一种用于强化污水脱氮的新型填料及其制备方法和挂膜方法

本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种用于强化污水脱氮的新型填料及其制备方法和挂膜方法。

背景技术：

1、膜分离技术广泛应用在我国水资源、能源、环境、化工等领域。其中，膜生物反应器(mbr)因其高效的泥水分离性能和占地面积小等优势，已经成为市政污水处理行业最具有竞争力的技术。现有mbr系统多采用内衬增强型聚偏氟乙烯(pvdf)中空纤维复合膜，具有极强的稳定性。然而，膜组件的平均设计使用寿命3年左右，随着mbr系统的大量运行，每年将会产生大量难以用常规固体废物处理方法处理的废旧膜。因此，循环利用废弃膜材料是我国解决膜固体废物问题的重要方法。

2、废旧的中空纤维膜丝具有较高的比表面积，能为微生物形成生物膜提供位点，使用中空纤维膜作为液态碳源扩散器时，可有效调节填料表面的微环境以富集污泥的反硝化微生物。然而，为了减缓膜污染问题，mbr运行过程中常常需要使用碱性的化学清洗剂处理污染的膜组件，因而破坏膜表面的亲水性结构并降低膜的过水能力。同时，中空纤维滤膜经过常年污染后容易在孔道表面积累疏水性的不可逆污染物，进一步降低膜的产水性能。因此未经处理的废旧中空纤维膜丝无法长期高效逆向扩散液态碳源，导致其难以高效富集污泥的反硝化微生物，挂膜启动时间长。

技术实现思路

1、本发明提供了一种用于强化污水脱氮的新型填料及其制备方法和挂膜方法，为克服废旧中空纤维膜丝富集生物膜难、挂膜时间长的问题，通过对废旧中空纤维膜进行改性处理，以提高其富集反硝化微生物能力，作为新型填料可用于污水脱氮处理。

2、为了解决上述技术问题，本发明目的之一提供了一种用于强化污水脱氮的新型填料的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)从废旧中空纤维膜组件中获取废旧膜丝；

4、(2)将废旧膜丝浸泡在ph为8-9的次氯酸钠溶液中，处理后使其余氯暴露当量为2000-100000ppm·h，清洗、干燥后获得初步改性膜丝；

5、(3)将废旧膜丝浸泡在涂敷液中，涂敷液包括0.3wt％-0.7wt％还原铁粉、0.5wt％-1.5wt％盐酸多巴胺和余量溶剂，干燥后获得最终改性膜丝。

6、通过采用上述方案，使用高余氯当量的次氯酸钠溶液浸泡废旧膜丝，可以破坏废旧膜丝中残余的疏水性不可逆污染并引入亲水基团，提高亲水性能，相比于传统生物填料提高疏水性以便于更多微生物附着的改性方式，本申请利用次氯酸钠提高填料亲水性可以限制附着微生物的种类，挂膜时使新型填料表面附着群落的生态位变窄，进而有利于特异性附着相似功能的菌群即反硝化微生物；膜表面的粗糙度是影响膜填料快速挂膜的又一重要因素，在不影响孔道亲水性和碳源扩散能力的基础上，利用还原铁粉原位聚合改性的方式控制废旧膜丝表面的粗糙度，进一步富集反硝化生物膜；

7、同时，控制次氯酸钠溶液的ph为8-9，这是因为在弱酸和中性条件下，次氯酸钠溶液中的次氯酸分子含量过高，会破坏膜表面官能团而暴露疏水的骨架，不利于挂膜期间外加碳源在膜填料孔道的扩散。

8、作为优选方案，在步骤(2)中，浸泡时间为2h-10h。

9、通过采用上述方案，废旧膜丝改性过程的余氯暴露当量是影响膜填料富集反硝化生物膜的重要因素，控制次氯酸钠溶液的浸泡时间可以控制废旧膜丝的余氯暴露当量。改性时余氯暴露当量较小将无法有效破坏废旧膜丝孔道的残余的疏水性不可逆膜污染，而余氯当量暴露较大则会氧化破坏膜表面的亲水基团，使疏水的pvdf骨架裸露而增加膜填料的疏水性。

10、作为优选方案，在步骤(3)中，浸泡时间为3h-5h。

11、作为优选方案，所述废旧中空纤维膜组件来源于饮用水处理、市政污水处理或工业废水处理厂的mbr。

12、作为优选方案，所述废旧中空纤维膜组件的膜材质为醋酸纤维素、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯中的至少一种。

13、作为优选方案，所述废旧中空纤维膜组件的膜孔径为0.02-0.2μm。

14、为了解决上述技术问题，本发明目的之二提供了一种用于强化污水脱氮的新型填料的制备方法制备获得的用于强化污水脱氮的新型填料。

15、为了解决上述技术问题，本发明目的之三提供了一种用于强化污水脱氮的新型填料在污水脱氮处理设备中的应用，具体可应用于液态碳源扩散器。

16、为了解决上述技术问题，本发明目的之四提供了一种用于强化污水脱氮的新型填料的挂膜方法，包括以下步骤：

17、挂膜启动阶段时，以a2/o工艺为主体的城市污水处理厂缺氧池污泥作为接种污泥，以污水厂二沉池出水配制硝酸盐溶液作为进水基质，将反硝化碳源作为外加碳源通过新型填料打入挂膜池，由新型填料的膜腔内部向外进行碳源扩散；

18、挂膜期间污泥浓度维持在4000-6000mg/l，系统的污泥龄srt设定为12h-36h，水力停留时间hrt为12h-36h，控制溶解氧do浓度<0.5mg/l，反硝化碳源的通量为1l/(m2˙h)，并按照碳源需求量调节其投加量。

19、作为优选方案，硝酸盐溶液的浓度为25-100mg n/l。

20、作为优选方案，外加碳源为含葡萄糖和冰乙酸的溶液，浓度为5-20gcod/l，葡萄糖和冰乙酸质量比为(1-5):1。

21、通过采用上述方案，外加碳源的浓度并非越高越好，当碳源浓度过高时挂膜池内部会出现膜污染，控制外加碳源的通量还可以避免外加碳源投加泵的压力增加导致废旧膜丝爆破。

22、相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

23、1、本申请针对膜法水处理工程中废旧膜材料的循环利用问题，围绕废旧膜材料为原料进行新型填料的制备，新型填料成功降低了填料表面的水接触角，强化了单位膜面积的生物膜富集能力，使填料表面生物膜的单位反硝化速率提高了223％，解决了废旧膜填料的难富集生物膜和挂膜时间长的问题。

24、2、本申请先通过高余氯当量的次氯酸碱液破坏废旧中空纤维膜的不可逆膜污染物，改变膜填料表面的亲疏水性并增强膜填料孔道的碳源扩散能力，再利用盐酸多巴胺的自聚合反应，结合还原铁粉原位聚合方式控制膜填料表面的粗糙性，进一步强化了膜表面富集反硝微生物的能力。

25、3、本申请适合用于处理污水的中空纤维复合膜材料，可实现废旧膜组件的循环利用和实现污水氮素的高效脱除，新型膜填料表面富集的反硝化生物膜具备有远高于普通活性污泥絮体的反硝化速率。

技术特征：

1.一种用于强化污水脱氮的新型填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种用于强化污水脱氮的新型填料的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，浸泡时间为2h-10h。

3.如权利要求1所述的一种用于强化污水脱氮的新型填料的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，浸泡时间为3h-5h。

4.如权利要求1所述的一种用于强化污水脱氮的新型填料的制备方法，其特征在于，所述废旧中空纤维膜组件来源于饮用水处理、市政污水处理或工业废水处理厂的mbr。

5.如权利要求1所述的一种用于强化污水脱氮的新型填料的制备方法，其特征在于，所述废旧中空纤维膜组件的膜材质为醋酸纤维素、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯中的至少一种，所述废旧中空纤维膜组件的膜孔径为0.02-0.2μm。

6.一种如权利要求1-5任一所述的用于强化污水脱氮的新型填料的制备方法制备获得的用于强化污水脱氮的新型填料。

7.一种如如权利要求6所述的用于强化污水脱氮的新型填料在污水脱氮处理设备中的应用。

8.一种如权利要求6所述的用于强化污水脱氮的新型填料的挂膜方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的一种用于强化污水脱氮的新型填料的挂膜方法，其特征在于，硝酸盐溶液的浓度为25-100mg n/l。

10.如权利要求8所述的一种用于强化污水脱氮的新型填料的挂膜方法，其特征在于，外加碳源为含葡萄糖和冰乙酸的溶液，浓度为5-20gcod/l，葡萄糖和冰乙酸质量比为(1-5):1。

技术总结
本发明公开了一种用于强化污水脱氮的新型填料及其制备方法和挂膜方法，涉及污水处理领域。新型填料的制备方法包括将废旧膜丝浸泡在次氯酸钠溶液中改性，将废旧膜丝浸泡在含还原铁粉和盐酸多巴胺的涂敷液中，干燥后获得最终改性膜丝。本申请针对膜法水处理工程中废旧膜材料的循环利用问题，围绕废旧膜材料为原料进行新型填料的制备，新型填料成功降低了填料表面的水接触角，强化了单位膜面积的生物膜富集能力，使填料表面生物膜的单位反硝化速率显著提高，解决了废旧膜填料的难富集生物膜和挂膜时间长的问题。

技术研发人员：孟凡刚,甘志浩,余仲,周赞民,陈金灿,刘万里,余志达,周亚梁,欧进浩
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16