CN115818826A - 磁-微纳米气泡耦合提升mbr运行效能的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁‑微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法和装置，该装置的膜生物反应器中固定有膜组件，膜组件输出端连接出水管道，出水管道上设有出水抽吸泵；进水槽通过进水管道与膜生物反应器连通，且进水管道上设有进水泵；布气装置固定于膜组件下方，微纳米气泡发生装置的输入端分别连接有供氧单元和供水单元，输出端与布气装置连接；磁性材料补给单元与膜生物反应器连接；控制单元分别与进水泵、出水抽吸泵电性连接。本发明利用磁性材料的吸附、混凝及磁生物效应，结合微纳米气泡的比表面积大、水中停留时间长、传质效率高、界面电位高、破裂瞬间可释放自由基、特殊的纳米效应和生物学效应等特性，有效提升膜生物反应器的运行效能。

Description

磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法和装置

技术领域

本发明属于水处理领域，特别是涉及一种磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法和装置。

背景技术

膜生物反应器(MBR)由于其产水水质好、处理效率高等诸多优点，已在废水处理和回用领域得到了广泛的应用，但是，由膜污染导致的膜通量降低、运行成本增加等问题，严重限制了MBR的推广应用，至今仍是MBR研究与应用中极具挑战性的难题。

膜污染的影响因素比较复杂，主要包括三个方面：膜材料与组件结构、操作条件和污泥混合液性质，因此，膜污染的控制也主要从这三方面展开，针对这几方面的膜污染调控的研究，国内外学者已经做了很多相关的研究。但是，改进膜材料或组件结构的周期较长，而且对水质差异、水力条件改变等适应性较差；优化操作条件等存在见效慢、不易控制等缺点；近年来，通过直接投加吸附剂和药剂改善混合液特性，由于具有见效快、方便、有效的优点逐渐成为人们研究的热点。投加药剂主要是投加混凝剂，混凝剂可以增大污泥絮体粒径，降低活性污泥中溶解性微生物产物(SMP)、胞外聚合物(EPS)的含量，减缓膜污染；但是，混凝剂的投加也可能会降低微生物的活性，从而影响污染物的去除效果，同时也会产生大量难处理的化学污泥。投加吸附剂(如活性炭和竹炭等)，既可用作微生物载体形成密实、抗剪切的絮体，又可以吸附膜污染物质，降低膜污染，但这种方法不仅存在吸附容易饱和的问题，而且其分离困难不利于再生。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法和装置，用于解决现有技术中膜生物反应器处理污水过程中膜污染导致膜通量降低、运行成本增加、膜生物反应器运行效能低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置，所述装置包括：

膜生物反应器，所述膜生物反应器中固定设置有膜组件，所述膜组件的输出端连接有出水管道，所述出水管道上设置有出水抽吸泵；

进水槽，所述进水槽内盛放有待处理废水，所述进水槽通过进水管道与所述膜生物反应器连通，且所述进水管道上设置有进水泵；

微纳米曝气单元，所述微纳米曝气单元包括布气装置和微纳米气泡发生装置，所述布气装置固定于所述膜组件的下方，所述微纳米气泡发生装置的输入端分别连接有供氧单元和供水单元，输出端通过布气管道与所述布气装置连接，所述微纳米气泡发生装置产生的微纳米气泡通过所述布气装置进行曝气充氧以及对所述膜组件的膜面冲刷；

磁性材料补给单元，所述磁性材料补给单元与所述膜生物反应器连接，用于将磁性材料投加或补加到所述膜生物反应器中；

控制单元，所述控制单元分别与所述进水泵、所述出水抽吸泵电性连接。

优选地，所述膜组件的膜为聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚醚砜材质的膜，且所述膜组件的膜孔径为0.01～0.5μm。

优选地，所述出水管道上设置有压力表，所述压力表用于监测所述膜组件的压力变化。

优选地，所述微纳米气泡发生装置包括射流式、加压溶气式、机械剪切式微纳米气泡发生装置中的一种或组合。

优选地，所述布气装置为盘式曝气器、管式曝气器或射流式曝气器。

本发明还提供一种磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法，所述方法包括以下步骤：

S1、提供权利要求上述的磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置，并于膜生物反应器中加入活性污泥；

S2、向膜生物反应器中投加一定量的磁性材料；

S3、开启布气装置和微纳米气泡发生装置，并计量曝气量；

S4、在膜生物反应器中安装膜组件，按照膜组件的运行通量调整进水泵和出水抽吸泵的运行参数，开始驯化污泥；

S5、调整膜生物反应器中的温度和pH值，使其维持在预设范围；

S6、连续运行磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置，将所述活性污泥驯化为磁性污泥。

优选地，步骤S1中所述活性污泥的浓度为3～20g/L。

优选地，步骤S5中所述温度为20～30℃；所述pH值为6.0～9.0。

优选地，步骤S2中所述磁性材料包括微米级或纳米级磁粉、微米级或纳米级磁性复合吸附剂、磁性分子印迹材料、微米级或纳米级磁性复合混凝剂中的一种或组合。

优选地，所述磁粉为Fe₃O₄或γ-Fe₂O₃；所述磁性复合吸附剂为Fe₃O₄的复合吸附剂；所述磁性分子印迹材料为以Fe₃O₄为载体的蛋白质型或多糖型磁性分子印迹材料，且所述磁性分子印迹材料为单模板、双模版或多模板的磁性分子印迹材料；所述磁性复合混凝剂为Fe₃O₄的复合混凝剂。

优选地，所述微米级或纳米级磁粉的浓度为0.1～50g/L；所述微米级或纳米级磁性复合吸附剂的浓度为0.01～50g/L；所述磁性分子印迹材料的浓度为0.02～20g/L；所述微米级或纳米级磁性复合混凝剂的浓度为0.1～1.0g/L。

如上所述，本发明的磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法和装置，具有以下有益效果：

本发明提供一种操作简单、有效的磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法和装置，由于磁性材料具有吸附效应、混凝效应、磁生物效应，且生物兼容性好，可以投加到MBR反应器用于改善污泥混合液特性，如增加污泥颗粒粒径、降低膜污染物质浓度、改良微生物群落结构、提高微生物活性等，在确保MBR运行的稳定性及污染物去除效果的同时，有效延缓膜污染，降低运行成本与能耗，进而提升MBR运行效能；同时，所采用的磁性材料无毒无害，对环境和人体无潜在的危害，且所用的磁性材料具有强顺磁性，均可通过磁分离从污泥中分离、活化再利用，运行成本低，操作简单。

本发明采用射流式、加压溶气式、机械剪切式以及组合式的微纳米气泡发生装置进行曝气形成尺寸小于100μm的微纳米气泡，与普通气泡相比，微纳米气泡具有比表面积大、水中停留时间长、传质效率高、界面电位高、破裂瞬间可释放自由基等特点，并且纳米气泡有特殊的纳米效应，比常规曝气具有更高的氧利用效率，降低运行成本，且可以提高膜生物反应器内磁性材料的传质效率，强化磁性材料的效果，解决传统曝气方式时磁性材料的沉积问题；另外，依靠微纳米气泡特殊的生物效应，改善微生物群落结构，提高微生物活性，可提升膜生物反应器的运行效能。

附图说明

图1显示为本发明磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置的结构示意图。

图2显示为本发明磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的工艺流程图。

元件标号说明

1 膜生物反应器

11 液位计

2 膜组件

21 出水管道

22 出水抽吸泵

23 压力表

3 进水槽

31 进水管道

32 进水泵

4 布气装置

5 微纳米气泡发生装置

51 进气管道

52 供氧单元

53 气体流量计

54 供水单元

55 供水管道

56 液体流量计

6 磁性材料补给单元

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

参阅图1所示，本发明提供一种磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置，该装置包括膜生物反应器1、进水槽3、微纳米曝气单元、磁性材料补给单元6和控制单元，其中，膜生物反应器1中固定设置有膜组件2，膜组件2的输出端连接有出水管道21，出水管道21上设置有出水抽吸泵22，经过膜组件2过滤后的水经出水抽吸泵22泵出；进水槽3内盛放有待处理废水，进水槽3通过进水管道31与膜生物反应器1连通，且进水管道31上设置有进水泵32，通过进水泵32将进水槽3中待处理废水抽至膜生物反应器1中；微纳米曝气单元包括布气装置4和微纳米气泡发生装置5，布气装置4固定于膜组件2的下方，微纳米气泡发生装置5的输入端分别连接有供氧单元52和供水单元54，输出端通过布气管道与布气装置4连接，微纳米气泡发生装置5产生的微纳米气泡通过布气装置4进行曝气充氧以及对膜组件2的膜面冲刷；磁性材料补给单元6与膜生物反应器1连接，用于将磁性材料投加或补加到膜生物反应器1中；控制单元分别与进水泵32、出水抽吸泵22电性连接。

具体的，磁性材料包括微米级或纳米级磁粉、微米级或纳米级磁性复合吸附剂、磁性分子印迹材料、微米级或纳米级磁性复合混凝剂中的一种或组合；由于磁性材料具有吸附效应、混凝效应、磁生物效应，且生物兼容性好，可以投加到MBR反应器用于改善污泥混合液特性；不仅如此，磁性材料因为其具有强顺磁性，在外加磁场的情况下利于分离重复利用；因此，磁性材料可以作为一种提升MBR效能的理想材料。

具体的，磁粉为Fe₃O₄或γ-Fe₂O₃；磁性复合吸附剂为Fe₃O₄的复合吸附剂；磁性分子印迹材料为以Fe₃O₄为载体的蛋白质型或多糖型磁性分子印迹材料，且所述磁性分子印迹材料为单模板、双模版或多模板的磁性分子印迹材料；磁性复合混凝剂为Fe₃O₄的复合混凝剂。

作为示例，膜组件2的膜为聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚醚砜材质的膜，且膜组件2的膜孔径为0.01～0.5μm。

具体的，膜组件2用于对待处理废水净化处理过程中的污泥混合液进行固液分离，膜组件2可根据所要处理废水的性质和实际情况选择不同的膜材料，优选为聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚醚砜材质的膜，具体不做过分限制；膜组件2的膜孔径包括0.01μm、0.05μm、0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm等任何范围内的数值，具体可根据实际进行调节；优选地，膜组件2的膜孔径为0.05～0.25μm(比如0.05μm、0.1μm、0.15μm、0.2μm、0.25μm等)。

作为示例，膜生物反应器1中还设置有液位计11，液位计11用于控制膜生物反应器1中反应液面的高度。

具体的，液位计11也与控制单元连接，液位计11用于监测膜生物反应器1中反应液面的高度，液位计11将监测到的数据反馈到控制单元，控制单元通过控制进水泵32和出水抽吸泵22来调控膜生物反应器1中的液面，以保持膜生物反应器1中恒定的反应体积。

作为示例，出水管道21上设置有压力表23，压力表23用于监测膜组件2的压力变化。

作为示例，微纳米气泡发生装置5包括射流式、加压溶气式、机械剪切式微纳米气泡发生装置5中的一种或组合。

具体的，射流式微纳米气泡发生装置5是在泵叶轮高速旋转下，液体以高的速度从喷嘴喷出，高速流动的液体通过混气室时，会在混气室形成真空，由导气管吸入大量空气，空气进入混气室后，在喉管处与液体剧烈混合，形成气液混合体，由扩散管排出，空气在水体中以细微气泡上升；加压溶气式微纳米气泡发生装置5是通过在特殊的溶气罐中，改变气体压力，使气体在液体中溶解度发生变化，再通过突然的压力恢复使溶解的气体以微纳米气泡形式析出；机械剪切式微纳米气泡发生装置5是使用高速旋转的叶轮，由叶轮旋转产生的剪切作用将液体中较大的气泡分割成微纳米气泡；关于上述几种微纳米气泡发生装置5的具体结构，在此不做过分限制，但借助射流式、加压溶气式、机械剪切式微纳米气泡发生装置5进行曝气，可以提高反应器内磁性材料的传质效率，强化磁性材料的效果，可以提高氧气的利用效率，降低运行成本；还可以借助气液固多相流的高强度扰动有效脱除膜面的污染物，显著降低膜污染速率。

作为示例，微纳米气泡发生装置5产生的微纳米气泡的尺寸为50nm～100μm。

具体的，微纳米气泡发生装置5产生的微纳米气泡的尺寸可包括50nm、100nm、500nm、1μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、100μm等任何范围内的数值，具体可根据实际进行调节；微纳米气泡与普通气泡相比，微纳米气泡具有比表面积大、水中停留时间长、传质效率高、界面电位高、破裂瞬间可释放自由基等特点，并且纳米气泡有特殊的纳米效应和生物学效应，能够在确保MBR运行的稳定性及污染物去除效果的同时，有效延缓膜污染，降低运行成本与能耗。

作为示例，布气装置4为盘式曝气器、管式曝气器或射流式曝气器。

具体的，盘式曝气器是通过曝气盘表面的微孔，产生大量微小气泡，提高氧转移效率；管式曝气器是空气从曝气管的通气孔进入曝气管，曝气管的管壁上密布着许多细小的孔隙，管内空气在压力差的作用下，从管壁的孔隙中扩散出来，在污水中形成许许多多微小的气泡，并造成水的紊流，从而达到了将空气中的氧溶入水中的目的；射流式曝气器是采用文丘里射流原理的一种曝气设备；关于布气装置4的具体结构，在此不做过分限制，但需保证的是布气装置4均包括均匀设置的多个曝气孔。

作为示例，供氧单元52与微纳米气泡发生装置5的输入端通过进气管道51连接，且进气管道51上设置气体流量计53；供水单元54与微纳米气泡发生装置5的输入端通过供水管道55连接，且供水管道55上设置有液体流量计。

为了更好的理解本发明中磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置，参阅图2，本发明还提供一种磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法，包括以下步骤：

S1、提供上述的磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置(选择任一种形式的微纳米气泡发生装置5和布气装置4)，并于膜生物反应器1中加入活性污泥；

S2、向膜生物反应器1中投加一定量的磁性材料；

S3、开启布气装置4和微纳米气泡发生装置5，并计量曝气量；

S4、在膜生物反应器1中安装膜组件2，按照膜组件2的运行通量调整进水泵32和出水抽吸泵22的运行参数，开始驯化污泥；

S5、调整膜生物反应器1中的温度和pH值，使其维持在预设范围；

S6、连续运行磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置，将所述活性污泥驯化为磁性污泥。

作为示例，步骤S1中活性污泥的浓度为3～20g/L。

具体的，活性污泥的浓度可包括3g/L、5g/L、10g/L、15g/L、17g/L、20g/L等任何范围内的数值，具体可根据实际进行调节；优选地，活性污泥的浓度为8～10g/L(比如8g/L、9g/L、10g/L等)。

作为示例，步骤S2中磁性材料包括微米级或纳米级磁粉、微米级或纳米级磁性复合吸附剂、磁性分子印迹材料、微米级或纳米级磁性复合混凝剂中的一种或组合。

作为示例，磁粉为Fe₃O₄或γ-Fe₂O₃；磁性复合吸附剂为Fe₃O₄的复合吸附剂；磁性分子印迹材料为以Fe₃O₄为载体的蛋白质型或多糖型磁性分子印迹材料，且磁性分子印迹材料为单模板、双模版或多模板的磁性分子印迹材料；磁性复合混凝剂为Fe₃O₄的复合混凝剂。

具体的，所用的磁性材料无毒无害，对环境和人体无潜在的危害，由于其具有吸附效应、混凝效应、磁生物效应，且生物兼容性好，可以投加到MBR反应器用于改善污泥混合液特性，且均可通过磁分离从污泥中分离、活化再利用，运行成本低，操作简单。

作为示例，微米级或纳米级磁粉的浓度为0.1～50g/L(比如0.1g/L、1g/L、5g/L、15g/L、25g/L、35g/L、45g/L、50g/L等)；微米级或纳米级磁性复合吸附剂的浓度为0.01～50g/L(比如0.01g/L、0.1g/L、1g/L、10g/L、20g/L、30g/L、40g/L、50g/L等)；磁性分子印迹材料的浓度为0.02～20g/L(比如0.02g/L、0.1g/L、1g/L、5g/L、10g/L、15g/L、20g/L等)；微米级或纳米级磁性复合混凝剂的浓度为0.1～1.0g/L(比如0.1g/L、0.3g/L、0.5g/L、0.7g/L、0.9g/L、1.0g/L等)。

优选地，微米级或纳米级磁粉的浓度为0.1～5.0g/L(比如0.1g/L、1g/L、2g/L、3g/L、4g/L、5g/L等)；微米级或纳米级磁性复合吸附剂的浓度为0.05～5.0g/L(比如0.05g/L、0.01g/L、0.1g/L、1g/L、2g/L、3g/L、4g/L、5g/L等)；磁性分子印迹材料的浓度为0.1～5.0g/L(比如0.1g/L、1g/L、2g/L、3g/L、4g/L、5g/L等)；微米级或纳米级磁性复合混凝剂的浓度为0.02～0.2g/L(比如0.02g/L、0.05g/L、0.08g/L、0.1g/L、0.15g/L、0.18g/L、0.2g/L等)。

作为示例，步骤S5中温度为20～30℃；pH值为6.0～9.0。

具体的，膜生物反应器1中的温度可包括20℃、22℃、24℃、26℃、28℃、30℃等任何范围内的数值，具体可根据实际进行调节，优选地，温度为22～28℃；pH值可包括6.0、7.0、8.0、9.0等任何范围内的数值，具体可根据实际进行调节，在步骤S5的驯化过程中，适时监控pH变化，使pH维持在适宜微生物生长范围内，优选地，pH值维持在7.5～8.5。

为了更好的理解本发明中磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法和装置，下面参考具体实施例对本发明中的磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法和装置进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

本实施例提供一种磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置，该装置包括膜生物反应器1、进水槽3、微纳米曝气单元、磁性材料补给单元6和控制单元，其中，膜生物反应器1中固定设置有膜组件2，膜组件2的输出端连接有出水管道21，出水管道21上设置有出水抽吸泵22，经过膜组件2过滤后的水经出水抽吸泵22泵出；进水槽3内盛放有待处理废水，进水槽3通过进水管道31与膜生物反应器1连通，且进水管道31上设置有进水泵32，通过进水泵32将进水槽3中待处理废水抽至膜生物反应器1中；微纳米曝气单元包括布气装置4和微纳米气泡发生装置5，布气装置4固定于膜组件2的下方，微纳米气泡发生装置5的输入端分别与供氧单元52和供水单元54连接，输出端通过布气管道与布气装置4连接，微纳米气泡发生装置5产生的微纳米气泡通过布气装置4进行曝气充氧以及对膜组件2的膜面冲刷；磁性材料补给单元6与膜生物反应器1连接，用于将磁性材料投加或补加到膜生物反应器1中；控制单元分别与进水泵32、出水抽吸泵22电性连接；另外，膜组件2的膜为聚氯乙烯膜，膜组件2的膜孔径为0.1μm，膜生物反应器1中设置有液位计11，出水管道21上设置有压力表23，供氧单元52通过进气管道51与微纳米气泡发生装置5的输入端连接，且进气管道51上设置有气体流量计53，供水单元54通过供水管道55与微纳米气泡发生装置5的输入端连接，且供水管道55上设置有液体流量计56，微纳米气泡发生装置5为加压溶气式微纳米气泡发生装置，产生的微纳米气泡的尺寸为100nm～50μm，布气装置4为管式曝气器。

本实施例还提供一种磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法，包括以下步骤：

S1、提供本实施例中磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置，并于膜生物反应器1中加入活性污泥；

S2、向膜生物反应器1中投加5～10μm的Fe₃O₄磁粉，添加浓度为2.0g/L；

S3、开启管式曝气器和加压溶气式微纳米气泡发生装置5，曝气强度为0.1m³/h；

S4、在膜生物反应器1中安装膜组件2，按照膜组件2的运行通量调整进水泵32和出水抽吸泵22的运行参数，开始驯化污泥；

S5、调整膜生物反应器1中的温度和pH值，使其维持在预设范围；

S6、未设置在线清洗***，采用转鼓分离磁回收***，连续运行30天，将活性污泥驯化为磁性污泥。

对本实施例中磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置连续运行30天后的，相比于未投加磁性材料的对照组跨膜压差35kPa，投加微米级Fe₃O₄磁粉的***跨膜压差仅12kPa，磁粉回收率为97％。

实施例2

本实施例提供一种磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置，该装置同实施例1中的装置相同，在此不再赘述。

本实施例还提供一种磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法，同实施例1中的方法的不同在于：步骤S2中向膜生物反应器1中投加20～40nm的Fe₃O₄磁粉，添加浓度为2.0g/L，其他步骤和方法同实施例1中的相同，在此不再赘述。

对本实施例中磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置连续运行30天后的，相比于未投加磁性材料的对照组跨膜压差35kPa，投加纳米级Fe₃O₄磁粉的***跨膜压差仅12kPa，磁粉回收率为94％。

实施例3

本实施例提供一种磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置，该装置同实施例1中的装置的不同在于：本实施例中微纳米气泡发生装置5为射流式微纳米气泡发生装置，产生的微纳米气泡的尺寸为500nm～50μm，其他同实施例1中的相同，在此不再赘述。

本实施例还提供一种磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法，同实施例1中的方法的不同在于：步骤S2中向膜生物反应器1中投加10～30nm的磁性复合吸附剂，添加浓度为0.5g/L；步骤S3中曝气强度为0.2m³/h；步骤S6中采用高梯度磁回收***，连续运行60天；其他步骤和方法同实施例1中的相同，在此不再赘述。

对本实施例中磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置连续运行60天后的，相比于未投加磁性材料的对照组跨膜压差53kPa，投加微米级磁性复合吸附剂的***跨膜压差仅25kPa，磁粉回收率为99.2％。

实施例4

本实施例提供一种磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置，该装置同实施例1中的装置的不同在于：本实施例中微纳米气泡发生装置5为机械剪切式微纳米气泡发生装置，产生的微纳米气泡的尺寸为100nm～10μm，其他同实施例1中的相同，在此不再赘述。

本实施例还提供一种磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法，同实施例1中的方法的不同在于：步骤S2中向膜生物反应器1中投加磁性蛋白质型分子印迹材料，添加浓度为0.5g/L；步骤S3中曝气强度为0.2m³/h；步骤S6中采用高梯度磁回收***，连续运行60天；其他步骤和方法同实施例1中的相同，在此不再赘述。

对本实施例中磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置连续运行60天后的，相比于未投加磁性材料的对照组跨膜压差53kPa，投加磁性蛋白质型分子印迹材料的***跨膜压差仅15kPa，磁粉回收率为99.6％。

实施例5

本实施例提供一种磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置，该装置同实施例1中的装置的不同在于：本实施例中微纳米气泡发生装置5为机械剪切式微纳米气泡发生装置，产生的微纳米气泡的尺寸为100nm～10μm，其他同实施例1中的相同，在此不再赘述。

本实施例还提供一种磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法，同实施例1中的方法的不同在于：步骤S2中向膜生物反应器1中投加磁性多糖型分子印迹材料，添加浓度为0.5g/L；步骤S3中曝气强度为0.2m³/h；步骤S6中采用高梯度磁回收***，连续运行60天；其他步骤和方法同实施例1中的相同，在此不再赘述。

对本实施例中磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置连续运行60天后的，相比于未投加磁性材料的对照组跨膜压差53kPa，投加磁性多糖型分子印迹材料的***跨膜压差仅13kPa，磁粉回收率为99.8％。

实施例6

本实施例提供一种磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置，该装置同实施例1中的装置的不同在于：本实施例中微纳米气泡发生装置5为机械剪切式微纳米气泡发生装置，产生的微纳米气泡的尺寸为100nm～10μm，其他同实施例1中的相同，在此不再赘述。

本实施例还提供一种磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法，同实施例1中的方法的不同在于：步骤S2中向膜生物反应器1中投加100～200nm的Fe₃O₄磁性复合混凝剂，添加浓度为0.15g/L；步骤S3中曝气强度为0.2m³/h；步骤S6中采用超导磁回收***，连续运行60天；其他步骤和方法同实施例1中的相同，在此不再赘述。

对本实施例中磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置连续运行60天后的，相比于未投加磁性材料的对照组跨膜压差53kPa，投加Fe₃O₄磁性复合混凝剂的***跨膜压差仅6kPa，磁粉回收率为99.6％。

综上所述，本发明提供一种操作简单、有效的磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法和装置，由于磁性材料具有吸附效应、混凝效应、磁生物效应，且生物兼容性好，可以投加到MBR反应器用于改善污泥混合液特性，如增加污泥颗粒粒径、降低膜污染物质浓度、改良微生物群落结构、提高微生物活性等，在确保MBR运行的稳定性及污染物去除效果的同时，有效延缓膜污染，降低运行成本与能耗，进而提升MBR运行效能；同时，所采用的磁性材料无毒无害，对环境和人体无潜在的危害，且所用的磁性材料具有强顺磁性，均可通过磁分离从污泥中分离、活化再利用，运行成本低，操作简单；本发明采用射流式、加压溶气式、机械剪切式以及组合式的微纳米气泡发生装置进行曝气形成尺寸小于100μm的微纳米气泡，与普通气泡相比，微纳米气泡具有比表面积大、水中停留时间长、传质效率高、界面电位高、破裂瞬间可释放自由基等特点，并且纳米气泡有特殊的纳米效应，比常规曝气具有更高的氧利用效率，降低运行成本，且可以提高膜生物反应器内磁性材料的传质效率，强化磁性材料的效果，解决传统曝气方式时磁性材料的沉积问题；另外，依靠微纳米气泡特殊的生物效应，改善微生物群落结构，提高微生物活性，可提升膜生物反应器的运行效能。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置，其特征在于，所述装置包括：

膜生物反应器，所述膜生物反应器中固定设置有膜组件，所述膜组件的输出端连接有出水管道，所述出水管道上设置有出水抽吸泵；

进水槽，所述进水槽内盛放有待处理废水，所述进水槽通过进水管道与所述膜生物反应器连通，且所述进水管道上设置有进水泵；微纳米曝气单元，所述微纳米曝气单元包括布气装置和微纳米气泡发生装置，所述布气装置固定于所述膜组件的下方，所述微纳米气泡发生装置的输入端分别连接有供氧单元和供水单元，输出端通过布气管道与所述布气装置连接，所述微纳米气泡发生装置产生的微纳米气泡通过所述布气装置进行曝气充氧以及对所述膜组件的膜面冲刷；

磁性材料补给单元，所述磁性材料补给单元与所述膜生物反应器连接，用于将磁性材料投加或补加到所述膜生物反应器中；

控制单元，所述控制单元分别与所述进水泵、所述出水抽吸泵电性连接。

2.根据权利要求1所述的磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置，其特征在于：所述膜组件的膜为聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚醚砜材质的膜，且所述膜组件的膜孔径为0.01～0.5μm。

3.根据权利要求1所述的磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置，其特征在于：所述出水管道上设置有压力表，所述压力表用于监测所述膜组件的压力变化。

4.根据权利要求1所述的磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置，其特征在于：所述微纳米气泡发生装置包括射流式、加压溶气式、机械剪切式微纳米气泡发生装置中的一种或组合。

5.根据权利要求1所述的磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置，其特征在于：所述布气装置为盘式曝气器、管式曝气器或射流式曝气器。

6.一种磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、提供权利要求1～5中任一所述的磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置，并于膜生物反应器中加入活性污泥；

S2、向膜生物反应器中投加一定量的磁性材料；

S3、开启布气装置和微纳米气泡发生装置，并计量曝气量；

S4、在膜生物反应器中安装膜组件，按照膜组件的运行通量调整进水泵和出水抽吸泵的运行参数，开始驯化污泥；

S5、调整膜生物反应器中的温度和pH值，使其维持在预设范围；

S6、连续运行磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的装置，将所述活性污泥驯化为磁性污泥。

7.根据权利要求6所述的磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法，其特征在于：包括以下条件中的一项或组合：

步骤S1中所述活性污泥的浓度为3～20g/L；

步骤S5中所述温度为20～30℃；所述pH值为6.0～9.0。

8.根据权利要求6所述的磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法，其特征在于：步骤S2中所述磁性材料包括微米级或纳米级磁粉、微米级或纳米级磁性复合吸附剂、磁性分子印迹材料、微米级或纳米级磁性复合混凝剂中的一种或组合。

9.根据权利要求8所述的磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法，其特征在于：所述磁粉为Fe₃O₄或γ-Fe₂O₃；所述磁性复合吸附剂为Fe₃O₄的复合吸附剂；所述磁性分子印迹材料为以Fe₃O₄为载体的蛋白质型或多糖型磁性分子印迹材料，且所述磁性分子印迹材料为单模板、双模版或多模板的磁性分子印迹材料；所述磁性复合混凝剂为Fe₃O₄的复合混凝剂。

10.根据权利要求8所述的磁-微纳米气泡耦合提升MBR运行效能的方法，其特征在于：所述微米级或纳米级磁粉的浓度为0.1～50g/L；所述微米级或纳米级磁性复合吸附剂的浓度为0.01～50g/L；所述磁性分子印迹材料的浓度为0.02～20g/L；所述微米级或纳米级磁性复合混凝剂的浓度为0.1～1.0g/L。

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