申请日2017.11.02
公开(公告)日2018.01.16
IPC分类号C02F3/30; C02F3/02
摘要
本发明公开了一种新型微气泡充氧生物膜丝及水处理方法。它包括本疏水性材料、亲水性涂料及亲水性结构强化编织物;微气泡充氧生物膜丝的内层为疏水性材料，中层为亲水性涂料，外层为亲水性结构强化编织物，三层相互粘于一体;所述亲水性涂料涂抹在疏水性材料膜丝的外表面且不堵塞膜丝壁孔;所述亲水性结构强化编织物附着在涂有亲水性涂料的膜丝外壁。采用了本发明后，可有效提高氧的利用率和膜孔的过氧分子比例及通量，膜丝内部不会因为有生物膜生长而堵塞壁孔，同时大大减少了供氧时的供气压力值等问题，实现了较高的富氧转移效率、较低的动力消耗、生物膜也更易于生长代谢和处理效率大大提高等多重目标。
摘要附图
权利要求书
1.一种新型微气泡充氧生物膜丝，其特征在于：它是由疏水性材料、亲水性涂料及亲水性结构强化编织物组成;微气泡充氧生物膜丝的内层为疏水性材料，中层为亲水性涂料，外层为亲水性结构强化编织物，三层相互粘于一体;所述亲水性涂料涂抹在疏水性材料膜丝的外表面且不堵塞膜丝壁孔;所述亲水性结构强化编织物附着在涂有亲水性涂料的膜丝外壁。
2.根据权利要求1所述的新型微气泡充氧生物膜丝，其特征在于：所述的充氧生物膜丝为曝气型中空纤维膜丝。
3.根据权利要求1所述的新型微气泡充氧生物膜丝，其特征在于：所述的充氧生物膜丝外径为0.6～2mm，内径0.3～1.5mm，膜微孔大小为0.005～0.2μm。
4.根据权利要求1所述的新型微气泡充氧生物膜丝，其特征在于：所述充氧生物膜丝可组成帘式中空纤维膜组件或柱状中空纤维膜组件，膜组件内的中空纤维膜丝可以是单层或多层排列，组件宽度为0.1～10m，组件高度为0.5～10m。
5.一种新型微气泡充氧生物膜丝的水处理方法，其特征在于：采用权利1～4项所述的新型微气泡充氧生物膜丝对水进行处理，具体步骤如下：
(1)膜丝内层：曝气风机由一端向微气泡充氧生物膜丝中压入空气，氧气在膜两侧分压差的推动下，微气泡充氧生物膜丝可选择性透过膜，小直径氧气分子优先透过膜微孔，而氮气等大直径分子透过此膜孔概率较小，被筛选的氮气由另一端排出;
(2)不通入空气静置时：由于膜丝内部为疏水性材料，液相水体不会浸润到膜丝内部，液相水体无法浸润到膜丝内部，保持膜丝本身干燥性，内部不会因为有生物膜生长而堵塞壁孔，同时大大减少了供氧时的供气压力值;
(3)供气时：
1)由于膜丝外表面涂有亲水性材料亲水性涂料及亲水性结构强化编织物，易于附着生物膜，氧气透过膜丝孔时，在其外表面形成一层“富氧”，氧气透过膜丝直接被生物膜利用，不必经过液相边界层，大大减小了氧气的传质阻力，有利于供氧速度和氧气利用率的提高，大幅度提高水体中的微生物生长代谢繁殖;
2)氧气与底物以相反的方向传递，通过控制供氧可使生物膜产生明显的分层，从而达到脱氮和去除有机物的效果;
3)生物膜内层：紧靠透气膜的生物膜底层溶解氧浓度最大，为“富氧层”，以亚硝化菌和硝化菌等自养菌为主;较高分子量的有机物由于扩散作用的限制以及外侧生物膜的降解，到达生物膜深层时有机物浓度最低，硝化速率达到最大;硝化菌受到生物膜的保护，不会随水流流失，较长的SRT保证充分繁殖和富集;
4)生物膜中间层：溶解，氧较低，以好氧异养菌和反硝化菌为主，充足的硝酸盐、有机碳源和硝化产物满足了反硝化和反硝化除磷的需要，NO3--N和NO2--N进入反硝化、反硝化除磷层，此层临近水流主体，有机物浓度较高，同时最外层厌氧菌的代谢也会产生低分子有机物，形成较高的C/N比，有利于获得高反硝化和反硝化除磷速率，节省外加碳源的投加;
5)生物膜最外层：为兼性好氧菌和厌氧菌，有利于控制生物膜厚度，可明显减少污泥产量;
(4)膜丝外层：因有亲水性结构强化编织物加强膜丝本身的韧性，保持各处曝气气压稳定，且易于附着生物膜;老化的生物膜在氧压力条件下，由于附着力的降低，会自然脱落，进而周期性的形成新旧生物膜的不断更新及更替。
说明书
一种新型微气泡充氧生物膜丝及水处理方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种新型微气泡充氧生物膜丝及水处理方法。
背景技术
生物膜法是以附着在载体上的生物膜(好氧微生物、兼养微生物、厌氧微生物)为主的一种高效水处理技术。在膜曝气充氧反应组件中，反应核心组件由曝气型中空纤维膜丝构成，中空纤维膜丝不仅向生物膜供氧，同时又是附着生物膜的载体;通过进气管端连续通入空气，空气进入中空纤维膜丝的内部，在一定的曝气压力下将空气通过中空纤维膜丝的孔隙向水体中输送;空气在透过中空纤维膜膜丝外壁的生物膜时，向生物膜进行供氧，因此生物膜从靠近中空纤维膜膜丝外壁向水体延展的过程中，由于氧气供给及生物的溶解氧消耗，形成了不同梯度水平的溶解氧区域，即形成了好氧区、兼氧区和厌氧区。在靠近中空纤维膜膜丝外壁的生物层得到了充足的氧气，形成了好氧区，该好氧区能够进行去除含碳有机物和氨氮的硝化反应;而在远离中空纤维膜膜丝外壁的生物层因为氧气无法传递至此而形成了厌氧区，进行水解、反硝化过程;在这两端中间由于氧气供给不足形成兼氧区，其能够进行去除硝酸盐以及亚硝酸盐的反应，从而使得污水得到净化。利用中空纤维膜其孔隙微小的特点，可以进行无泡或微小气泡的供氧，即将供氧压强控制在泡点(曝气时纤维膜壁上产生的气泡最低气体压强)以下，供氧过程中仅有部分微小气泡溢出水面，可以提高曝气效率，较传统曝气效率提高 4倍，能耗大大降低。
但是传统的膜曝气充氧反应膜丝存在以下的问题：(1)目前的膜丝有亲水性和疏水性两种形式：1)亲水性膜丝，易于挂膜，但在水静压条件下，膜丝内受水静压力作用易充满水，在曝气时，会出现曝气压力小于水压力的反过水现象，各处水压不同导致泡点不一，膜丝内阻力过大，曝气能耗过高，易出现曝气不均匀，且膜丝壁孔易被生物膜堵塞;2)疏水性膜丝，虽可以保证通气时水不能渗进膜内，但由于其憎水性的特点，导致不利于微生物的附着挂膜及生长代谢，挂膜困难;(2)在曝气条件下挂膜，膜丝受压力影响易变形，导致各处膜丝壁孔处压力不一，部分膜孔的出口过气量过大，部分膜孔无过气，无法实现微曝气或无泡曝气，且会导致中空纤维膜丝外的生物量不均匀及溶解氧得不到充分利用，无疑会增大能耗。
发明内容
本发明的目的在于克服传统微气泡充氧生物膜丝的氧气利用低、膜结构不稳定、动力消耗大、维护复杂等一系列问题，提供一种新型微气泡充氧生物膜丝。
技术方案：
本发明提供了一种新型微气泡充氧生物膜丝，它是由疏水性材料、亲水性涂料及亲水性结构强化编织物组成;微气泡充氧生物膜丝的内层为疏水性材料，中层为亲水性涂料，外层为亲水性结构强化编织物，三层相互粘于一体;所述亲水性涂料涂抹在疏水性材料膜丝的外表面且不堵塞膜丝壁孔;所述亲水性结构强化编织物附着在涂有亲水性涂料的膜丝外壁。
所述的充氧生物膜丝为曝气型中空纤维膜丝;
所述的充氧生物膜丝外径为0.6～2mm，内径0.3～1.5mm，膜微孔大小为 0.005～0.2μm;所述充氧生物膜丝可组成帘式中空纤维膜组件或柱状中空纤维膜组件，膜组件内的中空纤维膜丝可以是单层或多层排列，组件宽度为0.1～10m，组件高度为0.5～10m。
所述的一种新型微气泡充氧生物膜丝的水处理方法，是采用上所述的新型微气泡充氧生物膜丝对水进行处理，具体步骤如下：
(1)膜丝内层：曝气风机由一端向微气泡充氧生物膜丝中压入空气，氧气在膜两侧分压差的推动下，微气泡充氧生物膜丝可选择性透过膜，小直径氧气分子优先透过膜微孔，而氮气等大直径分子透过此膜孔概率较小，被筛选的氮气由另一端排出。
(2)不通入空气静置时：由于膜丝内部为疏水性材料，液相水体不会浸润到膜丝内部，液相水体无法浸润到膜丝内部，保持膜丝本身干燥性，内部不会因为有生物膜生长而堵塞壁孔，同时大大减少了供氧时的供气压力值。
(3)供气时：
1)由于膜丝外表面涂有亲水性材料亲水性涂料及亲水性结构强化编织物，易于附着生物膜，氧气透过膜丝孔时，在其外表面形成一层“富氧”，氧气透过膜丝直接被生物膜利用，不必经过液相边界层，大大减小了氧气的传质阻力，有利于供氧速度和氧气利用率的提高，大幅度提高水体中的微生物生长代谢繁殖;
2)氧气与底物以相反的方向传递，通过控制供氧可使生物膜产生明显的分层，从而达到脱氮和去除有机物的效果;
3)生物膜内层：紧靠透气膜的生物膜底层溶解氧浓度最大，为“富氧层”，以亚硝化菌和硝化菌等自养菌为主;较高分子量的有机物由于扩散作用的限制以及外侧生物膜的降解，到达生物膜深层时有机物浓度最低，硝化速率达到最大。硝化菌受到生物膜的保护，不会随水流流失，较长的SRT保证充分繁殖和富集;
4)生物膜中间层：溶解氧较低，以好氧异养菌和反硝化菌为主，充足的硝酸盐、有机碳源和硝化产物满足了反硝化和反硝化除磷的需要，NO3--N和 NO2--N进入反硝化、反硝化除磷层，此层临近水流主体，有机物浓度较高，同时最外层厌氧菌的代谢也会产生低分子有机物，形成较高的C/N比，有利于获得高反硝化和反硝化除磷速率，节省外加碳源的投加。
5)生物膜最外层：为兼性好氧菌和厌氧菌，有利于控制生物膜厚度，可明显减少污泥产量。
(4)膜丝外层：因有亲水性结构强化编织物加强膜丝本身的韧性，保持各处曝气气压稳定，且易于附着生物膜;老化的生物膜在氧压力条件下，由于附着力的降低，会自然脱落，进而周期性的形成新旧生物膜的不断更新及更替。
本发明优势之处在于利用疏水性膜丝自身的疏水性，水不能浸润膜，膜丝内始终充满气体或者保持干燥，氧气通过膜丝壁孔的过程实际上是膜丝在气相向液相中的扩散传递过程，可选择性透过膜，有利于提高富氧环境，增强微孔实际有效过流量，大大提高氧的利用率和膜孔的过氧分子比例及通量，相对于传统供氧，膜孔过氧压力大大降低，其膜阻力也可忽略不计，因此它具有较高的富氧转移效率和较低的动力消耗。由于膜丝内部为疏水性材料，液相水体不会浸润到膜丝内部，液相水体无法浸润到膜丝内部，保持膜丝本身干燥性，内部不会因为有生物膜生长而堵塞壁孔，同时大大减少了供氧时的供气压力值;膜丝外层的亲水性涂料以及亲水性结构强化编织物，膜丝亦不容易变形，生物膜也更易于生长代谢，生物膜的分层功能代谢更加合理，可同时完成各类污染物的去除，处理效率大大提高;相对比传统技术，各类优势异常明显。
