會破壞膜表面官能團(tuán)而暴露疏水的骨架，不利于掛膜期間外加碳源在膜填料孔道的擴(kuò)散。
作為優(yōu)選方案，在步驟(2)中，浸泡時(shí)間為2h-10h。
通過采用上述方案，廢舊膜絲改性過程的余氯暴露當(dāng)量是影響膜填料富集反硝化生物膜的重要因素，控制次氯酸鈉溶液的浸泡時(shí)間可以控制廢舊膜絲的余氯暴露當(dāng)量。改性時(shí)余氯暴露當(dāng)量較小將無法有效破壞廢舊膜絲孔道的殘余的疏水性不可逆膜污染，而余氯當(dāng)量暴露較大則會氧化破壞膜表面的親水基團(tuán)，使疏水的PVDF骨架裸露而增加膜填料的疏水性。
作為優(yōu)選方案，在步驟(3)中，浸泡時(shí)間為3h-5h。
作為優(yōu)選方案，所述廢舊中空纖維膜組件來源于飲用水處理、市政污水處理或工業(yè)廢水處理廠的MBR。
作為優(yōu)選方案，所述廢舊中空纖維膜組件的膜材質(zhì)為醋酸纖維素、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯中的至少一種。
作為優(yōu)選方案，所述廢舊中空纖維膜組件的膜孔徑為0.02-0.2μm。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明目的之二提供了一種用于強(qiáng)化污水脫氮的新型填料的制備方法制備獲得的用于強(qiáng)化污水脫氮的新型填料。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明目的之三提供了一種用于強(qiáng)化污水脫氮的新型填料在污水脫氮處理設(shè)備中的應(yīng)用，具體可應(yīng)用于液態(tài)碳源擴(kuò)散器。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明目的之四提供了一種用于強(qiáng)化污水脫氮的新型填料的掛膜方法，包括以下步驟：
掛膜啟動階段時(shí)，以A2/O工藝為主體的城市污水處理廠缺氧池污泥作為接種污泥，以污水廠二沉池出水配制硝酸鹽溶液作為進(jìn)水基質(zhì)，將反硝化碳源作為外加碳源通過新型填料打入掛膜池，由新型填料的膜腔內(nèi)部向外進(jìn)行碳源擴(kuò)散；
掛膜期間污泥濃度維持在4000-6000mg/L，系統(tǒng)的污泥齡SRT設(shè)定為12h-36h，水力停留時(shí)間HRT為12h-36h，控制溶解氧DO濃度<0.5mg/L，反硝化碳源的通量為1L/(m2˙h)，并按照碳源需求量調(diào)節(jié)其投加量。
作為優(yōu)選方案，硝酸鹽溶液的濃度為25-100mgN/L。
作為優(yōu)選方案，外加碳源為含葡萄糖和冰乙酸的溶液，濃度為5-20gCOD/L，葡萄糖和冰乙酸質(zhì)量比為(1-5):1。
通過采用上述方案，外加碳源的濃度并非越高越好，當(dāng)碳源濃度過高時(shí)掛膜池內(nèi)部會出現(xiàn)膜污染，控制外加碳源的通量還可以避免外加碳源投加泵的壓力增加導(dǎo)致廢舊膜絲爆破。
相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實(shí)施例具有如下有益效果：
1、本申請針對膜法水處理工程中廢舊膜材料的循環(huán)利用問題，圍繞廢舊膜材料為原料進(jìn)行新型填料的制備，新型填料成功降低了填料表面的水接觸角，強(qiáng)化了單位膜面積的生物膜富集能力，使填料表面生物膜的單位反硝化速率提高了223％，解決了廢舊膜填料的難富集生物膜和掛膜時(shí)間長的問題。
2、本申請先通過高余氯當(dāng)量的次氯酸堿液破壞廢舊中空纖維膜的不可逆膜污染物，改變膜填料表面的親疏水性并增強(qiáng)膜填料孔道的碳源擴(kuò)散能力，再利用鹽酸多巴胺的自聚合反應(yīng)，結(jié)合還原鐵粉原位聚合方式控制膜填料表面的粗糙性，進(jìn)一步強(qiáng)化了膜表面富集反硝微生物的能力。
3、本申請適合用于處理污水的中空纖維復(fù)合膜材料，可實(shí)現(xiàn)廢舊膜組件的循環(huán)利用和實(shí)現(xiàn)污水氮素的高效脫除，新型膜填料表面富集的反硝化生物膜具備有遠(yuǎn)高于普通活性污泥絮體的反硝化速率。
（發(fā)明人：孟凡剛;甘志浩;余仲;周贊民;陳金燦;劉萬里;余志達(dá);周亞梁;歐進(jìn)浩）
