[发明专利]一种基于低温等离子体技术的低污染型膜分离装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于低温等离子体技术的低污染型膜分离装置，适用于膜生物反应器，属于水处理技术领域。

背景技术

膜生物反应器是将生物处理工艺与膜分离技术相结合而成的一种高效污水处理技术，是中水回用的热点处理工艺，具有比活性污泥法更强的有机物去除能力，可获得良好稳定的出水水质；能高效地进行固液分离，出水悬浮物浓度低，可以直接回用，实现污水资源化；同时还具有剩余污泥量低，占地面积小等优点。在污水排放标准越来越严格和水资源短缺问题日益突出的背景下，膜生物反应器将成为污水处理和资源化的重要技术途径之一。

但目前膜生物反应器技术还存在膜污染问题。膜污染是指与膜接触的料液中的微粒、胶体粒子或溶质大分子与膜存在物理、化学、生化作用或机械作用，在膜面或膜孔内吸附、沉积，以及微生物在膜水界面的积累，造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性大幅度降低的现象。膜污染使得膜过滤通量下降，操作成本增加，阻碍了该技术的广泛应用。目前对膜生物反应器膜污染防治的研究主要集中在改进膜材料、改善混合液特性、优化操作参数、膜的清洗与再生等方面。研究表明，通过以上措施可以有效减缓膜生物反应器的膜污染，但多数措施还存在工艺复杂、成本较高等缺点。

低温等离子体不同于一般的中性气体，主要由带电粒子支配，受外部电场、磁场和电磁场的影响，具有独特的光、热、电等物理性质，可以产生多种物理过程和化学反应，并由此发展形成了各种低温等离子体技术。该技术效率高、占地少、运行费用低、使用范围广，已在环保、表面处理、显示技术等方面具有广泛应用，并成为近年来研究的热点。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于低温等离子体技术的低污染型膜分离装置，可有效减缓膜污染。本发明所采用的技术方案如下：

一种基于低温等离子体技术的低污染型膜分离装置，其特征在于，所述膜分离装置包括等离子体改性帘式膜组件、生物炭小球、不锈钢丝网骨架和等离子体改性无纺布外罩等。

所述的等离子体改性帘式膜组件设置在不锈钢丝网骨架的内部；所述生物炭小球分散在不锈钢丝网骨架的内部；所述等离子体改性无纺布外罩罩在不锈钢丝网骨架的外面，且等离子体改性无纺布外罩的内部和不锈钢丝网骨架的外部紧密接触。

所述等离子体改性帘式膜组件为一体式膜生物反应器所用的传统帘式膜组件经低温等离子体技术改性制成，帘式膜组件的材质为聚乙烯、聚偏氟乙烯等有机材料。

生物炭小球是由生物炭、粉煤灰、水泥、黄沙、水及胶水等制成，直径为10-15mm，所添加生物炭小球的总体积占不锈钢丝网骨架内部体积的5-8%。

不锈钢丝网骨架可以是任意形状，如呈球形或正方体形，骨架的直径或边长与帘式膜组件长度相同；不锈钢丝网骨架由不锈钢丝编成网状，网孔呈圆形或正方形，直径或边长为1-4mm；所述不锈钢丝的直径为0.3-1.2mm。

等离子体改性无纺布外罩形状与不锈钢丝网骨架形状一致，如呈球形或正方体形，由市售聚丙烯无纺布缝合经低温等离子体技术改性制成，其中无纺布的孔径为5-50μm。

其中所述等离子体改性帘式膜组件和等离子体改性无纺布外罩经低温等离子体技术改性的过程包括如下步骤：

（1）将工作气体通入介质阻挡放电等离子体发生器的放电区；

（2）将介质阻挡放电等离子体发生器接通高压电源；在高压电源的作用下，介质阻挡放电等离子体发生器中产生低温等离子体，并在工作气体的推动下排出等离子体发生器；

（3）将市售传统帘式膜组件和无纺布外罩放在等离子体发生器的出口处，在低温等离子体的作用下被改性，形成等离子体改性帘式膜组件和等离子体改性无纺布外罩。

上述步骤（1）或（2）所述的介质阻挡放电等离子体发生器包括不锈钢中心电极、绝缘介质层和外壳金属电极等；其中不锈钢中心电极位于介质阻挡放电等离子体发生器的中心，直径为15-21mm，与高压电源的高压端相连；绝缘介质层为石英玻璃管，壁厚为2-3.5mm，内径为19-29mm；外壳金属电极材质为导电金属，内径与绝缘介质层的外径相同，厚度为0.5-1.3mm，与高压电源的地端相连；绝缘介质层与不锈钢中心电极之间为放电区，放电区长度为240-280mm，绝缘介质层与不锈钢中心电极之间间隙为2-4mm；

上述步骤（1）或（2）所述的工作气体为空气或氧气，工作气体流量为0.1-0.14m³/h；

上述步骤（2）所述的高压电源电压为16-30kV、频率为30-60kHz；