公布日：2022.02.15

申请日：2021.11.10

分类号：C02F9/14(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N;C02F103/20(2006.01)N

摘要

本发明及一种MABR膜‑生物滴滤床耦合的废水处理装置和工艺，通过在MABR处理之前运用螺旋弹簧片过滤器对废水中的泥沙和悬浮物进行处理，并在螺旋弹簧片过滤器对废水进行处理的同时通入臭氧进行综合处理，处理后的废水进行MABR膜处理，在MABR膜处理过程中会产生溢出的氧气并夹带少量的有机废气，运用后置生物滴滤床对溢出的有机废气进行处理，使得废气达标排放，生物滴滤床和MABR膜处理反应器共用滤池，简化了菌群培养，节约控制成本，运用疏水性的PVDF膜作为基膜，表面上覆盖致密的PDMS层，加大对氧气的选择性并保证氧气的通量，在PDMS中共混了高硅沸石，加大了膜对氧气的渗透性和选择性，且可将渗透之后的氧气吸附起来，缓慢释放，加大废水对氧气的溶解量，运用氨基硅氧烷对高硅沸石进行改性，加大了高硅沸石与PDMS之间的混合均匀性，在PDMS上形成多巴胺层，加大了中空纤维膜外侧的亲水性和亲生物性，使得膜外侧更容易形成生物膜。

权利要求书

1.一种MABR~生物滴滤床耦合的废水处理装置，其包括前置过滤器，该前置过滤器包括一个外壳，外壳内固定设置一个内罩，内罩上设置海洋养殖废水入口，海洋养殖废水入口向外贯穿前置过滤器的外壳与海洋养殖废水储存箱连接，内罩的顶部凸出于外壳并连接有臭氧发生装置，臭氧发生装置连接有空气压缩装置，内罩下部固定连接有一个螺旋弹簧片过滤器，螺旋弹簧片过滤器为不锈钢条螺旋缠绕而成，螺旋弹簧片过滤器与内罩同心设置，螺旋弹簧片过滤器下部固定连接有与螺旋弹簧片过滤器同心设置的中空底座，底座铰接在一个支杆的一端，支杆的另一端偏心铰接有凸轮，凸轮通过连接轴转动连接在前置过滤器底部密封连接的电机保护罩内的电机，前置过滤器的侧壁底部设置有排泥口，前置过滤器的侧壁顶部设置有过滤后废水出口，过滤后的废水从过滤后废水出口排出后进入MABR~生物滴滤床耦合装置中，MABR~生物滴滤床耦合装置为L型，经过过滤和臭氧处理的废水首先进入一个MABR膜反应器，该MABR膜反应器为一个中空式的膜反应器，中空纤维膜的内部一端连通有空气压缩装置，另一端连接空气出口，该空气出口设置在ABR~生物滴滤床耦合装置外，废水经过MABR反应后向右进入生物滴滤床下部，在MABR处理过程中产生的有机废气经过生物滴滤床的处理后无害排放，生物滴滤床与MABR生物反应器共用生物液池，生物滴滤床包括循环泵，喷头和填料，喷头设置在填料上，在喷头上设置有除雾器，生物滴滤床的顶部设置有排气口，MABR~生物滴滤床耦合耦合装置的侧壁上设置有净化水排出口。

2.一种如权利要求1所述的MABR~生物滴滤床耦合的废水处理装置的废水处理工艺，其特征在于其包括如下过程：海洋养殖废水首先从海洋养殖废水入口进入前置过滤器的内罩中，同时臭氧发生装置中产生的臭氧通过内罩的顶部进入内罩中，废水和臭氧发生碰撞并反应，臭氧产生大量的羟基自由基，将部分有机物进行分解，并杀死有害的菌群，防止废水中自带的有害菌群对后面的MABR和生物滴滤床产生不良影响，臭氧处理过程中会在废水中产生部分氧气，有利于后期的MABR和生物滴滤床的反应，在压力的作用下，臭氧和废水会向碰撞着向下移动，之后进入螺旋弹簧片过滤器，由于螺旋弹簧片过滤器周边有很多缝隙，废水和臭氧会沿着缝隙径向流出螺旋弹簧片过滤器，悬浮物和泥沙会被阻挡下来，积少成多，沿着中空底座落入前置过滤器底部，将泥沙和悬浮物从排泥口排出，过滤后的水在前置过滤器中经过进一步的沉降后通过前置过滤器侧壁顶部的过滤后废水出口排出进入MABR~生物滴滤床耦合装置，此时通过空气压缩装置向MABR通入压缩空气，在MABR膜组件的作用下，氧气通过膜进入到中空纤维膜外的废水中，中空纤维膜上运用可降解污染物的菌进行挂膜，氧气通过中空纤维膜不断为可降解污染物的菌提供氧气，废水中的污染物不断通过生物膜降解处理后得到净化，在MABR处理过程中，产生了溢出的氧气和其携带的部分挥发性气体，该气体运用MABR~生物滴滤床耦合耦合装置中的生物滴滤床进行处理后达标排放，MABR和生物滴滤床运用相同的菌进行挂膜处理，MABR和生物滴滤床共用处理池，方便菌群管理，操作和控制更简单，废水经过处理净化后经过净化水排出口排出。

3.一种如权利要求2中废水处理工艺，其中MABR膜的制备方法包括如下步骤：(1)将纳米高硅沸石加入到DMF溶剂中，搅拌均匀后，加入少许的氨基硅氧烷反应一段时间，之后离心分离后在室温下干燥8h备用。(2)将经过的氨基硅氧烷修饰后的高硅沸石，按照一定的质量比例与氨基封端的聚二甲基硅氧烷、交联剂、催化剂的原料混合，形成铸膜液。(3)在疏水型中空纤维PVDF膜表面喷涂铸膜液，之后将膜放入真空烘箱中，在80~120℃下干燥8~12h，得到表面有PDMS层的疏水性透氧膜。(4)配置亲水亲生物性改性溶液，将多巴胺溶解在碱性缓冲溶剂中，配制成浓度为4.0~7.0g/L的含有多巴胺的缓冲溶液，具体的为将多巴胺加入到PH＝8～11的碳酸钠和碳酸氢钠缓冲溶液中，将该溶液涂覆到表面有PDMS层的疏水性透氧膜中，在20~40℃下反应10~24h后得到含有亲水亲生物改性层的中空纤维膜。(5)将该膜组装形成MABR膜组件。

4.一种如权利要求3中废水处理工艺，其特征在于，所述氨基硅氧烷为氨基丙基三乙氧基硅烷。

发明内容

本申请旨在提供一种物理~化学~MABR~生物滴滤床耦合海洋养殖废水处理工艺和装置。

本申请提供一种MABR~生物滴滤床耦合的废水处理装置，其包括前置过滤器，该前置过滤器包括一个外壳，外壳内固定设置一个内罩，内罩上设置海洋养殖废水入口，海洋养殖废水入口向外贯穿前置过滤器的外壳与海洋养殖废水储存箱连接，内罩的顶部凸出于外壳并连接有臭氧发生装置，臭氧发生装置连接有空气压缩装置，内罩下部固定连接有一个螺旋弹簧片过滤器，螺旋弹簧片过滤器为不锈钢条螺旋缠绕而成，螺旋弹簧片过滤器与内罩同心设置，螺旋弹簧片过滤器下部固定连接有与螺旋弹簧片过滤器同心设置的中空底座，底座铰接在一个支杆的一端，该支杆的另一端偏心铰接有凸轮，凸轮通过连接轴转动连接在前置过滤器底部密封连接的电机保护罩内的电机上，前置过滤器的侧壁底部设置有排泥口，前置过滤器的侧壁顶部设置有过滤后废水出口，过滤后的废水从过滤后废水出口排出后进入MABR~生物滴滤床耦合装置中，MABR~生物滴滤床耦合装置为L型，经过过滤和臭氧处理的废水首先进入一个MABR膜反应器，该MABR膜反应器为一个中空式的膜反应器，中空纤维膜的内部一端连通有空气压缩装置，另一端连接压缩空气出口，该空气出口设置在MABR~生物滴滤床耦合装置外，废水经过MABR反应后向右进入生物滴滤床下部，在MABR处理过程中产生的有机废气经过生物滴滤床的处理后无害排放，生物滴滤床与MABR生物反应器共用生物液池，生物滴滤床包括循环泵，喷头和填料，喷头设置在填料的上部，在喷头上部设置有除雾器，生物滴滤床的顶部设置有排气口，MABR~生物滴滤床耦合装置的侧壁上设置有净化水排出口。

本申请还提供一种废水的处理工艺，海洋养殖废水首先从海洋养殖废水入口进入前置过滤器的内罩中，同时臭氧发生装置中产生的臭氧通过内罩的顶部进入内罩中，废水和臭氧发生碰撞并反应，臭氧产生大量的羟基自由基，将部分有机物进行分解，并杀死有害的菌群，防止废水中自带的有害菌群对后面的MABR和生物滴滤床产生不良影响，臭氧处理过程中会在废水中产生部分氧气，有利于后期的MABR和生物滴滤床的反应。在压力的作用下，臭氧和废水会向碰撞着向下移动，之后进入螺旋弹簧片过滤器，由于螺旋弹簧片过滤器周边有很多缝隙，废水和臭氧会沿着缝隙径向流出螺旋弹簧片过滤器，悬浮物和泥沙会被阻挡下来，积少成多，沿着中空底座落入前置过滤器底部，后根据需要将其从排泥口排出，而过滤后的水在前置过滤器中经过进一步的沉降通过前置过滤器侧壁顶部的过滤后废水出口排出进入MABR~生物滴滤床耦合装置，此时通过空气压缩装置向MABR通入压缩空气，在MABR膜组件的作用下，氧气通过膜进入到中空纤维膜外的废水中，该中空纤维膜提前运用好氧菌进行挂膜处理，氧气通过中空纤维膜不断为好氧菌提供氧气，废水中的污染物不断通过生物膜降解处理后得到净化，在MABR处理过程中，产生了溢出的氧气以及其携带的部分挥发性气体，氧气和挥发性气体的混合气运用MABR~生物滴滤床耦合耦合装置中的生物滴滤床部分进行处理后达标排放，MABR和生物滴滤床都可以运用相同的菌进行挂膜处理，MABR和生物滴滤床共用处理池，方便菌群管理，操作和控制更简单，废水经过处理净化后经过净化水排出口排出，气体经过生物填料进行生化处理后经过排气口排出。

本发明还提供一种MABR膜以及相应的制备方法，本申请MABR膜的制备方法包括如下步骤：(1)将纳米高硅沸石加入到DMF溶剂中，搅拌均匀后，加入少许的氨基硅氧烷反应一段时间，反应完成后离心分离，将分离后的固体在室温下干燥8h备用。(2)将经过的氨基硅氧烷修饰后的高硅沸石，按照一定的质量比例与氨基封端的聚二甲基硅氧烷、交联剂、催化剂的原料混合，形成铸膜液。(3)在疏水型中空纤维PVDF膜表面喷涂铸膜液，之后将膜放入真空烘箱中，在100℃下干燥10h，得到表面有PDMS层的疏水性透氧膜。(4)配置亲水亲生物改性溶液，将多巴胺溶解在碱性缓冲溶剂中，配制成浓度为5.0g/L的含有多巴胺的缓冲溶液，具体的为将多巴胺加入到pH＝10的碳酸钠和碳酸氢钠缓冲溶液中，将该溶液涂覆到表面有PDMS层的疏水性透氧膜中，在30℃下反应20h后得到亲水亲生物改性后的中空纤维膜。(5)将该膜组装形成MABR膜组件。

有益效果

(1)本申请通过在MABR处理之前运用螺旋弹簧片过滤器对废水中的泥沙和悬浮物进行处理，可以防止泥沙和悬浮物污染后面的MABR膜，运用在废水中通入臭氧，可以在MABR膜处理前去除害菌，为后续MABR工艺提供部分氧气，且臭氧处理过程中产生大量的羟基自由基，可以对有机污染物实现初步的处理。

(2)本申请特殊的螺旋弹簧片过滤器的设置，使得臭氧与废水混合并同时去除泥沙、悬浮物，可以实现多重效果的集合，占地面积小，处理效果佳。

(2)本申请运用疏水性的PVDF膜作为基膜，表面上覆盖致密的PDMS层，加大对氧气的选择性并保证氧气的通量，选择氨基封端的PDMS，其成梳状，使得制备的膜更加均匀。在PDMS中共混了高硅沸石，其有两个作用，一个是加大了膜对氧气的渗透性和选择性，二是其作为一种吸附性能的物质，能够将渗透之后的氧气吸附起来，缓慢释放，加大废水对氧气的溶解量，运用氨基硅氧烷对高硅沸石进行改性，加大了高硅沸石与PDMS之间的混合均匀性。在PDMS上形成多巴胺层，加大了中空纤维膜外侧的亲水性和亲生物性，使得膜外侧更容易形成生物膜，运用聚多巴胺分子层上的醌基与氨基封端的聚二甲基硅氧烷发生加成反应，形成了交联键，加大了亲水亲生物层与PDMS层的结合力，增加了膜的使用寿命。

(3)本申请在MABR之后运用生物滴滤床对其挥发的废气进行处理，防止了MABR处理过程中出现新的废气污染，且二者共用处理池，简化了菌群的培养以及生长检测控制，节约了成本。

（发明人：朱轶宁;孙峰;仲超;徐卿）