專利名稱：以磁性納米顆粒作為驅動液的正滲透膜生物反應器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種正滲透膜生物反應器。
背景技術：
隨著人口的劇增，用水需求量增加，與此同時經濟的快速發展使得污染問題日趨嚴重，從而造成可用淡水資源越來越貧乏。因此，將污水回用是一個比較好的選擇，可在很大程度上緩解淡水的缺乏。膜生物反應器(MBR)集生物反應器的生物處理和膜的分離作用于一體，實現了水力停留時間(HRT)和污泥停留時間(SRT)的完全分離，具有占地面積小，運行管理簡單，出水水質好，可以直接進行回用等優點。此外，國家十二五規劃提出減少污泥的排放量，MBR作為典型的代謝平衡工藝，在污泥減量方面效果顯著，污泥排放量極少甚至達到零排放。MBR同時具有微生物降解和膜的截留作用，被視為20世紀末發展起來“最 佳可行技術”，但嚴重的膜污染現象和高運行費用限制了膜生物反應器的推廣應用。現有正滲透膜生物反應器使用氯化鈉、氯化鎂等無機鹽作為驅動液，隨著時間的增長，鹽溶液反滲至生物反應器，生物反應器中鹽類物質的濃度會逐漸增高。高濃度的鹽類物質不僅降低了驅動力，而且對微生物具有強烈的抑制作用。在試驗中發現，當利用2mol/L的NaCl作為驅動液時，反應器運行一周后生物反應器中的Na+和Cl—濃度均可達到20g/L左右，極大程度的降低了驅動力，并且嚴重超過了微生物對鹽類的承受范圍，尤其是對Cl—的承受范圍，此時微生物發生解體，破裂死亡，嚴重降低污水的處理效果。另外，現有正滲透膜生物反應器需要對驅動液進行反滲透以回收，反滲透易發生膜污染且能耗較高。
發明內容
本發明是要解決現有正滲透膜生物反應器使用無機鹽作為驅動液，鹽溶液反滲至生物反應器對微生物具有抑制作用，進而降低污水的處理效果的問題，提供以磁性納米顆粒作為驅動液的正滲透膜生物反應器。本發明以磁性納米顆粒作為驅動液的正滲透膜生物反應器包括儲液罐、進水泵、第一進水閥門、曝氣管、生物反應池、排泥閥、正滲透膜、驅動液池、第二進水閥門、第三進水閥門、第一忙液罐、第二忙液罐、第一電磁場、第二電磁場、第一排水閥門、第二排水閥門、第一回流閥門、第二回流閥門和泵，儲液罐通過進水泵和第一進水閥門與生物反應池相通，生物反應池的底部設有曝氣管，生物反應池的中部設有排泥閥，生物反應池和驅動液池之間連接有正滲透膜，驅動液池分別通過第二進水閥門和第三進水閥門與第一貯液罐和第二貯液罐連通，第一忙液罐底部設有第一電磁場，第二忙液罐底部設有第二電磁場，第一忙液罐上設有第一排水閥門和第一回流閥門，第二貯液罐上設有第二排水閥門和第二回流閥門，第一回流閥門和第二回流閥門通過泵與驅動液池連通，其中所述驅動液池中裝有驅動液，所述驅動液為O. 5 4mol/L的Fe3O4-SiO2外包裹有葡聚糖的磁性納米顆粒的懸池液。本發明膜生物反應器的工作原理和過程為在生物反應池里面對污水進行生化處理，經過生化處理后的污水透過正滲透膜到達驅動液池，依靠正滲透膜的截留作用和驅動液的驅動力，處理后的污水和污泥進行分離，進入驅動液池中的處理水通過兩個支管排出系統，兩支管分別設有閥門(閥門間歇開啟，以保證膜生物反應器持續工作)，并連接貯液罐，在貯液罐底部分別設有電磁場，在開啟電磁場的情況下，磁性納米顆粒靠向貯液罐器壁，使得磁性納米顆粒和水分離，打開排水閥門，從而將水排出；排水至一定液位時關閉電磁場和排水閥門，打開回流閥門，在泵的抽吸作用下將磁性納米顆粒回流至驅動液池中，進而使得驅動液濃度在一個很小的范圍內波動。與現有技術相比，本發明具有以下優點(I)與傳統的超濾膜或微濾膜MBR相比，本發明所述的正滲透膜生物反應器膜污染小只是在濃度差的作用下污水通過正滲透膜而進入驅動液，而傳統的MBR是在機械抽力的作用下使得污水排出系統，因此其較傳統MBR具有較小的壓力差，膜污染較小，且膜污染層也僅需通過簡單的水清洗便可去除，膜通量恢復程度達到90%以上。(2)與現有的技術相比，本發明所述的正滲透膜生物反應器能耗低，傳統的超濾膜 或微濾膜MBR利用的是靠機械抽力將水從反應器中排水，能耗極高；而現有的利用高濃度鹽類作為驅動液的正滲透膜生物反應器則需要對驅動液進行反滲透，能耗也較高，而本發明則不需要這些復雜的操作，不但能耗低，且操作簡單。(3)本發明使用磁性納米顆粒作為驅動液，正滲透膜完全截留磁性納米顆粒，即磁性納米顆粒無法越過正滲透膜活性層，避免了鹽溶液反滲至生物反應器內對微生物的抑制作用，從而保證了生物反應器中微生物的活性，使得污水處理效果穩定，從而保證了出水水質。且由于解除了鹽類的反滲問題，膜可以采用兩種放置方式——活性層面向驅動液或者反應液。(4)本發明所述的正滲透膜生物反應器的污水處理效果好，出水可以回用。由于生物反應器中的環境利于微生物生長，包括一些時代時間較長的硝化細菌也能繁殖，加之膜的截留作用很強，因此處理后的水水質高，可以直接回用。(5)本發明所述的正滲透膜生物反應器利用外加磁場實現親水磁性納米驅動液的循環利用，避免了利用反滲透膜回收驅動液存在的膜污染問題，同時可以實現磁性納米驅動液的高效回收，其回收效率達到80%以上。(6)生物反應池采用雙曝氣系統，正滲透膜面附近設置大孔曝氣，對膜面形成較強的沖刷作用，有效的減緩了膜污染。
圖I為本發明以磁性納米顆粒作為驅動液的正滲透膜生物反應器的結構示意圖。
具體實施例方式本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一結合圖I說明本實施方式，本實施方式以磁性納米顆粒作為驅動液的正滲透膜生物反應器包括儲液罐I、進水泵2、第一進水閥門3、曝氣管4、生物反應池5、排泥閥6、正滲透膜7、驅動液池8、第二進水閥門9、第三進水閥門10、第一貯液罐11、第二忙液罐12、第一電磁場13、第二電磁場14、第一排水閥門15、第二排水閥門16、第一回流閥門17、第二回流閥門18和泵19，儲液罐I通過進水泵2和第一進水閥門3與生物反應池5相通，生物反應池5的底部設有曝氣管4，生物反應池5的中部設有排泥閥6，生物反應池5和驅動液池8之間連接有正滲透膜7，驅動液池8分別通過第二進水閥門9和第三進水閥門10與第一貯液罐11和第二貯液罐12連通，第一貯液罐11底部設有第一電磁場13，第二貯液罐12底部設有第二電磁場14，第一貯液罐11上設有第一排水閥門15和第一回流閥門17，第二貯液罐12上設有第二排水閥門16和第二回流閥門18，第一回流閥門17和第二回流閥門18通過泵19與驅動液池8連通，其中所述驅動液池8中裝有驅動液，所述驅動液為O. 5 4mol/L的Fe3O4-SiO2外包裹有葡聚糖的磁性納米顆粒的懸池液。試驗表明，本實施方式正滲透膜生物反應器運行穩定，出水水質的COD在O 10mg/L, NH4+-N、SS、PO43T均未檢出，出水水質優良，符合國家標準《城市污水再生利用城市雜用水水質(GB/T 18920-2002)》要求。
具體實施方式
二 結合圖I說明本實施方式，本實施方式進入生物反應池5的污水的水質參數是化學需氧量(COD)為100 700mg/L，氨氮濃度(NH4+_N)為10 50mg/L，懸浮固體濃度(SS)為20 100mg/L，磷酸鹽濃度(PO43T)為I 10mg/L。其它組成和連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖I說明本實施方式，本實施方式所述曝氣管4外接曝氣系統。其它組成和連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四結合圖I說明本實施方式，本實施方式所述正滲透膜7的放置方式為活性層面向驅動液池8或活性層面向生物反應池5。其它組成和連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五結合圖I說明本實施方式，本實施方式所述正滲透膜7前方還設置有曝氣管，正滲透膜7前方曝氣管的曝氣量與生物反應池5底部曝氣管的曝氣量比值為3 5 : I。其它組成和連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六結合圖I說明本實施方式，本實施方式以磁性納米顆粒作為驅動液的正滲透膜生物反應器的工作環境為溫度控制在18 25°C，溶解氧2 4mg/L，pH6. 5 8. O。其它組成和連接關系與具體實施方式
一相同。
權利要求
1.以磁性納米顆粒作為驅動液的正滲透膜生物反應器，其特征在于所述正滲透膜生物反應器包括儲液罐(I)、進水泵(2)、第一進水閥門(3)、曝氣管(4)、生物反應池(5)、排泥閥(6)、正滲透膜(7)、驅動液池⑶、第二進水閥門(9)、第三進水閥門(10)、第一貯液罐(11)、第二忙液罐(12)、第一電磁場(13)、第二電磁場(14)、第一排水閥門(15)、第二排水閥門(16)、第一回流閥門(17)、第二回流閥門(18)和泵(19)，儲液罐(I)通過進水泵(2)和第一進水閥門(3)與生物反應池(5)相通，生物反應池(5)的底部設有曝氣管(4)，生物反應池(5)的中部設有排泥閥￠)，生物反應池(5)和驅動液池(8)之間連接有正滲透膜(7)，驅動液池(8)分別通過第二進水閥門(9)和第三進水閥門(10)與第一貯液罐(11)和第二貯液罐(12)連通，第一貯液罐(11)底部設有第一電磁場(13)，第二貯液罐(12)底部設有第二電磁場(14),第一忙液罐(11)上設有第一排水閥門(15)和第一回流閥門(17),第二貯液罐(12)上設有第二排水閥門(16)和第二回流閥門(18)，第一回流閥門(17)和第二回流閥門(18)通過泵(19)與驅動液池(8)連通，其中所述驅動液池(8)中裝有驅動液，所述驅動液為O. 5 4mol/L的Fe3O4-SiO2外包裹有葡聚糖的磁性納米顆粒的懸濁液。
2.根據權利要求I所述的以磁性納米顆粒作為驅動液的正滲透膜生物反應器，其特征在于進入生物反應池(5)的污水的水質參數是化學需氧量為100 700mg/L，氨氮濃度為10 50mg/L,懸浮固體濃度為20 100mg/L,磷酸鹽濃度為I 10mg/L。
3.根據權利要求I所述的以磁性納米顆粒作為驅動液的正滲透膜生物反應器，其特征在于所述曝氣管(4)外接曝氣系統。
4.根據權利要求I所述的以磁性納米顆粒作為驅動液的正滲透膜生物反應器，其特征在于所述正滲透膜(7)的放置方式為活性層面向驅動液池(8)或活性層面向生物反應池(5)。
5.根據權利要求I所述的以磁性納米顆粒作為驅動液的正滲透膜生物反應器，其特征在于所述正滲透膜(7)前方還設置有曝氣管，正滲透膜(7)前方曝氣管的曝氣量與生物反應池(5)底部曝氣管的曝氣量比值為3 5 I。
6.根據權利要求I所述的以磁性納米顆粒作為驅動液的正滲透膜生物反應器，其特征在于以磁性納米顆粒作為驅動液的正滲透膜生物反應器的工作環境為溫度控制在18 25°C，溶解氧 2 4mg/L, pH 6· 5 8· O。
全文摘要
以磁性納米顆粒作為驅動液的正滲透膜生物反應器，涉及一種正滲透膜生物反應器。本發明是要解決現有正滲透膜生物反應器使用無機鹽作為驅動液，鹽溶液反滲至生物反應器對微生物具有抑制作用，進而降低污水的處理效果的問題。生物反應器包括儲液罐、進水泵、第一進水閥門、曝氣管、生物反應池、排泥閥、正滲透膜、驅動液池、第二進水閥門、第三進水閥門、第一貯液罐、第二貯液罐、第一電磁場、第二電磁場、第一排水閥門、第二排水閥門、第一回流閥門、第二回流閥門和泵，儲液罐通過進水泵和第一進水閥門與生物反應池相通，生物反應池上設有曝氣管和排泥閥，生物反應池和驅動液池之間連接有正滲透膜，驅動液池中裝有驅動液。本發明用于污水處理領域。
文檔編號C02F9/14GK102786188SQ201210311240
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月29日 優先權日2012年8月29日
發明者李志能, 田禹, 陳琳 申請人:哈爾濱工業大學