一种实现尿液高效水解的改性废膜丝填料微生物反应装置

1.本发明属于生物法处理污废水技术领域，一种实现尿液高效水解的改性废膜丝填料微生物反应装置。


背景技术：

2.在目前我国污水处理系统中，尿液通常被当做生活污水中的一部分直接进入排污管道，大量研究发现尿液在生活污水中占比不足1％，却富含丰富的氮、磷等资源，在实现尿液资源化的过程中尿液的水解是一道不可缺少的工序，能够将尿素中的氮元素大量转化为氨氮，同时改变ph环境，对于用作农业养料、回收氮磷资源等均有重要意义。
3.此外膜过滤技术被广泛应用于水处理领域的同时，也带来了大量废弃膜丝处理困难的问题，将废膜丝资源化再利用是一种极为有效且符合绿色理念的方式。本发明通过将废膜丝改性、分层填充等形式搭建填料反应器，开发用于尿液水解的微生物反应器，实现资源再利用过程，降低污水处理成本，为未来工业化发展提供坚实基础。
4.本发明通过微生物作用，以改性废膜丝为载体结合生物膜法，利用中空纤维膜为具有消耗功能的生物膜提供生长表面，同时提供一个无氧无硝化环境，具有较高氨氮转化效率，无需外部碳源，有效消耗尿液中尿素，能源效率提高。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于弥补现有技术的缺陷，提供一种实现尿液高效水解的改性废膜丝填料微生物反应装置。
6.本发明为弥补现有技术的缺陷提出的技术方案之一是：
7.提供一种实现尿液高效水解的改性废膜丝填料微生物反应装置，包括进水系统及填料生物反应器；
8.进水系统包括尿液收集罐和蠕动泵，分别用于储存与生活污水源分离的尿液和输送尿液进入填料生物反应器；
9.填料反应器使用改性废膜丝填充第一、二层结构，为微生物提供生长附着表面，自上而下流动的尿液作为微生物所需营养物质被消耗实现高效水解。
10.实施例1中：所述微生物载体为废弃pvdf中空纤维膜，内径1.1mm，外径2mm，长度20mm，有效膜面积为125.7mm2。
11.实施例1中：所述膜生物反应器中有膜丝，总有效水深20cm，内径6cm。
12.有益效果：
13.我国每年大约用于废水处理所产生的废膜丝多达109万吨，约占总废塑料的4.55％，目前对于废膜丝的处理技术成本高且效果差，本发明将废膜丝作为微生物反应器填料作为一种手段减小了废膜丝处理负担，实现废弃物再利用，但由于废膜丝具有微生物负载效果不佳的缺陷，因此通过左旋多巴溶液改性措施以提高废膜丝表面粗糙程度。将改性后的废膜丝材料修剪至长度约为2cm，以较合适的填充反应器。同时，通过生物法进行尿
液的预处理，将尿液中尿素氮转化为氨氮创造碱性环境，为尿液中氮磷资源的回收提供条件，成本低廉，简单高效，具体：
14.1.本发明的微生物负载材料采用了废弃pvdf材质中空纤维膜，一方面将废弃的pvdf资源化再利用，另一方面通过改性提升其作为载体供微生物生长附着的性能。
15.2.该发明不需要外加碳源，微生物直接利用尿液中的营养物质，将尿素中氮元素转化为氨氮，同时改变ph环境，对于用作农业养料、回收氮磷资源等均有重要意义，也有着低成本高效率的特点。
附图说明
16.图1为本发明的一种实现尿液高效水解的改性废膜丝填料微生物反应装置；附图标记：1：尿液收集罐；2：蠕动泵；3：改性废膜丝(pvdf中空纤维膜)；4：进水口；5：出水口。
17.图2是本发明装置实物图。
具体实施方式
18.下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明，并不对本发明作任何的限制。
19.实施例1
20.一种实现尿液高效水解的改性废膜丝填料微生物反应装置，包括以下步骤：
21.1.首先配制10mm、ph值为8.5的三(羟甲基)氨基甲烷-盐酸(tris-hcl)缓冲溶液；将左旋多巴溶解在此缓冲溶液中，分别配制浓度为2g/l的左旋多巴溶液；将废弃pvdf中空纤维膜浸没在左旋多巴溶液中，黑暗环境中振荡24h，再使用去离子水清洗后晾干，完成废膜丝的改性，将其修剪为长度为2cm的小段填料，填充至生物反应器第一、二、三层。
22.2.配制活性污泥泥水混合物(通过来自a2/o工艺中二沉池的活性污泥和模拟尿液以每升含26g活性污泥的浓度配制)，加入尿液收集罐；
23.2.打开蠕动泵，调节循环泵转速到40rpm，流速为0.02m/s，将活性污泥泥水混合物输送至生物反应器中；
24.3.为提高微生物在膜表面附着生长的效率以及保证接种效果，连接出水口与尿液收集罐，将出水混入活性污泥泥水混合物形成循环闭路，2-3天后，完成微生物接种，排出泥水混合物；
25.4.引入新鲜模拟尿液，继续培养驯化微生物，定期取样监测生物反应器出水中尿素及氨氮含量，评估膜表面负载微生物特性变化；
26.5.使用所收集的源分离尿液作为进水，在蠕动泵分别为0.1rpm、0.2rpm、0.5rpm、1rpm转速条件下，以连续式反应器形式运行，测量尿液出水的尿素及氨氮含量，水解效率均为95％以上。
27.以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。


技术特征：
1.一种实现尿液高效水解的改性废膜丝填料微生物反应装置，其特征在于：1)包括进水系统及填料生物反应器；2)进水系统包括尿液收集罐和蠕动泵；3)填料生物反应器为封闭型反应器，由亚克力材料制成，共有五层结构(每层有效水深为4cm，内径6cm)，同时包括进水口(位于第一层)、出水口(位于第四层)；4)每层结构之间为带有长孔状漏洞的隔板；5)填料生物反应器第一、二、三层填充改性废膜丝，充当微生物载体；6)所述废膜丝为废弃pvdf中空纤维膜，来自于超滤等设备中废弃的中空纤维膜，内径1.1mm，外径2mm，长度20mm，有效膜面积为125.7mm2，并通过左旋多巴溶液进行改性增大其表面粗糙程度。2.根据权利要求1所述的一种实现尿液高效水解的改性废膜丝填料微生物反应装置，其特征在于：在一定范围内改变水力停留时间，厌氧微生物均能通过生物反应将尿液中大部分尿素转化为氨氮。3.根据权利要求1所述的一种实现尿液高效水解的改性废膜丝填料微生物反应装置，其特征在于：尿液在蠕动泵的输送下自上而下流动，自第一层进水口进入反应器，自第四层出水口流出反应器，第五层收集水解过程中产生的沉积物，防止堵塞。4.根据权利要求1所述的一种实现尿液高效水解的改性废膜丝填料微生物反应装置，其特征在于：微生物负载材料采用了改性后的废弃pvdf材质中空纤维膜，一方面将废弃的pvdf资源化再利用，另一方面改性使得该填料有着良好的微生物负载效果。

技术总结
本发明属于生物法处理污废水领域，涉及一种实现尿液高效水解的改性废膜丝填料生物反应装置，包括进水系统和生物反应器；进水系统包括尿液收集罐及蠕动泵；生物反应器作为主体以改性废膜丝为填料实现微生物负载，将尿液中尿素氮转化为氨氮有利于实现尿液水解；采用该装置对尿液进行水解处理，能够创造碱性环境为尿液中氮磷资源的回收提供条件，实现了对于尿液的预处理。此外，改性废膜丝是通过改性废弃的PVDF中空纤维膜制成的填料，成本低廉，又实现了废物再利用，因此两者结合来进行尿液的预处理，简单高效，对于资源回收利用有着重要作用，适合工业化推广。适合工业化推广。适合工业化推广。


技术研发人员：张靖昌 刘瑞鑫 吴宜骏 罗芮桓 孙佩哲
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/8/2