一种用于养殖海水的电极膜生物滤器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于养殖海水的电极膜生物滤器，包括反应器，反应器上设置有进水口，反应器内设置有若干生物滤片，反应器内还设置有阴极、参比电极和至少一组阳极组件，阳极组件包括阳极膜；反应器外接恒电位仪，阴极、参比电极和阳极组件均与恒电位仪连接；阳极膜采用碳纤维布负载PVDF膜制备而成。该用于养殖海水的电极膜生物滤器，利用阳极膜氧化反应原位产生活性氯，具有强氧化性的活性氯可与氨氮和亚硝氮反应，在去除养殖海水废水中氨氮的同时，可有效控制亚硝氮浓度，提高处理效率；并利用膜表面原位产生的活性氯抑制膜污染，延长滤膜寿命，降低能耗及成本。

An Electrode Membrane Biofilter for Marine Culture

【技术实现步骤摘要】
一种用于养殖海水的电极膜生物滤器
本专利技术涉及养殖海水处理
，尤其涉及一种用于养殖海水的电极膜生物滤器。
技术介绍
随着社会经济的发展和环境生态问题的日益凸显，传统海水养殖逐渐向集约化高密度养殖转型，随之而来的海水养殖废水污染，已成为保护海洋生态环境以及保障健康养殖中亟待解决的问题。海水养殖废水与常见陆源废水存在明显差异，主要表现为：寡营养(COD一般小于25mg/L)和高盐度(盐度一般大于3.0％)。养殖废水中的氨氮对水生生物具有毒害作用，且氨氮氧化过程的中间产物亚硝酸盐影响鱼类的正常生长，因此养殖废水的处理要求较高。生物滤器作为目前海水养殖业中较为广泛应用的水处理技术，具有投资小、无二次污染等优势，但在实际应用中，传统生物滤器存在挂膜启动时间长、启动阶段亚硝氮的积累、硝化微生物流失以及对环境因素变化敏感等问题。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种用于养殖海水的电极膜生物滤器，利用阳极膜氧化反应原位产生活性氯，具有强氧化性的活性氯可与氨氮和亚硝氮反应，在去除养殖海水废水中氨氮的同时，可有效控制亚硝氮浓度，提高处理效率；并利用膜表面原位产生的活性氯抑制膜污染，延长滤膜寿命，降低能耗及成本。本专利技术的目的采用如下技术方案实现：一种用于养殖海水的电极膜生物滤器，包括反应器，所述反应器上设置有进水口，所述反应器内设置有若干生物滤片，所述反应器内还设置有阴极、参比电极和至少一组阳极组件，所述阳极组件包括阳极膜；所述反应器外接恒电位仪，所述阴极、参比电极和阳极组件均与所述恒电位仪连接；所述阳极膜采用碳纤维布负载PVDF膜制备而成。进一步地，所述阳极膜按照以下方法制备而成：制备铸模液：将聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮溶于N,N-二甲基乙酰胺中，常温搅拌后，静置脱泡，得到铸膜液；涂布：取碳纤维布，将所述铸膜液倾倒于所述碳纤维布一侧，控制PVDF膜的负载厚度，获得半成品；成膜：将所述半成品置于水中浸泡，然后通过相转化法的方式成膜。进一步地，在所述制备铸模液步骤中，所述聚偏氟乙烯的浓度为12wt％，所述聚乙烯吡咯烷酮的浓度为1wt％，常温搅拌3小时后，静置脱泡6小时；在所述涂布步骤中，采用可调式刮膜刀控制PVDF膜的负载厚度为300μm；在所述成膜步骤中，将所述半成品在去离子水中浸泡4小时以上。进一步地，所述阳极组件的数量为两组，两组所述阳极组件平行并列设置于所述反应器内。进一步地，所述阳极组件还包括固定件，所述阳极膜的数量为两片；所述固定件以三明治的形式夹持固定两片所述阳极膜，两片所述阳极膜之间设置有支撑骨架。进一步地，所述阴极为石墨棒阴极，所述参比电极为饱和甘汞电极。进一步地，所述反应器为单室反应器，所述单室反应器的规格为16cm×15cm×28cm，有效体积为3L；所述阳极膜的规格为5cm×8cm；所述阴极的规格为φ10cm×15cm；所述阴极置于所述反应器的中央，所述阳极组件置于所述阴极两侧，且阴阳两极之间的间距为2.5cm；所述参比电极距所述阳极膜的距离为2.5cm。进一步地，所述生物滤片的数量为200片。进一步地，所述进水口设置于所述反应器的底部，出水通过所述阳极组件过滤后流出。进一步地，所述反应器底部中央位置设置有曝气石，控制气流量为0.3L/h。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术所提供的用于养殖海水的电极膜生物滤器，在生物滤器中耦合阳极膜，可达到优势互补：一方面，膜阳极可提高出水水质并有效截留微生物减少微生物损失，同时海水的高电导率及高氯离子浓度，保证了电氧化去除氨氮及亚硝氮的高效性；另一方面，生物滤池可减小电氧化产物对水生生物的影响。同时，阳极膜产生的活性氯对原位抑制膜污染有较好的效果。此外，阳极可以有效抑制膜污染，这与Chung等人的研究(将电氧化与膜技术结合处理含氯污水，阳极产生活性氯对膜污染有明显抑制作用，且在电流密度为0.4mA/cm2时，活性氯浓度约为4.7mgCl2/gMLVSS/day，活性氯对系统内微生物理化性质及代谢活性无负影响)是吻合的。附图说明图1是电极膜-生物滤器水处理装置的示意简图；图2是实施例1进水氨氮、出水氨氮及亚硝氮浓度变化图；图3是对比例1进水氨氮、出水氨氮及亚硝氮浓度变化图；图4是实施例1及对比例1跨膜压差变化图；图中，1、出水管路；2、反应器；3、反应器内部放置生物滤片；4、进水口及管路；5、膜电极(工作电极)；6、参比电极；7、对电极；8、微孔曝气石。具体实施方式下面，结合具体实施方式，对本专利技术做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。如图1所示，一种用于养殖海水的电极膜生物滤器，包括反应器2，反应器2上设置有进水口，反应器2内设置有若干生物滤片3(图中未视出生物滤片，仅以附图编号3指代生物滤片所在的位置)，反应器2内还设置有阴极(对电极7)、参比电极6和至少一组阳极组件，阳极组件包括阳极膜(工作电极5)；反应器外接恒电位仪，阴极、参比电极和阳极组件均与恒电位仪连接；阳极膜采用碳纤维布负载PVDF膜制备而成。作为进一步的实施方式，阳极膜按照以下方法制备而成：制备铸模液：将聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮溶于N,N-二甲基乙酰胺中，常温搅拌后，静置脱泡，得到铸膜液；涂布：取碳纤维布，将铸膜液倾倒于碳纤维布一侧，控制PVDF膜的负载厚度，获得半成品；成膜：将半成品置于水中浸泡，然后通过相转化法的方式成膜。作为进一步的实施方式，在制备铸模液步骤中，聚偏氟乙烯的浓度为12wt％，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为1wt％，常温搅拌3小时后，静置脱泡6小时；在涂布步骤中，采用可调式刮膜刀控制PVDF膜的负载厚度为300μm；在成膜步骤中，将半成品在去离子水中浸泡4小时以上。作为进一步的实施方式，阳极组件的数量为两组，两组阳极组件平行并列设置于反应器内。作为进一步的实施方式，阳极组件还包括固定件，阳极膜的数量为两片；固定件以三明治的形式夹持固定两片阳极膜，两片阳极膜之间设置有支撑骨架。作为进一步的实施方式，阴极为石墨棒阴极，参比电极为饱和甘汞电极。作为进一步的实施方式，反应器为单室反应器，单室反应器的规格为16cm×15cm×28cm，有效体积为3L；阳极膜的规格为5cm×8cm；阴极的规格为φ10cm×15cm；阴极置于反应器的中央，阳极组件置于阴极两侧，且阴阳两极之间的间距为2.5cm；参比电极距阳极膜的距离为2.5cm。作为进一步的实施方式，生物滤片的数量为200片。作为进一步的实施方式，进水口及管路4设置于反应器的底部，出水通过阳极组件过滤后经出水管路1流出。更加具体地，进水从反应器底部进水口通过蠕动泵进入，出水利用蠕动泵抽吸通过阳极膜组件过滤流出；过滤进水由两侧的阳极膜进入，经膜过滤由膜组件上部的小孔流出。作为进一步的实施方式，反应器底部中央位置设置有微孔曝气石8，控制气流量为0.3L/h。作为进一步的实施方式，反应器外接恒电位仪，在恒电位模式下，控制阳极电位为1.4Vvs.SCE。该反应器运行一段时间后，应该对阳极膜进行清洗，具体的清洗方法如下：每日监测系统出水的跨膜压差，当其值高于0.02MPa时，对阳极膜进行物理和化学清洗。首先，系统进出水暂停后将膜组件取出，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于养殖海水的电极膜生物滤器，包括反应器，所述反应器上设置有进水口，所述反应器内设置有若干生物滤片，其特征在于，所述反应器内还设置有阴极、参比电极和至少一组阳极组件，所述阳极组件包括阳极膜；所述反应器外接恒电位仪，所述阴极、参比电极和阳极组件均与所述恒电位仪连接；所述阳极膜采用碳纤维布负载PVDF膜制备而成。

【技术特征摘要】
1.一种用于养殖海水的电极膜生物滤器，包括反应器，所述反应器上设置有进水口，所述反应器内设置有若干生物滤片，其特征在于，所述反应器内还设置有阴极、参比电极和至少一组阳极组件，所述阳极组件包括阳极膜；所述反应器外接恒电位仪，所述阴极、参比电极和阳极组件均与所述恒电位仪连接；所述阳极膜采用碳纤维布负载PVDF膜制备而成。2.如权利要求1所述的用于养殖海水的电极膜生物滤器，其特征在于，所述阳极膜按照以下方法制备而成：制备铸模液：将聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮溶于N,N-二甲基乙酰胺中，常温搅拌后，静置脱泡，得到铸膜液；涂布：取碳纤维布，将所述铸膜液倾倒于所述碳纤维布一侧，控制PVDF膜的负载厚度，获得半成品；成膜：将所述半成品置于水中浸泡，然后通过相转化法的方式成膜。3.如权利要求2所述的用于养殖海水的电极膜生物滤器，其特征在于，在所述制备铸模液步骤中，所述聚偏氟乙烯的浓度为12wt％，所述聚乙烯吡咯烷酮的浓度为1wt％，常温搅拌3小时后，静置脱泡6小时；在所述涂布步骤中，采用可调式刮膜刀控制PVDF膜的负载厚度为300μm；在所述成膜步骤中，将所述半成品在去离子水中浸泡4小时以上。4.如权利要求1所述的用于养殖海水的电极膜生物滤器，其特征在于，所述阳极组件的数量为两...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋婧，刘鹰，韩蕊，尹延明，高怡菲，李伊晗，
申请(专利权)人：大连海洋大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21