申请日2011.12.16
公开(公告)日2012.06.13
IPC分类号B01D63/08; C02F3/10; C02F3/12
摘要
本发明提供了一种生物碳纤维平板膜组件及污水处理反应器。其中生物碳纤维平板膜组件，包括：衬板;生态碳纤维复合材料，设置在衬板上;过滤膜，设置在生态碳纤维复合材料上的远离衬板的一侧。该生物碳纤维平板膜组件，将过滤膜与生态碳纤维复合材料合理地结合在一起，对污水先经过滤膜过滤，再经生态碳纤维复合材料进一步吸附净化，进而提高清水的纯度和洁净度，提高平板膜组件的耐污性和膜通量及使用寿命。
权利要求书
1.一种生物碳纤维平板膜组件，其特征在于，包括：
衬板(131);
生态碳纤维复合材料(132)，设置在所述衬板(131)上;
过滤膜(133)，设置在所述生态碳纤维复合材料(132)上的远离所述衬板(131)的 一侧。
2.根据权利要求1所述的生物碳纤维平板膜组件，其特征在于，所述生态碳纤维复合材料 (132)包括比表面积大于1300m2/g的生物活性碳纤维。
3.根据权利要求2所述的生物碳纤维平板膜组件，其特征在于，所述生物活性碳纤维是以聚 丙烯腈纤维、粘胶纤维或沥青纤维为碳纤维原料，在3～5℃/分钟的速率下逐渐升温至 200～300℃，进行50～150分钟的预氧化处理，形成预氧丝;并所述预氧丝在氮气气氛下， 以10～30℃/分钟的速率逐渐升温至700～800℃，以水蒸气作为活化剂，进行30～90分 钟的炭化及活化处理制备而成。
4.根据权利要求3所述的生物碳纤维平板膜组件，其特征在于，所述生物活性碳纤维在使用 前进一步经过表面活性处理，所述表面活性处理的步骤包括在浓度为30%以下的过氧化 氢溶液中，采用频率为50～100KHz的超声波下处理10～60分钟，进行第一次表面活性 处理，然后在浓度为25～28%的氨水溶液中，采用频率为50～100KHz的超声波下处理 10～60分钟，进行第二次表面活性处理。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的生物碳纤维平板膜组件，其特征在于，所述生态碳纤维 复合材料(132)还包括丙纶纤维网眼布，所述丙纶纤维网眼布包裹在所述生物活性碳纤 维的外周。
6.根据权利要求5所述的生物碳纤维平板膜组件，其特征在于，所述丙纶纤维网眼布由直径 为200D～500D的丙纶纤维丝编织而成。
7.一种污水处理反应器，其特征在于，包括膜生物反应池(18)，所述膜生物反应池中包括 平板膜组件(13)，所述平板膜组件(13)为权利要求1-6中任一项所述的生物碳纤维平 板膜组件。
8.根据权利要求7所述的污水处理反应器，其特征在于，还包括：
接触氧化池(6);
在线监测装置(2)，设置在所述接触氧化池(6)和膜生物反应池(18)的进水前端， 用以监测所述污水的进水水质，且所述在线监测装置(2)、所述接触氧化池(6)和膜生 物反应池(18)依序相连;
控制系统(3)，根据所述在线监测装置(2)的监测结果，控制与所述生物碳纤维平 板膜组件(13)相连的吸收泵的开启与关闭。
9.根据权利要求8所述的污水处理反应器，其特征在于，所述接触氧化池(6)中包括水处 理填料(7)，所述水处理填料(7)为生态碳纤维复合材料
10.根据权利要求9所述的污水处理反应器，其特征在于，作为水处理填料(7)的所述生态 碳纤维复合材料包括：
芯层，由比表面积大于1300m2/g的生物活性碳纤维构成;
外层，由丙纶纤维网眼布构成，所述外层包裹在所述芯层的外周。
说明书
生物碳纤维平板膜组件及污水处理反应器
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体而言涉及一种生物碳纤维平板膜组件以及包括其的污水 处理反应器。
背景技术
MBR工艺又称膜生物反应器(Membrane Bio-reactor)，是一种现代膜分离技术与生物技 术有机结合的新型的水处理技术，它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有 机物截留住，达到水净化的目的。
膜生物反应器(membrane bioreactor，MBR)是高效膜分离技术和传统活性污泥法的结合， 几乎能将所有的微生物截留在生物反应器中，这使反应器中的生物污泥浓度提高，理论上污 泥泥龄可以无限长，使出水的有机污染物含量降到最低，能有效地去除氨氮，对难降解的工 业废水也非常有效。与传统生物处理工艺相比具有出水水质好，占地面积少，设备集中，模 块化，并且具有升级改造的潜力，是一项很有发展前景的工艺。
1969年，美国的Smith首次报道了美国Dorr-Oliver公司把活性污泥法和超滤工艺结合处 理城市污水的方法。1970年，美国的Dorr-Oliver公司和日本的Sanki Engineering有限责任公 司达成协议，使得该工艺进入日本市场。目前在世界范围内，实际应用的MBR系统已经超过 500套，同时许多工程在计划或者建设中。MBR在日本的商业应用发展的很快，世界上约有 66%的工程在日本，其余的MBR工程主要在北美和欧洲。
我国对膜生物反应器污水处理技术的研究较晚，但发展迅速，近年来，MBR工艺已有实 际应用实例，并保持着良好的发展势头。2002年，膜生物反应器的研发又被列为“863”重大科 技项目，推进膜生物反应器在污水处理及回收中的应用，有研究者在研究膜生物反应器与传 统活性污泥工艺进行比较后发现，在运行条件一致的情况下，膜生物反应器有更强的去除能 力。通过研究膜生物反应器对各分子质量区间内有机物的去除规律发现，物理截留作用可完 全截留粒径>0.22μm的有机物，而活性污泥的降解作用以及膜表面滤饼层和凝胶层的共同作 用可去除大部分0.22μm以下的有机物。
MBR的主要特点：第一，污泥负荷率高，去除率高，抗污泥膨胀能力较强;第二，出水 水质良好且稳定可靠，悬浮物几乎为0，可直接回用;第三，反应器运行灵活稳定;第四，污 泥停留时问较长，剩余污泥大大减少;第五，占地面积较少，易于自动化控制管理;第六， 脱氮脱磷效果较好;第七，处理后的水细菌总数比较少，达饮用水标准，无须进行紫外线、 臭氧消毒即可直接饮用。
然而，在实际运行过程当中，研究人员发现有机膜具有易污染、堵塞，耗能大，只能在 低温低压下操作等缺点。其中，膜污染是指MBR反应器内混合液中的悬浮颗粒、胶体粒子或 溶解性大分子有机物在膜表面和膜孔内吸附沉积，造成膜孔径减小或堵塞，使膜通量下降的 现象。其污染的影响因素主要有膜本身所具有的性质、污水的水质、水力特性以及MBR运行 的技术操作条件。膜污染已经成为影响处理水效果的一个重要因素，已经成为阻碍MBR工艺 快速发展的制约因素，同时膜污染处理成本的提高，也造成了MBR工艺运行成本的增加。随 着社会的进步，工业生产的发展，工业废水的净化逐渐成为人类关注的重点，如何能改善膜 生物反应器污水处理技术中膜污染现状，并将其应用到各种各类工业废水的处理中，已经成 为了研究人员的新课题，并越来越受到重视。
发明内容
本发明旨在提供一种生物碳纤维平板膜组件以及包括其的污水处理反应器，以改善膜污 染现状。
为此，在本发明的一个方面提供了一种生物碳纤维平板膜组件，包括：衬板;生态碳纤 维复合材料，设置在衬板上;过滤膜，设置在生态碳纤维复合材料上的远离衬板的一侧。
进一步地，上述生态碳纤维复合材料包括比表面积大于1300m2/g的生物活性碳纤维。
进一步地，上述生物活性碳纤维是以聚丙烯腈纤维、粘胶纤维或沥青纤维作为碳纤维原 料，在3～5℃/分钟的速率下逐渐升温至200～300℃，进行50～150分钟的预氧化处理，形成 预氧丝;并在氮气气氛下，以10～30℃/分钟的速率逐渐升温至700～800℃，以水蒸气作为活 化剂，进行30～90分钟的炭化及活化处理制备而成。
进一步地，上述生物活性碳纤维在使用前进一步经过表面活性处理，表面活性处理的步 骤包括在浓度为30%以下的过氧化氢溶液中，采用频率为50～100KHz的超声波下处理10～ 60分钟，进行第一次表面活性处理，然后在浓度为25～28%的氨水溶液中，采用频率为50～ 100KHz的超声波下处理10～60分钟，进行第二次表面活性处理。
进一步地，上述生态碳纤维复合材料还包括丙纶纤维网眼布，所述丙纶纤维网眼布包裹 在所述生物活性碳纤维的外周。
进一步地，上述丙纶纤维网眼布由直径为200D～500D的丙纶纤维丝编织而成。
在本发明的另一个方面还包括一种污水处理反应器，包括膜生物反应池，膜生物反应池 中包括平板膜组件，平板膜组件为上述的生物碳纤维平板膜组件。
进一步地，上述污水处理反应器，还包括：接触氧化池;在线监测装置，设置在所述接 触氧化池和膜生物反应池的进水前端，用以监测所述污水的进水水质，且所述在线监测装置、 所述接触氧化池和膜生物反应池依序相连;控制系统，根据所述在线监测装置的监测结果， 控制与所述生物碳纤维平板膜组件相连的吸收泵的开启与关闭。
进一步地，上述接触氧化池中包括水处理填料，所述水处理填料为生态碳纤维复合材料，
进一步地，上述作为水处理填料的生态碳纤维复合材料包括：芯层，由比表面积大于 1300m2/g的生物活性碳纤维构成;外层，由丙纶纤维网眼布构成，所述外层包裹在芯层的外 周。
本发明的有益效果：
本发明所提供的生物碳纤维平板膜组件，将过滤膜与生态碳纤维复合材料合理地结合在 一起，对污水先经过滤膜过滤，再经生态碳纤维复合材料进一步吸附净化，提高了清水的纯 度和洁净度并提高了平板膜组件的耐污性和膜通量及使用寿命。
本发明所提供的生物碳纤维平板膜组件中，采用的生态碳纤维复合材料通过将比表面积 大于1300m2/g的生物活性碳纤维作为芯层，使这种生态碳纤维复合材料在具有比表面积大、 孔径分布合理，吸附性高，其能够改善现有膜污染的现状，同时在芯层外侧设置丙纶纤维网 眼布以起到增强作用，使得该生态碳纤维复合材料具有较高的强度，进而使得生物碳纤维平 板膜组件坚固耐用。
本发明所提供的生物碳纤维平板膜组件中通过采用改良的生物活性碳纤维，使该生物活 性碳纤维以及生态碳纤维复合材料具有比表面积大、孔径分布合理，吸附性高，活性碳纤维 材料挂膜后对CODcr的去除率在80%以上，氨氮去除率在60%以上的效果。
本发明所提供的生物碳纤维平板膜组件中通过对生物活性碳纤维进行表面活性处理，使 其具有优异生物相容性，不仅通过自身的吸附作用净化水体，而且能快速吸引微生物菌群， 在其表面形成活性生物膜，这些微生物以有机污染物为能量来源，通过自身的新陈代谢作用 降解水体中的有机污染物。
本发明所提供的污水处理反应器，通过采用上述生态碳纤维复合材料作为填料或者采用 上述生物碳纤维平板膜组件，大大减少了膜污染的问题。不仅利用自身的吸附能力净化水质， 而且它表面所形成生物膜能在很大程度上去除CODcr、氨氮、总磷。