本發(fā)明涉及一種緩解正滲透膜生物反應器膜污染的裝置及使用方法，屬于工業(yè)廢水處理。

背景技術：

1、正滲透膜生物反應器(osmosis?membrane?bioreactor，ombr)是集正滲透膜(forward?osmosis,fo)截留作用和生物降解作用于一體的污水處理系統(tǒng)，通過fo膜從廢水中獲得優(yōu)質出水，能有效截留污水中微量污染物(如病原微生物、抗生素等)，以達到污水資源化的目的，具有污水回用率高、能耗低等優(yōu)點。然而，因無機鹽和污染物在原料液側的累積所造成的膜污染依然是影響該技術經濟性和運行穩(wěn)定性的關鍵因素。由于fo膜的高截留率和汲取液向進料液中的反向溶質擴散(reverse?solute?diffusion，rsd)，使得溶解的組分在生物反應器中積累，從而導致fo膜上的驅動力和生物反應器內的生物活性降低，從而降低了系統(tǒng)在水回收方面的效率。通過外加電壓產生電化學作用能夠有效緩解ombr中膜污染問題果，具有簡便、效果穩(wěn)定等優(yōu)勢。然而其所產生的單一電場效果有限，且存在著能耗高、形成二次污染、破壞正滲透(fo)膜等問題。

技術實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明的第一目的是提供一種緩解正滲透膜生物反應器膜污染的裝置，本發(fā)明的第二目的是提供一種利用該緩解正滲透膜生物反應器膜污染的裝置處理廢水的方法。

2、技術方案：本發(fā)明所述的一種緩解正滲透膜生物反應器膜污染的裝置，包括正滲透膜生物反應器單元和電極單元，其特征在于，正滲透膜生物反應器單元包括由正滲透膜隔開的進料液格室和汲取液格室，進料液格室內裝有活性污泥；汲取液格室為循環(huán)打入的正滲透汲取液，電極單元包括陽極和納米陰極，其中，陽極放置于進料液格室中，納米陰極放置于正滲透膜表面偏進料液格室一側，對電極單元施加大于0小于等于2v的電壓，可在正滲透膜表面處形成局域強電場，從而產生“避雷針效應”。

3、進一步地，進料液格室一側下部設有進水口，對應出進水口的進料液格室的另一側上部設有溢水口，汲取液格室下部設有汲取液進水口，對應汲取液進水口的汲取液格室的另一側上部設有汲取液出水口，進水口和溢水口分別與裝置外的廢水池連通，汲取液進水口和汲取液出水口分別與裝置外的正滲透汲取液池連通。

4、進一步地，陽極和納米陰極通過導電金屬絲及電阻絲與直流電源相連。

5、更進一步地，導電金屬絲為導電性能良好的鈦絲或金屬絲；電阻絲的電阻為1～1000ω；直流電源為可調節(jié)直流電源，負載電壓范圍為0.6～4v。

6、進一步地，陽極包括活性炭顆粒涂抹至導電碳布制成，納米陰極為氧化銅納米電極。

7、進一步地，納米陰極包括銅網為基底，通過氧化處理使得其表面生長出氧化銅納米線而成。

8、進一步地，正滲透膜生物反應器單元為箱式或柱狀結構。

9、進一步地，正滲透膜為三醋酸纖維膜(cta)、薄層復合聚酰胺膜(tfc)或其改性膜。

10、進一步地，陽極與納米陰極之間的距離為1～2cm。

11、進一步地，納米陰極即氧化銅納米電極的制備方法包括以下步驟：

12、(a1)清洗：將銅網用酸沖洗，并用去離子水洗凈；

13、(a2)反應：將步驟(a1)清洗干凈的銅網煅燒，冷卻氧化，在銅網表面垂直生長氧化銅納米線；

14、(a3)涂層：將步驟(a2)長有氧化銅納米線的銅網轉移至多巴胺溶解的鹽酸甲基酸緩沖液中，水浴加熱反應，使得多巴胺涂覆在氧化銅納米線表面形成保護層。

15、更進一步地，步驟(a1)中，酸為鹽酸，酸的濃度為0.1mol/l以下。

16、更進一步地，步驟(a2)中，煅燒的溫度為400～500℃，煅燒的時間2h以上，冷卻氧化的溫度是室溫，冷卻氧化的時間為12h以上。

17、更進一步地，步驟(a3)中，多巴胺溶解的鹽酸甲基酸緩沖液濃度為2g/l，水浴加熱反應的溫度為40℃左右，水浴加熱反應的時間為4h以上，多巴胺涂氟在氧化銅納米電極表面形成保護層的厚度為12-30nm。

18、一種本發(fā)明所述所述緩解正滲透膜生物反應器膜污染的裝置的使用方法，包括以下步驟：

19、(b1)廢水進入正滲透膜生物反應器單元的進料液格室中，對電極單元施加低電壓，廢水被正滲透膜截留，并與進料液格室內活性污泥中的微生物接觸反應；

20、(b2)進料液格室的廢水拉伸、滲透過正滲透膜擴散至汲取液格室中，與打入汲取液格室中的正滲透汲取液混合，從進料液格室中溢流出的廢水回流至裝置外的廢水池，汲取液格室中處理后的廢水返回裝置外的正滲透汲取液池。

21、進一步地，步驟(b1)中，有機污染物被微生物消耗分解，而痕量污染物則被正滲透膜截留至進料液格室后被微生物代謝分解。

22、進一步地，步驟(b1)中，低電壓為大于0小于等于2v的電壓，納米陰極的低表面曲率使得納米陰極的電荷密度增大形成局域強電場，從而產生“避雷針效應”，使得納米陰極表面的電場強度增強幾個數(shù)量級(大于100kv/cm)，利用局域強電場的靜電排斥作用使得帶負電荷的污染物向遠離正滲透膜表面方向移動，緩解膜污染的形成。

23、進一步地，步驟(b2)中，由于進料液格室與汲取液格室間的滲透壓差，使得進料液格室的水拉伸、滲透過正滲透膜擴散至汲取液格室中。

24、進一步地，步驟(b2)中，為避免由此帶來的滲透壓驅動力下降，因此需要循環(huán)將汲取液打入汲取液格室中，保持穩(wěn)定的滲透壓差進而保證較高的水通量。

25、進一步地，步驟(b2)中，正滲透汲取液為鹽溶液，可以為cacl2、nacl、nh4cl中的一種或多種。

26、進一步地，步驟(b2)中，正滲透膜兩側存在鹽度梯度，由于正滲透膜兩側的鹽度梯度，汲取液格室中部分汲取液鹽分會由于溶質反向擴散作用滲至進料液格室中，導致汲取液濃度下降和鹽累積，繼而導致水通量下降，從而又導致水不能及時被拉伸至汲取液格室中，因此從出進料液格室中溢流出的廢水回流至廢水池。

27、本發(fā)明通過對電極單元施加低電壓(大于0小于等于2v)，由于廢水連續(xù)性或間接性進到正滲透膜生物反應器單元的進料液格室中，廢水中的無機、有機及生物污染物會黏附在正滲透膜表面形成的膜污染層會導致水通量下降影響系統(tǒng)性能，因此將表面生長有氧化銅納米線的納米陰極放置于正滲透膜表面偏進料液格室一側，通過直流電源對電極單元施加低電壓(大于0小于等于2v)，一方面能夠通過水力作用減少污染物在納米陰極及正滲透膜表面的附著，另一方面能夠通過局域強電場的“避雷針效應”殺菌作用去除納米陰極及正滲透膜表面形成的生物膜，減緩生物復合污染的形成，避免水通量下降及系統(tǒng)性能降低；同時進料液格室中的微生物和有機物處于微電場環(huán)境，可促進微生物細胞的代謝，增強微生物活性，促進污染物的降解；同時微電場環(huán)境會影響微生物群落結構，進一步影響微生物對物質的利用與代謝行為，從而影響膜污染的形成；此外感應電流會在陽極附近發(fā)生氧化反應，能協(xié)同微生物氧化降解有機污染物以及能將難生物降解大分子污染物氧化打斷成小分子中間產物供微生物利用。

28、本技術需要解決的技術問題是現(xiàn)有技術中正滲透膜生物反應器膜污染導致系統(tǒng)性能下降等技術問題，提供一種緩解正滲透膜生物反應器膜污染的裝置及使用方法，這種方法利用局域強電場(leeft)的“避雷針”效應，通過將納米陰極以進水隔網的形式放置在膜表面，一方面利用水力作用增強錯流速度減緩膜污染進程，另一方面在膜表面處形成強電場，通過電物理作用影響污染物的遷移，減少污染物在膜表面的附著；還能在主體溶液中以微電場為主影響微生物群落組成與代謝行為，緩解ombr膜污染的形成；由于所添加的電壓較低(大于0小于等于2v)，裝置所產生的局域強電場理論上以電物理作用為主，降低電化學作用，減少副產物的產生，降低二次污染和破壞fo膜結構的風險，節(jié)約處理成本，體現(xiàn)出極高的環(huán)境意義和良好的經濟效益。

29、有益效果：與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點：

30、本發(fā)明裝置利用局域強電場(leeft)的“避雷針”效應，通過將納米陰極以進水隔網的形式放置在膜表面，一方面利用水力作用增強錯流速度減緩膜污染進程，另一方面在膜表面處形成強電場，通過電物理作用影響污染物的遷移，緩解膜污染層的形成；還能在主體溶液中以微電場為主影響微生物群落組成與代謝行為，激活微生物活性進一步提高反應器生物降解能力，進一步改善膜污染情況；由于所添加的電壓較低(2v以內)，leeft裝置所產生的局域強電場理論上以電物理作用為主，降低電化學作用，減少副產物的產生，降低二次污染和破壞fo膜結構的風險，節(jié)約處理成本，體現(xiàn)出極高的環(huán)境意義和良好的經濟效益。