一种mabr-生物滴滤床耦合的废水处理装置和工艺
技术领域
1.本发明涉及一种mabr-生物滴滤床耦合的废水处理装置和工艺。
背景技术：
2.近年来，随着海洋养殖业的不断发展，海洋废水逐渐增多，影响着我们的海洋生态平衡，同时也威胁着海洋生物的生存，因此海水养殖废水处理迫在眉睫。海水养殖废水的污染物主要包含悬浮性颗粒物、有机物、氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐和磷酸盐等污染物，不加以处理会加剧沿海水岸水域富营养化程度。海水养殖废水存在高盐度效应、技术复杂、专业技术不强的缺点。
3.海水养殖废水中的污染物主要有两个来源，一是在海水养殖的过程中投加过量的饲料，没有被用完的饲料直接投放进入海底；另一方面，海产品代谢过程中产生的代谢产物以及养殖过程中使用的抗生素等物质都会污染海洋。海洋养殖废水中，硝态氮no3‑‑
n浓度过高会引起局部营养条件失衡，并且在局部厌氧条件下会转化为亚硝态氮(no2‑‑
n)，不仅会对海洋生物有一定的毒害作用，也会污染附近水体。
4.目前海洋养殖废水的处理工艺主要有：物理法、化学法和微生物方法，但是各种方法都有相应的缺点，如物理法操作空间大，费用较高；化学法会带来二次污染；微生物法效果不理想。因此寻找一种良好的处理海洋养殖废水的方法和工艺非常有必要。
5.近年来，mabr(膜曝气膜生物反应器)作为一种常见的去除有机物、氮氧化物和磷化合物的工艺，被广泛运用到各类废水的处理中，但是mabr急需要增加膜的透氧性、减小膜的操作压力并加大膜的生物相容性，在mabr处理工艺中，由于曝气的原因，往往会产生许多废气，造成了额外的大气污染。
技术实现要素：
6.本技术旨在提供一种物理-化学-mabr-生物滴滤床耦合海洋养殖废水处理工艺和装置。
7.本技术提供一种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。
8.本技术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。
9.本发明还提供一种mabr膜以及相应的制备方法，本技术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。
10.有益效果
11.(1)本技术通过在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。
12.(2)本技术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。
13.(2)本技术运用疏水性的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。
14.(3)本技术在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。
附图说明
15.图1是本技术中的工艺流程图。
16.图中：1、前置过滤器；1-1、海洋养殖废水入口；1-2、内罩；1-3、臭氧发生装置；1-4、空气压缩装置；1-8、螺旋弹簧片过滤器；1-9、中空底座；1-7、凸轮；1-6、电机保护罩；1-5、电机；1-11、排泥口；1-10、过滤后废水出口；2、mabr-生物滴滤床；2-2、循环泵；2-3、喷头；2-4、填料；2-5、除雾器；2-6、排气口；2-7、mabr膜反应器；2-8、净化水排出口；2-9、压缩空气出口。
具体实施方式
17.应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
18.实施例1，本具体实施例采用以下技术方案：本技术提供mabr-生物滴滤床耦合的废水处理装置，其包括前置过滤器1，前置过滤器1包括一个外壳，外壳内固定设置一个内罩1-2，内罩1-2上设置海洋养殖废水入口1-1，海洋养殖废水入口1-1向外贯穿前置过滤器1的外壳与海洋养殖废水储存箱连接，内罩1-2的顶部凸出于外壳并连接有臭氧发生装置1-3，臭氧发生装置1-3连接有空气压缩装置1-4，内罩下部固定连接有一个螺旋弹簧片过滤器1-8，螺旋弹簧片过滤器1-8为不锈钢片螺旋缠绕而成，螺旋弹簧片过滤器1-8下部固定连接有中空底座1-9，中空底座1-9铰接在一支杆的一端，该支杆的另一端偏心铰接有凸轮1-7，凸轮通过连接轴转动连接在与前置过滤器1底部密封连接的电机保护罩1-6内的电机1-5上。前置过滤器1的侧壁底部有排泥口1-11，前置过滤器1的侧壁顶部过滤后废水出口1-10。过滤后的废水从过滤后废水出口1-10排出后进入mabr-生物滴滤床2耦合装置中，mabr-生物滴滤床耦合装置2为l型。经过过滤和臭氧处理的废水首先进入mabr膜反应器2-7，该mabr膜反应器为一个中空式的膜反应器，该中空纤维膜内部一端连通空气压缩装置1-4，另一端连接压缩空气出口2-9。废水经过mabr反应器进行生物反应后向右进入生物滴滤床下部，在该
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生物反应器共用滤池，生物滴滤床包括循环泵2-2，喷头2-3和填料2-4，喷头2-3设置在填料2-4上部，在喷头上部设置有除雾器2-5，生物滴滤床的顶部设置有排气口2-6。mabr-生物滴滤床耦合耦合装置2的侧壁上设置有净化水排出口2-8。
19.海洋养殖废水首先从海洋养殖废水入口1-1进入前置过滤器1的内罩1-2中，同时臭氧发生装置1-3中产生的臭氧通过内罩1-2的顶部进入内罩1-2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反应器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1-8，由于螺旋弹簧片过滤器1-8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1-8，悬浮物和泥沙会被阻挡下来，积少成多，沿着中空底座1-9落入前置过滤器1底部，后根据需要将其从排泥口1-11排出，而过滤后的水在前置过滤器1中经过进一步的沉降通过前置过滤器1侧壁顶部的过滤后废水出口1-10排出进入mabr-生物滴滤床耦合装置2，此时通过空气压缩装置1-4向mabr通入压缩空气，在mabr膜反应器2-7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2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。
20.本技术中的膜组件按如下方法进行制备：(1)称取0.2g的氨基丙基三乙氧基硅烷，称取0.2g的纳米高硅沸石，将纳米高硅沸石和氨基丙基三乙氧基硅烷溶解在100g的dmf溶剂中，反应10h，然后离心分离出氨基丙基三乙氧基硅烷处理后的高硅沸石并在室温下干燥8h备用。(2)称取0.3g羟基封端的聚二甲基硅氧烷(粘度为21000cst)，0.1g的正硅酸乙酯、0.06g的二月桂酸二丁锡，将其与氨基丙基三乙氧基硅烷处理后的高硅沸石混合并溶解在100g的溶剂油sopa中。在室温下，搅拌反应4h，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。
21.其中废水的水质指标为cod76mg/l，氨氮4.2mg/l，总磷2.3mg/l，透明度为18cm。
22.对比例2：其他处理同实施例1，与实施例1的区别主要在于并未形成pdms层。
23.对比例3：其他处理同实施例1，与实施例1的区别主要在于pdms层并未加入氨基丙基三乙氧基硅烷处理后的高硅沸石。
24.对比例4：其他处理同实施例1，与实施例1的区别主要在于并未形成亲水亲生物层。
25.各实施例和对比例处理后结果见表1：
[0026][0027][0028]
通过表1可以看出实施例2-4的处理效果都不如实施例1，从中可以看出，本技术中的pdms复合层、在pdms复合层中加入改性后的高硅沸石以及设置亲水亲生物改性层均有利于废水的处理，本技术的膜组件层与层之间具有协同的处理效果。