CN111871236A - 一种双膜联用膜分离与生物活性法处理废水系统 - Google Patents

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Abstract

发明公开了一种双膜联用膜分离与生物活性法处理废水系统，包括过滤分离膜与膜生物反应器；所述的过滤分离膜沿污水流动方向设置在所述的膜生物反应器的进水侧和出水侧；所述的过滤分离膜通过如下步骤制备而成：S1制备光催化剂混合固体纳米粉；S2形成聚偏氟乙烯光催化过滤膜；S3制备活性生物粉；S4制备过滤分离膜；本发明的有益效果是：微孔膜，使污水流速降低，进行光催化，利用繁殖液干粉的吸附特性和催化有机物分解，实现纯净分离同时不引入杂质金属离子；限定海洋微藻，实现光催化剂和废水之间充分接触；限定粘接剂，能与活性生物粉相配合，加大污水的吸附力度，进一步的实现纯净分离的目的。

Description

一种双膜联用膜分离与生物活性法处理废水系统
技术领域
本发明涉及废水处理系统领域，具体是一种双膜联用膜分离与生物活性法处理废水系统。
背景技术
中国是一个缺水国家,污水处理及回用是开发利用水资源的有效措施，污水回用是将城市污水、工业污水通过净水设备处理之后,将其用于绿化、冲洗、补充观赏水体等非饮用目的,而将清洁水用于饮用等高水质要求的用途；城市污水、工业污水就近可得，可免去长距离输水，而实现就近处理实现水资源的充分利用，同时污水经过就近处理，也可防止污水在长距离输送过程中造成污水渗漏，导致污染地下水源。污水回用已经在世界上许多缺水的地区广泛采用，被认为21世纪污水处理最实用技术。
MBR又称膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor)为膜分离技术与生物处理技术有机结合之新型态废水处理系统，以膜组件取代传统生物处理技术末端二沉池，在生物反应器中保持高活性污泥浓度，提高生物处理有机负荷，从而减少污水处理设施占地面积，并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量，因此将膜生物反应器应用于污水回用，同时配合过滤膜进行净化，提高污水回用的效率以及清洁度，同时减少占地面积；但是膜生物反应器由于孔径固定，极易出现膜污染情况，同时由于膜生物反应器需要大量电能维持微生物生长环境与激活微生物繁殖，因此具有耗能极高。
如发明为：一种PVDF/碳纤维基MFe2O4型光催化导电过滤膜耦合MBR/MFC的方法(申请号：CN201610541618.8)采用该膜作为微生物燃料电池的阴极，在生物阳极产电驱动下，阴极辅以光催化提升污染物的去除效率，最后膜过滤出水实现了废水的高效节能处理；该PVDF/碳纤维基MFe2O4光催化导电过滤膜的制备方法如下：在PVDF铸膜液中通过先后添加碳纳米粉末和MFe2O4光催化剂，后以一定厚度涂覆在碳纤维布表面，经相转化法制得了PVDF/碳纤维基MFe2O4光催化导电过滤膜；虽然采用了微生物燃料电池的原理，可以提供一定的电能，但是其对于膜生物反应器的污染问题并无较大的帮助，反之燃料电池中极易产生微生物絮凝现象，导致絮凝后的颗粒堵塞膜生物反应器；同时采用了MFe2O4光催化剂，在废水中容易增加铁离子含量，加重后期铁处理的过程的压力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双膜联用膜分离与生物活性法处理废水系统，以至少达到纯净分离、不引入新的金属离子杂质的目的
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种双膜联用膜分离与生物活性法处理废水系统，包括过滤分离膜与膜生物反应器；所述的过滤分离膜沿污水流动方向设置在所述的膜生物反应器的进水侧和出水侧；
所述的过滤分离膜通过如下步骤制备而成：
S1将纳米二氧化硅与石墨烯按照3：1比例混合均匀后，热融成液体后，在热融液中快速冷却，得到光催化剂混合固体，再经过超细研磨得到光催化剂混合固体纳米粉；
S2将得到的光催化剂混合固体纳米粉置于聚偏氟乙烯铸膜液中，混合均匀，形成聚偏氟乙烯光催化过滤膜；
S3选取海洋微藻的多次繁殖液，低温干燥成粉后，再经过冷冻保藏3d，得到活性生物粉；
S4在得到的聚偏氟乙烯光催化过滤膜上均匀覆盖上一层所述的活性生物粉，在利用生物粘接剂进行粘接，即得到所述的过滤分离膜。
优选的，为了进一步保存海洋微藻的繁殖液活性，所述的活性生物粉为，将海洋微藻的3次扩大繁殖的繁殖液分别进行收集，随后将收集的繁殖液在2℃条件下冷风干燥3h后，研磨成粉，并在-10℃条件下保藏3d；通过低温干燥以及冷冻保存的方式，使海洋微藻的繁殖液能形成固体的同时，保证其生物活性。
优选的，为了实现纯净分离的目的；所述的聚偏氟乙烯光催化过滤膜孔径为0.2μm；通过限定聚偏氟乙烯光催化过滤膜为微孔膜，进而使污水流速降低的同时，使石墨烯孔道搭载纳米二氧化硅进行光催化，进一步利用聚偏氟乙烯光催化过滤膜内的海洋微藻的繁殖液干粉的吸附特性和催化有机物分解特性，实现纯净分离同时不引入杂质金属离子。
优选的，为了进一步实现利用海洋微藻作为光催化剂的承载剂，催化二氧化硅产生光催化反应，所述的海洋微藻为红海束毛藻与鱼腥藻之比为2:1形成的混合蓝藻群；通过限定海洋微藻为红海束毛藻与鱼腥藻，利用红海束毛藻的多孔性，使聚偏氟乙烯光催化过滤膜具备吸附性的同时，鱼腥藻能承载纳米二氧化硅和石墨混合固体，作为光催化剂的承载剂，实现光催化剂和废水之间的充分接触，进一步的实现纯净分离的目的。
优选的，为了保证不引入其他杂质，所述的生物粘接剂为海洋微藻培养的繁殖液中提取出的透明基质，经过4kPa压力条件下压实成粉；所述的透明基质为果胶质与半纤维素的混合胶质，限定繁殖液中有效成分为果胶质与半纤维素作为粘接剂，不仅能充分粘接活性生物粉与聚偏氟乙烯光催化过滤膜，进而能与活性生物粉相配合，加大污水的吸附力度，进一步的实现纯净分离的目的。
优选的，为了进一步限定粘接的方式，所述的粘接为，利用生物粘接剂浸泡覆盖上活性生物粉的聚偏氟乙烯光催化过滤膜，静置6min后，搅拌2h，过滤，取出聚偏氟乙烯光催化过滤膜，即为过滤分离膜；限定粘接方式，采用浸入粘接的方式，进而使聚偏氟乙烯光催化过滤膜能与活性生物粉充分并且均匀的粘接。
优选的，为了进一步实现纳米二氧化硅和石墨烯热融成液体，所述的热融采用电熔炉在1400℃条件下，热融5-8min后成形成液体，通过限定采用高效的电熔炉，使纳米二氧化硅和石墨烯能快速形成液体，使纳米二氧化硅和石墨烯能充分混合后，凝固成固体。
本发明的有益效果是：
1.通过限定聚偏氟乙烯光催化过滤膜为微孔膜，进而使污水流速降低的同时，使石墨烯孔道搭载纳米二氧化硅进行光催化，进一步利用聚偏氟乙烯光催化过滤膜内的海洋微藻的繁殖液干粉的吸附特性和催化有机物分解特性，实现纯净分离同时不引入杂质金属离子。
2.通过限定海洋微藻为红海束毛藻与鱼腥藻，利用红海束毛藻的多孔性，使聚偏氟乙烯光催化过滤膜具备吸附性的同时，鱼腥藻能承载纳米二氧化硅和石墨混合固体，作为光催化剂的承载剂，实现光催化剂和废水之间的充分接触，进一步的实现纯净分离的目的。
3.限定繁殖液中有效成分为果胶质与半纤维素作为粘接剂，不仅能充分粘接活性生物粉与聚偏氟乙烯光催化过滤膜，进而能与活性生物粉相配合，加大污水的吸附力度，进一步的实现纯净分离的目的。
4.限定粘接方式，采用浸入粘接的方式，进而使聚偏氟乙烯光催化过滤膜能与活性生物粉充分并且均匀的粘接。
5.通过限定采用高效的电熔炉，使纳米二氧化硅和石墨烯能快速形成液体，使纳米二氧化硅和石墨烯能充分混合后，凝固成固体。
附图说明
图1为各对比例与实施例的铁离子去除率和透明度的情况图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
一种双膜联用膜分离与生物活性法处理废水系统，包括过滤分离膜与膜生物反应器；所述的过滤分离膜沿污水流动方向设置在所述的膜生物反应器的进水侧和出水侧；
所述的过滤分离膜通过如下步骤制备而成：
S1将纳米二氧化硅与石墨烯按照3：1比例混合均匀后，热融成液体后，在热融液中快速冷却，得到光催化剂混合固体，再经过超细研磨得到光催化剂混合固体纳米粉；为了进一步实现纳米二氧化硅和石墨烯热融成液体，所述的热融采用电熔炉在1400℃条件下，热融7min后成形成液体，通过限定采用高效的电熔炉，使纳米二氧化硅和石墨烯能快速形成液体，使纳米二氧化硅和石墨烯能充分混合后，凝固成固体；
S2将得到的光催化剂混合固体纳米粉置于聚偏氟乙烯铸膜液中，混合均匀，形成聚偏氟乙烯光催化过滤膜；为了实现纯净分离的目的；所述的聚偏氟乙烯光催化过滤膜孔径为0.2μm；通过限定聚偏氟乙烯光催化过滤膜为微孔膜，进而使污水流速降低的同时，使石墨烯孔道搭载纳米二氧化硅进行光催化，进一步利用聚偏氟乙烯光催化过滤膜内的海洋微藻的繁殖液干粉的吸附特性和催化有机物分解特性，实现纯净分离同时不引入杂质金属离子；
S3选取海洋微藻的多次繁殖液，低温干燥成粉后，再经过冷冻保藏3d，得到活性生物粉；为了进一步保存海洋微藻的繁殖液活性，所述的活性生物粉为，将海洋微藻的3次扩大繁殖的繁殖液分别进行收集，随后将收集的繁殖液在2℃条件下冷风干燥3h后，研磨成粉，并在-10℃条件下保藏3d；通过低温干燥以及冷冻保存的方式，使海洋微藻的繁殖液能形成固体的同时，保证其生物活性；为了进一步实现利用海洋微藻作为光催化剂的承载剂，催化二氧化硅产生光催化反应，所述的海洋微藻为红海束毛藻与鱼腥藻之比为2:1形成的混合蓝藻群；通过限定海洋微藻为红海束毛藻与鱼腥藻，利用红海束毛藻的多孔性，使聚偏氟乙烯光催化过滤膜具备吸附性的同时，鱼腥藻能承载纳米二氧化硅和石墨混合固体，作为光催化剂的承载剂，实现光催化剂和废水之间的充分接触，进一步的实现纯净分离的目的；
S4在得到的聚偏氟乙烯光催化过滤膜上均匀覆盖上一层所述的活性生物粉，在利用生物粘接剂进行粘接，即得到所述的过滤分离膜；为了保证不引入其他杂质，所述的生物粘接剂为海洋微藻培养的繁殖液中提取出的透明基质，经过4kPa压力条件下压实成粉；所述的透明基质为果胶质与半纤维素的混合胶质，限定繁殖液中有效成分为果胶质与半纤维素作为粘接剂，不仅能充分粘接活性生物粉与聚偏氟乙烯光催化过滤膜，进而能与活性生物粉相配合，加大污水的吸附力度，进一步的实现纯净分离的目的；为了进一步限定粘接的方式，所述的粘接为，利用生物粘接剂浸泡覆盖上活性生物粉的聚偏氟乙烯光催化过滤膜，静置6min后，搅拌2h，过滤，取出聚偏氟乙烯光催化过滤膜，即为过滤分离膜；限定粘接方式，采用浸入粘接的方式，进而使聚偏氟乙烯光催化过滤膜能与活性生物粉充分并且均匀的粘接。
实施例2
将所述的热融采用电熔炉在1400℃条件下，热融5min后成形成的液体，其余步骤以及原料同实施例1。
实施例3
将所述的热融采用电熔炉在1400℃条件下，热融8min后成形成的液体，其余步骤以及原料同实施例1。
对比例1
不采用海洋微藻作为光催化剂的承载剂，其余步骤及原料同实施例1；考察海洋微藻作为光催化剂的承载剂，对处理后的废水的影响。
对比例2
不采用纳米二氧化硅和石墨混合固体作为光催化剂，采用MFe2O4光催化，其余步骤及原料同实施例1；考察纳米二氧化硅和石墨混合固体作为光催化剂，对对处理后的废水的影响。
对比例3
不采用果胶质与半纤维素作为粘接剂，直接将活性生物粉通过物理嵌入粘接的方式，其余步骤及原料同实施例1；考察果胶质与半纤维素作为粘接剂，对对处理后的废水的影响。
分别收集各实施例、对比例处理的相同区域的废水，测定处理后的废水中铁离子含量与进入装置前的铁离子含量之比，同时测定各处理后废水中透明度较纯水透明度之比，得到表1：
表1各对比例与实施例的铁离子去除率和透明度的情况表
类别 铁离子去除率(％) 处理后废水透明度(％)
实施例1 94 89
实施例2 93 87
实施例3 90 91
对比例1 67 53
对比例2 76 69
对比例3 81 73
如图1所示以及表1可知，当采用热融7min、海洋微藻作为光催化剂的承载剂、纳米二氧化硅和石墨混合固体作为光催化剂、采用果胶质与半纤维素作为粘接剂，得到的过滤分离膜，其铁离子去除率为94％、处理后废水中透明度较纯水透明度之比为89％，即证明了本发明的优越性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种双膜联用膜分离与生物活性法处理废水系统，其特征在于：包括过滤分离膜与膜生物反应器；所述的过滤分离膜沿污水流动方向设置在所述的膜生物反应器的进水侧和出水侧；
所述的过滤分离膜通过如下步骤制备而成：
S1将纳米二氧化硅与石墨烯按照3：1比例混合均匀后，热融成液体后，在热融液中快速冷却，得到光催化剂混合固体，再经过超细研磨得到光催化剂混合固体纳米粉；
S2将得到的光催化剂混合固体纳米粉置于聚偏氟乙烯铸膜液中，混合均匀，形成聚偏氟乙烯光催化过滤膜；
S3选取海洋微藻的多次繁殖液，低温干燥成粉后，再经过冷冻保藏3d，得到活性生物粉；
S4在得到的聚偏氟乙烯光催化过滤膜上均匀覆盖上一层所述的活性生物粉，在利用生物粘接剂进行粘接，即得到所述的过滤分离膜。
2.根据权利要求1所述的一种双膜联用膜分离与生物活性法处理废水系统，其特征在于：所述的活性生物粉为，将海洋微藻的3次扩大繁殖的繁殖液分别进行收集，随后将收集的繁殖液在2℃条件下冷风干燥3h后，研磨成粉，并在-10℃条件下保藏3d。
3.根据权利要求1所述的一种双膜联用膜分离与生物活性法处理废水系统，其特征在于：所述的聚偏氟乙烯光催化过滤膜孔径为0.2μm。
4.根据权利要求1所述的一种双膜联用膜分离与生物活性法处理废水系统，其特征在于：所述的海洋微藻为红海束毛藻与鱼腥藻之比为2:1形成的混合蓝藻群。
5.根据权利要求1所述的一种双膜联用膜分离与生物活性法处理废水系统，其特征在于：所述的生物粘接剂为海洋微藻培养的繁殖液中提取出的透明基质，经过4kPa压力条件下压实成粉。
6.根据权利要求5所述的一种双膜联用膜分离与生物活性法处理废水系统，其特征在于：所述的透明基质为果胶质与半纤维素的混合胶质。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种双膜联用膜分离与生物活性法处理废水系统，其特征在于：所述的粘接为，利用生物粘接剂浸泡覆盖上活性生物粉的聚偏氟乙烯光催化过滤膜，静置6min后，搅拌2h，过滤，取出聚偏氟乙烯光催化过滤膜，即为过滤分离膜。
8.根据权利要求1所述的一种双膜联用膜分离与生物活性法处理废水系统，其特征在于：所述的热融采用电熔炉在1400℃条件下，热融5-8min后成形成液体。
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