[發(fā)明專利]一種導電濾膜及其應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410457195.2
• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN104289114B
• 公開（公告）日: 2016-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王志偉;黃健;張駿堯;苗妍;孫亞東;黃菲;張星冉;吳冰;吳志超
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學
• 主分類號: B01D69/02
• 分類號: B01D69/02;B01D69/12;B01D65/08;C02F3/12
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種導電濾膜及其應用，屬于城市污水處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

膜生物反應器（Membrane?Bioreactor,?以下簡稱MBR）是一種新型高效的污水處理技術(shù)。是將膜分離組件直接浸沒于反應器內(nèi)，通過泵抽吸出水。由于膜的高效分離性能，使其與傳統(tǒng)活性污泥污水處理工藝相比，具有占地面積小、容積負荷高、出水水質(zhì)好等優(yōu)點，被認為是具有發(fā)展前景的污水處理與回用技術(shù)之一。然而，MBR在實際推廣應用過程中受到膜污染、能耗等技術(shù)問題的制約。

膜生物反應器中的膜污染使得在一定的通量條件下，跨膜驅(qū)動壓力增加，增加了MBR運行能耗；并且，膜污染問題導致膜運行過程中清洗頻率較高，不僅影響膜材質(zhì)穩(wěn)定性和膜的使用壽命，而且還降低水處理效率。因此，膜污染問題是限制膜生物反應器廣泛推廣的技術(shù)障礙。

膜生物反應器中的膜污染是指混合液中的污泥絮體、膠體粒子或溶解性有機物或無機鹽類，由于與膜之間存在的物理化學相互作用或機械作用而引起的在膜面上的沉積與積累，或由于膜孔內(nèi)吸附造成膜孔徑變小或堵塞，使得水通過膜的阻力增加，過濾性能下降，從而導致膜通量與分離特性的降低現(xiàn)象。

針對膜污染的實質(zhì)，控制膜污染即控制混合液中污泥絮體、膠體粒子等污染物在膜表面沉積積累。長期以來，膜污染問題一直是膜生物反應器領(lǐng)域的研究熱點，其主要控制方法的研究主要圍繞4個方面展開：膜自身材質(zhì)及過濾性能開發(fā)研究、反應器運行條件的優(yōu)化、混合液性質(zhì)調(diào)控以及膜清洗。在膜材質(zhì)一定的條件下，其余3個方法即為膜污染控制的主要手段。反應器運行條件優(yōu)化包括曝氣量和膜通量調(diào)節(jié)等、混合液性質(zhì)調(diào)控主要靠外加藥劑實現(xiàn)、膜清洗包括物理清洗和化學清洗。

然而，針對曝氣調(diào)控，為了降低污染物在膜表面沉積，除了供微生物生長和攪拌作用的曝氣外，還需要提供在膜面能形成一定強度剪切力的額外曝氣，這無疑將增加MBR運行費用；低通量運行能有效延長膜污染速率，但降低污水處理效率；外加藥劑即外加混凝劑等，將增加處理成本和污泥產(chǎn)生量；物理清洗很難取得徹底清洗效果，化學清洗將影響膜材質(zhì)的穩(wěn)定性，同時可能產(chǎn)生二次污染。

近年來，為了控制混合液中污染物在膜表面的吸附，除了改善膜材質(zhì)性能和控制運行條件外，一項新的技術(shù)受到許多學者關(guān)注，即電化學輔助技術(shù)。混合液體系中，活性污泥絮體、膠體粒子等都帶負電荷，電化學輔助技術(shù)即通過外加電場，通過電場斥力減少帶電污染物在膜表面吸附沉積，從而降低膜污染速率，延長膜過濾運行周期。

盛國平等人研究表明，采用不銹鋼絲網(wǎng)作為導電動態(tài)膜組件，通過微生物燃料電池產(chǎn)生電壓能有效控制膜污染。田禹等人發(fā)明了一種利用微生物產(chǎn)電減緩膜污染的MBR一體化裝置（專利公開號為CN?102633360A）。柳麗芬等人發(fā)明了一種利用弱電場提高膜的抗污染性能和通量的方法（專利公開號為CN?101941759A）。然而，在上述研究和發(fā)明中，學者們采用的均為不銹鋼絲網(wǎng)動態(tài)膜、導電有機高分子材料制作的導電膜等均不是污水處理中的常用的超濾膜和微濾膜，并未在實際污水處理工程中得到應用；在膜組件附近外加電場時，其未能使膜組件直接作為電極，不能很好耦合電化學系統(tǒng)和MBR系統(tǒng)，降低電場作用效果。另外，更重要的是，對于上述專利采用的動態(tài)膜而言，其本身就具有通量高、污染速率低等優(yōu)點，采用電化學方法進一步控制動態(tài)膜的污染的意義大打折扣。

本發(fā)明在常規(guī)平板微濾膜和超濾膜制作基礎(chǔ)上，內(nèi)嵌不銹鋼絲網(wǎng)制備導電膜。同時，導電膜直接作為負極，采用石墨、不銹鋼等導電抗腐蝕材料作為正極，利用恒電位儀等設(shè)施外加電源使得導電膜帶有負電。利用靜電斥力阻礙混合液中帶負電的污染物在膜表面沉積，從而降低膜污染，減少膜清洗頻率，增加膜使用壽命。常規(guī)微濾和超濾膜材質(zhì)決定了其實際應用性，導電膜直接作為電極使用提高了電化學系統(tǒng)和MBR系統(tǒng)的融合性，增強電場作用效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種導電濾膜及其應用，本發(fā)明利用外加電場對膜生物反應器進行高效原位抗污染控制。在常規(guī)平板微濾和超濾膜制作基礎(chǔ)上，內(nèi)嵌不銹鋼絲網(wǎng)制成導電膜并直接作為負極。利用外加電場所形成的電場力作用下有效控制膜污染。

本發(fā)明提出的導電濾膜，在常規(guī)微濾膜、超濾膜等濾膜制作基礎(chǔ)上，內(nèi)嵌不銹鋼絲網(wǎng)而制得。由無紡布、不銹鋼絲網(wǎng)和鑄膜液組成，其中：無紡布作為支撐層，所述不銹鋼絲網(wǎng)作為導電層置于無紡布上，所述導電層上刮涂鑄膜液，導電層通過鑄膜液粘合固定于無紡布上，構(gòu)成導電濾膜，視鑄膜液的不同，所述導電濾膜為導電微濾或?qū)щ姵瑸V膜。?

本發(fā)明中，所述不銹鋼絲網(wǎng)的孔徑為50~400目，厚度小于等于1?mm。