一种膜生物反应器用无支撑软式平板膜组件

技术领域

本发明涉及膜生物技术领域，特别涉及一种膜生物反应器用无支撑软式平板膜组件。

背景技术

膜生物反应器(Membrane bio-reactor，MBR)是将膜分离技术和传统活性污泥法生物处理技术集于一体的生化/固液分离系统，以其占地面积小和稳定的出水水质等优点被广泛应用于污水处理中，以超滤或微滤膜组件替代传统活性污泥法中的二次沉淀池实现高效的固液分离；膜生物反应器中，平板膜组件需要浸没入活性污泥中，不需要单独设置一个专用的二沉池或专门的过滤系统；目前MER膜组件采用中空纤维或平板膜作为过滤核心元件，中空纤维膜在使用过程活性污泥附着在表面，降低膜的过滤通量，甚至造成平板膜污染，影响工作效率及系统运行的稳定性，现有技术解决的方法是加上曝气剪切和液体湍动来清洗平板膜的污染物，活性污泥微粒不容易在平板膜表面形成聚集，从而可以保持稳定的膜通量，但是平板膜的表面污染物是犹豫负压抽吸所形成的滤饼层，导致污染物与平板膜之间的作用力较大，导致膜污染，而膜污染必然导致渗透通量降低，对污水中的BSA、HA等的吸附量较差，增大污泥负荷量。

发明内容

鉴以此，本发明提出一种膜生物反应器用无支撑软式平板膜组件，来解决上述问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种膜生物反应器用无支撑软式平板膜组件，所述组件含有若干膜片元件，所述若干膜片元件堆叠，所述膜片元件为复合生物膜片。

进一步的，所述复合生物膜片包括第一滤膜和第二滤膜，其中第二滤膜中富有生物菌种覆膜，覆盖0.3-0.5mm。

进一步的，所述第二滤膜的材料包括以下重量份原料：醋酸纤维3-13份、玻璃纤维1.2-3.5份、双马来酰亚胺树脂0.3-1.5份、超支化聚合物0.5-1.5份。

进一步的，所述第一滤膜的材料包括以下重量份原料：改性聚偏氟乙烯5-15份、聚丙烯腈1-5份、聚醚砜2-4份、N-甲基吡咯烷酮0.8-2.5份。

进一步的，所述改性聚偏氟乙烯是将聚偏氟乙烯加入亲水性改性处理液中浸渍15-20min，在40-70℃下搅拌5-7h，在常温下静置4-12h，采用减压蒸馏的方法蒸出混合溶剂，得到膜液，即得到改性聚偏氟乙烯，聚偏氟乙烯和亲水性改性处理液的质量体积g/mL为3-8:25。

进一步的，所述亲水性改性处理液为25-55wt％的聚乙烯亚胺-氯甲代氧丙环的水溶液，分子量为10-20kDa。

进一步的，所述生物菌种为质量比为1-3:2-4:0.5-1.6的啤酒酵母菌种、乳酸片菌菌种、地衣芽孢杆菌菌种，其活菌数分别为3-6×10

进一步的，所述平板膜组件应用于污水处理系统，包括通过管道依次连接的脱氧池、曝气池、沉淀池、格栅池、调节池、缺氧池、平板膜生物池和储水池，所述脱氧池的进水口连接原水进水管，所述沉淀池设有污泥回流管和排污管，所述污泥回流管一端连接在原水进水管上，所述排污管另一端连接污泥回收池。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的无支撑软式平板膜组件具有超强亲水性能、高抗污染能力、快速通量恢复，其中第一滤膜均一孔径分布、高过滤通量，第二滤膜为改性聚偏氟乙烯材料，在拥有更好的化学稳定性、抗污染性和机械强度的同时，具有快速化学清洗效率及效果，确保膜面通量迅速得到恢复；对滤膜的微观结构、孔径分布得到有效精确控制，对膜过滤性能得到显著提升，达到低阻力、短流程、耐污染的效果。

本发明的无支撑软式平板膜组件应用在膜生物反应器中，对污水的处理的效果较好，具有较高的渗透通量，BSA截留率较高，同时对污水中BSA、HA的吸附量较高，挂膜时间短，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，利用膜生物反应器截留水中的活性污泥与大分子有机物，并通过保持低污泥负荷，减少剩余污泥量。

附图说明

图1为污水处理流程图；

图2为复合生物膜片。

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。

本发明实施例所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

本发明实施例所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

一种膜生物反应器用无支撑软式平板膜组件，所述组件含有若干膜片元件，所述若干膜片元件堆叠，所述膜片元件为复合生物膜片，所述复合生物膜片包括第一滤膜1和第二滤膜2，所述第一滤膜1套设在第二滤膜2外部，第一滤膜1孔径小于第二滤膜孔径，所述第二滤膜2外壁富有生物菌种覆膜，覆盖0.3-0.5mm，所述第二滤膜的材料包括以下重量份原料：醋酸纤维3份、玻璃纤维1.2份、双马来酰亚胺树脂0.3份、超支化聚合物0.5份，所述第一滤膜的材料包括以下重量份原料：改性聚偏氟乙烯5份、聚丙烯腈1份、聚醚砜2份、N-甲基吡咯烷酮0.8份；所述改性聚偏氟乙烯是将聚偏氟乙烯加入亲水性改性处理液中浸渍15min，在40℃下搅拌5h，在常温下静置4h，采用减压蒸馏的方法蒸出混合溶剂，得到膜液，即得到改性聚偏氟乙烯，聚偏氟乙烯和亲水性改性处理液的质量体积g/mL为3:25；所述亲水性改性处理液为25wt％的聚乙烯亚胺-氯甲代氧丙环的水溶液，分子量为10kDa；所述生物菌种为质量比为1:2:0.5的啤酒酵母菌种、乳酸片菌菌种、地衣芽孢杆菌菌种，其活菌数分别为3×10

实施例2

一种膜生物反应器用无支撑软式平板膜组件，所述组件含有若干膜片元件，所述若干膜片元件堆叠，所述膜片元件为复合生物膜片，所述复合生物膜片包括第一滤膜1和第二滤膜2，所述第一滤膜1套设在第二滤膜2外部，第一滤膜1孔径小于第二滤膜2孔径，所述第二滤膜2外壁富有生物菌种覆膜，覆盖0.3-0.5mm，所述第二滤膜2的材料包括以下重量份原料：醋酸纤维13份、玻璃纤维3.5份、双马来酰亚胺树脂1.5份、超支化聚合物1.5份，所述第一滤膜1的材料包括以下重量份原料：改性聚偏氟乙烯15份、聚丙烯腈5份、聚醚砜4份、N-甲基吡咯烷酮2.5份；所述改性聚偏氟乙烯是将聚偏氟乙烯加入亲水性改性处理液中浸渍20min，在70℃下搅拌7h，在常温下静置12h，采用减压蒸馏的方法蒸出混合溶剂，得到膜液，即得到改性聚偏氟乙烯，聚偏氟乙烯和亲水性改性处理液的质量体积g/mL为8:25；所述亲水性改性处理液为55wt％的聚乙烯亚胺-氯甲代氧丙环的水溶液，分子量为20kDa；所述生物菌种为质量比为3:4:1.6的啤酒酵母菌种、乳酸片菌菌种、地衣芽孢杆菌菌种，其活菌数分别为6×10

实施例3

一种膜生物反应器用无支撑软式平板膜组件，所述组件含有若干膜片元件，所述若干膜片元件堆叠，所述膜片元件为复合生物膜片，所述复合生物膜片包括第一滤膜1和第二滤膜2，所述第一滤膜套1设在第二滤膜2外部，第一滤膜1孔径小于第二滤膜2孔径，所述第二滤膜2外壁富有生物菌种覆膜，覆盖0.3-0.5mm，所述第二滤膜2的材料包括以下重量份原料：醋酸纤维3-13份、玻璃纤维2.3份、双马来酰亚胺树脂1.2份、超支化聚合物1份，所述第一滤膜1的材料包括以下重量份原料：改性聚偏氟乙烯10份、聚丙烯3份、聚醚砜3份、N-甲基吡咯烷酮1.5份；所述改性聚偏氟乙烯是将聚偏氟乙烯加入亲水性改性处理液中浸渍18min，在60℃下搅拌6h，在常温下静置8h，采用减压蒸馏的方法蒸出混合溶剂，得到膜液，即得到改性聚偏氟乙烯，聚偏氟乙烯和亲水性改性处理液的质量体积g/mL为5:25；所述亲水性改性处理液为35wt％的聚乙烯亚胺-氯甲代氧丙环的水溶液，分子量为15kDa；所述生物菌种为质量比为2:3:1.1的啤酒酵母菌种、乳酸片菌菌种、地衣芽孢杆菌菌种，其活菌数分别为5×10

实施例4

一种膜生物反应器用无支撑软式平板膜组件，所述组件含有若干膜片元件，所述若干膜片元件堆叠，所述膜片元件为复合生物膜片，所述复合生物膜片包括第一滤膜1和第二滤膜2，所述第一滤膜套1设在第二滤膜2外部，第一滤膜1孔径小于第二滤膜2孔径，所述第二滤膜2外壁富有生物菌种覆膜，覆盖0.3-0.5mm，所述第二滤膜2的材料包括以下重量份原料：醋酸纤维3份、玻璃纤维1.2份、双马来酰亚胺树脂0.3份、超支化聚合物0.5份，所述第一滤膜1的材料包括以下重量份原料：改性聚偏氟乙烯5份、聚丙烯腈1份、聚醚砜2份、N-甲基吡咯烷酮0.8份；所述改性聚偏氟乙烯是将聚偏氟乙烯加入亲水性改性处理液中浸渍18min，在60℃下搅拌6h，在常温下静置8h，采用减压蒸馏的方法蒸出混合溶剂，得到膜液，即得到改性聚偏氟乙烯，聚偏氟乙烯和亲水性改性处理液的质量体积g/mL为5:25；所述亲水性改性处理液为35wt％的聚乙烯亚胺-氯甲代氧丙环的水溶液，分子量为15kDa；所述生物菌种为质量比为2:3:1.1的啤酒酵母菌种、乳酸片菌菌种、地衣芽孢杆菌菌种，其活菌数分别为5×10

实施例5

一种膜生物反应器用无支撑软式平板膜组件，所述组件含有若干膜片元件，所述若干膜片元件堆叠，所述膜片元件为复合生物膜片，所述复合生物膜片包括第一滤膜1和第二滤膜2，所述第一滤膜套1设在第二滤膜2外部，第一滤膜1孔径小于第二滤膜2孔径，所述第二滤膜2外壁富有生物菌种覆膜，覆盖0.3-0.5mm，所述第二滤膜2的材料包括以下重量份原料：醋酸纤维13份、玻璃纤维3.5份、双马来酰亚胺树脂1.5份、超支化聚合物1.5份，所述第一滤膜1的材料包括以下重量份原料：改性聚偏氟乙烯15份、聚丙烯腈5份、聚醚砜4份、N-甲基吡咯烷酮2.5份；所述改性聚偏氟乙烯是将聚偏氟乙烯加入亲水性改性处理液中浸渍18min，在60℃下搅拌6h，在常温下静置8h，采用减压蒸馏的方法蒸出混合溶剂，得到膜液，即得到改性聚偏氟乙烯，聚偏氟乙烯和亲水性改性处理液的质量体积g/mL为5:25；所述亲水性改性处理液为35wt％的聚乙烯亚胺-氯甲代氧丙环的水溶液，分子量为15kDa；所述生物菌种为质量比为2:3:1.1的啤酒酵母菌种、乳酸片菌菌种、地衣芽孢杆菌菌种，其活菌数分别为5×10

将上述实施例1-5制得的无支撑软式平板膜组件应用于应用于污水处理系统，包括通过管道依次连接的脱氧池、曝气池、沉淀池、格栅池、调节池、缺氧池、平板膜生物池和储水池，所述脱氧池的进水口连接原水进水管，所述沉淀池设有污泥回流管和排污管，所述污泥回流管一端连接在原水进水管上，所述排污管另一端连接污泥回收池，对处理后的污水进行检测，在平板膜生物MER池中设置压力为0.01Mpa，温度25℃，膜有效面积4×5cm

渗透通量

BSA截留率R＝(1-C

吸附量q＝V(C

测试结果如下：

有上述结果可知，本发明的无支撑软式平板膜组件应用在膜生物反应器中，对污水的处理的效果较好，具有较高的渗透通量，BSA截留率较高，同时对污水中BSA、HA的吸附量较高，挂膜时间短，其中实施例3达到较好的效果。

针对实施例3设置以下对比例：

对比例1

本对比例与实施例3的区别在于，所述第一滤膜的材料包括以下重量份原料：改性聚偏氟乙烯3份、聚丙烯腈8份、聚醚砜6份、N-甲基吡咯烷酮0.2份

对比例2

本对比例与实施例3的区别在于，所述第一滤膜的材料中的改性聚偏氟乙烯替换为等量的聚偏氟乙烯。

对比例3

本对比例与实施例3的区别在于，所述第二滤膜的材料包括以下重量份原料：醋酸纤维1份、玻璃纤维5份、双马来酰亚胺树脂0.2份、超支化聚合物0.2份。

对比例4

本对比例与实施例3的区别在于，第二滤膜的材料包括以下重量份原料：醋酸纤维2份、玻璃纤维5份、双马来酰亚胺树脂0.1份、超支化聚合物2.8份。

按照上述试验方法对对比例1-4进行测定，测定结果如下：

经上述结果显示，本发明经配置第一滤膜和第二滤膜的材料，具有超强亲水性能、高抗污染能力、快速通量恢复，将聚偏氟乙烯进行改性，在拥有更好的化学稳定性、抗污染性和机械强度的同时，具有快速化学清洗效率及效果，确保膜面通量迅速得到恢复；第二滤膜膜基层内部流水移植流道，且外壁富有生物菌种覆膜，有效去除大部分有害细菌，利于出水的消毒，第二滤膜达到低阻力、短流程、耐污染的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。