【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种缓解正渗透膜生物反应器膜污染的装置及使用方法，属于工业废水处理。
技术介绍
1、正渗透膜生物反应器(osmosis membrane bioreactor，ombr)是集正渗透膜(forward osmosis,fo)截留作用和生物降解作用于一体的污水处理系统，通过fo膜从废水中获得优质出水，能有效截留污水中微量污染物(如病原微生物、抗生素等)，以达到污水资源化的目的，具有污水回用率高、能耗低等优点。然而，因无机盐和污染物在原料液侧的累积所造成的膜污染依然是影响该技术经济性和运行稳定性的关键因素。由于fo膜的高截留率和汲取液向进料液中的反向溶质扩散(reverse solute diffusion，rsd)，使得溶解的组分在生物反应器中积累，从而导致fo膜上的驱动力和生物反应器内的生物活性降低，从而降低了系统在水回收方面的效率。通过外加电压产生电化学作用能够有效缓解ombr中膜污染问题果，具有简便、效果稳定等优势。然而其所产生的单一电场效果有限，且存在着能耗高、形成二次污染、破坏正渗透(fo)膜等问题。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种缓解正渗透膜生物反应器膜污染的装置，本专利技术的第二目的是提供一种利用该缓解正渗透膜生物反应器膜污染的装置处理废水的方法。
2、技术方案：本专利技术所述的一种缓解正渗透膜生物反应器膜污染的装置，包括正渗透膜生物反应器单元和电极单元，其特征在于，正渗透膜生物反应器单元包括由正渗透膜隔开的进料液
3、进一步地，进料液格室一侧下部设有进水口，对应出进水口的进料液格室的另一侧上部设有溢水口，汲取液格室下部设有汲取液进水口，对应汲取液进水口的汲取液格室的另一侧上部设有汲取液出水口，进水口和溢水口分别与装置外的废水池连通，汲取液进水口和汲取液出水口分别与装置外的正渗透汲取液池连通。
4、进一步地，阳极和纳米阴极通过导电金属丝及电阻丝与直流电源相连。
5、更进一步地，导电金属丝为导电性能良好的钛丝或金属丝；电阻丝的电阻为1～1000ω；直流电源为可调节直流电源，负载电压范围为0.6～4v。
6、进一步地，阳极包括活性炭颗粒涂抹至导电碳布制成，纳米阴极为氧化铜纳米电极。
7、进一步地，纳米阴极包括铜网为基底，通过氧化处理使得其表面生长出氧化铜纳米线而成。
8、进一步地，正渗透膜生物反应器单元为箱式或柱状结构。
9、进一步地，正渗透膜为三醋酸纤维膜(cta)、薄层复合聚酰胺膜(tfc)或其改性膜。
10、进一步地，阳极与纳米阴极之间的距离为1～2cm。
11、进一步地，纳米阴极即氧化铜纳米电极的制备方法包括以下步骤：
12、(a1)清洗：将铜网用酸冲洗，并用去离子水洗净；
13、(a2)反应：将步骤(a1)清洗干净的铜网煅烧，冷却氧化，在铜网表面垂直生长氧化铜纳米线；
14、(a3)涂层：将步骤(a2)长有氧化铜纳米线的铜网转移至多巴胺溶解的盐酸甲基酸缓冲液中，水浴加热反应，使得多巴胺涂覆在氧化铜纳米线表面形成保护层。
15、更进一步地，步骤(a1)中，酸为盐酸，酸的浓度为0.1mol/l以下。
16、更进一步地，步骤(a2)中，煅烧的温度为400～500℃，煅烧的时间2h以上，冷却氧化的温度是室温，冷却氧化的时间为12h以上。
17、更进一步地，步骤(a3)中，多巴胺溶解的盐酸甲基酸缓冲液浓度为2g/l，水浴加热反应的温度为40℃左右，水浴加热反应的时间为4h以上，多巴胺涂氟在氧化铜纳米电极表面形成保护层的厚度为12-30nm。
18、一种本专利技术所述所述缓解正渗透膜生物反应器膜污染的装置的使用方法，包括以下步骤：
19、(b1)废水进入正渗透膜生物反应器单元的进料液格室中，对电极单元施加低电压，废水被正渗透膜截留，并与进料液格室内活性污泥中的微生物接触反应；
20、(b2)进料液格室的废水拉伸、渗透过正渗透膜扩散至汲取液格室中，与打入汲取液格室中的正渗透汲取液混合，从进料液格室中溢流出的废水回流至装置外的废水池，汲取液格室中处理后的废水返回装置外的正渗透汲取液池。
21、进一步地，步骤(b1)中，有机污染物被微生物消耗分解，而痕量污染物则被正渗透膜截留至进料液格室后被微生物代谢分解。
22、进一步地，步骤(b1)中，低电压为大于0小于等于2v的电压，纳米阴极的低表面曲率使得纳米阴极的电荷密度增大形成局域强电场，从而产生“避雷针效应”，使得纳米阴极表面的电场强度增强几个数量级(大于100kv/cm)，利用局域强电场的静电排斥作用使得带负电荷的污染物向远离正渗透膜表面方向移动，缓解膜污染的形成。
23、进一步地，步骤(b2)中，由于进料液格室与汲取液格室间的渗透压差，使得进料液格室的水拉伸、渗透过正渗透膜扩散至汲取液格室中。
24、进一步地，步骤(b2)中，为避免由此带来的渗透压驱动力下降，因此需要循环将汲取液打入汲取液格室中，保持稳定的渗透压差进而保证较高的水通量。
25、进一步地，步骤(b2)中，正渗透汲取液为盐溶液，可以为cacl2、nacl、nh4cl中的一种或多种。
26、进一步地，步骤(b2)中，正渗透膜两侧存在盐度梯度，由于正渗透膜两侧的盐度梯度，汲取液格室中部分汲取液盐分会由于溶质反向扩散作用渗至进料液格室中，导致汲取液浓度下降和盐累积，继而导致水通量下降，从而又导致水不能及时被拉伸至汲取液格室中，因此从出进料液格室中溢流出的废水回流至废水池。
27、本专利技术通过对电极单元施加低电压(大于0小于等于2v)，由于废水连续性或间接性进到正渗透膜生物反应器单元的进料液格室中，废水中的无机、有机及生物污染物会黏附在正渗透膜表面形成的膜污染层会导致水通量下降影响系统性能，因此将表面生长有氧化铜纳米线的纳米阴极放置于正渗透膜表面偏进料液格室一侧，通过直流电源对电极单元施加低电压(大于0小于等于2v)，一方面能够通过水力作用减少污染物在纳米阴极及正渗透膜表面的附着，另一方面能够通过局域强电场的“避雷针效应”杀菌作用去除纳米阴极及正渗透膜表面形成的生物膜，减缓生物复合污染的形成，避免水通量下降及系统性能降低；同时进料液格室中的微生物和有机物处于微电场环境，可促进微生物细胞的代谢，增强微生物活性，促进污染物的降解；同时微电场环境会影响微生物群落结构，进一步影响微生物对物质的利用与代谢行为，从而影响膜污染的形成；此外感应电流会在阳极附近发生氧化反应，能协同微生物氧化降解有机污染物以及能将难生物降本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种缓解正渗透膜生物反应器膜污染的装置，包括正渗透膜生物反应器单元(1)和电极单元(2)，其特征在于，正渗透膜生物反应器单元(1)包括由正渗透膜(3)隔开的进料液格室(4)和汲取液格室(5)，进料液格室(4)内装有活性污泥；汲取液格室(5)为循环打入的正渗透汲取液，电极单元(2)包括阳极(10)和纳米阴极(11)，其中，阳极(10)放置于进料液格室(4)中，纳米阴极(11)放置于正渗透膜(3)表面偏进料液格室(4)一侧，对电极单元(2)施加大于0小于等于2V的电压，可在正渗透膜(3)表面处形成局域强电场，从而产生“避雷针效应”。
2.根据权利要求1所述的缓解正渗透膜生物反应器膜污染的装置，其特征在于，进料液格室(4)一侧下部设有进水口(6)，对应出进水口(6)的进料液格室(4)的另一侧上部设有溢水口(7)，汲取液格室(5)下部设有汲取液进水口(8)，对应汲取液进水口(8)的汲取液格室(5)的另一侧上部设有汲取液出水口(9)，进水口(6)和溢水口(7)分别于装置外的废水池连通，汲取液进水口(8)和汲取液出水口(9)分别与装置外的正渗透汲取液池连通。
3.
4.根据权利要求3所述的缓解正渗透膜生物反应器膜污染的装置，其特征在于，导电金属丝(12)为钛丝或金属丝；电阻丝(13)的电阻为1～1000Ω；直流电源(14)为可调节直流电源，负载电压范围为0.6～4V。
5.根据权利要求3所述的缓解正渗透膜生物反应器膜污染的装置，其特征在于，纳米阴极(11)包括铜网为基底，通过氧化处理使得其表面生长出氧化铜纳米线而成。
6.根据权利要求1所述的缓解正渗透膜生物反应器膜污染的装置，其特征在于，正渗透膜生物反应器单元(1)为箱式或柱状结构。
7.根据权利要求1所述的缓解正渗透膜生物反应器膜污染的装置，其特征在于，正渗透膜(3)为三醋酸纤维膜、薄层复合聚酰胺膜或其改性膜。
8.根据权利要求1所述的缓解正渗透膜生物反应器膜污染的装置，其特征在于，阳极(10)与纳米阴极(11)之间的距离为1～2cm。
9.根据权利要求3所述的缓解正渗透膜生物反应器膜污染的装置，其特征在于，纳米阴极(11)即氧化铜纳米电极的制备方法包括以下步骤：
10.一种利用权利要求1-9任一项所述所述缓解正渗透膜生物反应器膜污染的装置处理废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种缓解正渗透膜生物反应器膜污染的装置，包括正渗透膜生物反应器单元(1)和电极单元(2)，其特征在于，正渗透膜生物反应器单元(1)包括由正渗透膜(3)隔开的进料液格室(4)和汲取液格室(5)，进料液格室(4)内装有活性污泥；汲取液格室(5)为循环打入的正渗透汲取液，电极单元(2)包括阳极(10)和纳米阴极(11)，其中，阳极(10)放置于进料液格室(4)中，纳米阴极(11)放置于正渗透膜(3)表面偏进料液格室(4)一侧，对电极单元(2)施加大于0小于等于2v的电压，可在正渗透膜(3)表面处形成局域强电场，从而产生“避雷针效应”。
2.根据权利要求1所述的缓解正渗透膜生物反应器膜污染的装置，其特征在于，进料液格室(4)一侧下部设有进水口(6)，对应出进水口(6)的进料液格室(4)的另一侧上部设有溢水口(7)，汲取液格室(5)下部设有汲取液进水口(8)，对应汲取液进水口(8)的汲取液格室(5)的另一侧上部设有汲取液出水口(9)，进水口(6)和溢水口(7)分别于装置外的废水池连通，汲取液进水口(8)和汲取液出水口(9)分别与装置外的正渗透汲取液池连通。
3.根据权利要求1所述的缓解正渗透膜生物反应器膜污染的装置，其特征在于，阳极(10)和纳米阴极(11)通过导电金属丝(12)及电阻丝(13)与直流电源(14)相连，...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉立，翟思琪，周建峰，朱苏，李韩龙，何席伟，吴江，宋海亮，杨小丽，高静思，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：
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