本發(fā)明屬于高濃度氨氮廢水處理，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種不對(duì)稱水凝膠改性膜的制備方法及在去除垃圾滲濾液中氨氮的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)，我國(guó)城市生活垃圾的清運(yùn)量從2018年的22801.8萬(wàn)噸增長(zhǎng)至2023年的26350.6萬(wàn)噸，年均復(fù)合增長(zhǎng)率大約為3%，城市垃圾產(chǎn)生量的逐漸增加，必然帶來(lái)氨氮濃度高、含有大量有機(jī)污染物和毒性物質(zhì)的復(fù)雜垃圾滲濾液的產(chǎn)生量增加，2021年垃圾滲濾液產(chǎn)量已達(dá)到11363萬(wàn)噸，而處理量?jī)H為?5008.5萬(wàn)噸，未及產(chǎn)量的50%，垃圾滲濾液是典型的高氨氮廢水、氨氮濃度高、可生化性差一直是垃圾滲濾液處理工藝的重點(diǎn)和難點(diǎn)，滲濾液中高濃度nh3-n使得生物脫氮反硝化過(guò)程碳源嚴(yán)重不足，高濃度的nh3-n會(huì)降低脫氫酶的活性，抑制生物的活性，不利于生化反應(yīng)的進(jìn)行，因此需要對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行脫氨處理，減輕后續(xù)生化單元處理的負(fù)荷。

2、目前傳統(tǒng)的垃圾滲濾液脫氨的方法主要有生物法、吹脫法及化學(xué)沉淀法和膜接觸器法等。生物法處理效果穩(wěn)定較為成熟但存在基礎(chǔ)設(shè)施投資高、占地面積大、抗沖擊能力弱等缺點(diǎn)。吹脫法和化學(xué)沉淀法具有工藝簡(jiǎn)單，處理效率高等特點(diǎn)，但處理能耗較高，容易產(chǎn)生二次污染，處理成本較高，資源化難度較大。

3、膜接觸器法（也稱膜吸收法，氣態(tài)膜法）其原理是利用微孔疏水膜將含氨廢水和吸收液（硫酸、硝酸、磷酸等）隔開，兩種料液平流或錯(cuò)流流動(dòng)。通常將料液的ph值調(diào)節(jié)至堿性，溶液中nh3的含量提高，利用易揮發(fā)組分在膜兩側(cè)的分壓差作為驅(qū)動(dòng)力，使其中的氨分子穿過(guò)膜孔進(jìn)入吸收液側(cè)，在吸收液側(cè)快速反應(yīng)被酸吸收。由于膜接觸器過(guò)程推動(dòng)力是被分離組分在膜兩側(cè)的濃度梯度，膜只起到提供大的氣液兩相接觸面積的作用。因此膜接觸器過(guò)程中一般只考慮傳質(zhì)而不需要考慮傳熱作用，該方法可在常溫常壓下完成對(duì)氨氮的高效脫除，具有可放大性、能耗低、傳質(zhì)效率高、設(shè)備可模塊化設(shè)計(jì)、脫除的氨氮可根據(jù)吸收液的不同生成不同的銨鹽、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。

4、垃圾滲濾液作為一種成分復(fù)雜的廢水，含有多種有機(jī)物、氨氮、重金屬、氯化無(wú)機(jī)鹽和共存物質(zhì)，在使用傳統(tǒng)疏水膜進(jìn)行膜吸收脫氨過(guò)程中，會(huì)面臨膜潤(rùn)濕膜污染等問(wèn)題，造成膜通量下降，從而導(dǎo)致氨氮去除率降低。而不對(duì)稱水凝膠改性膜由于具有更好的抗污染抗?jié)櫇裥阅?，逐漸成為研究熱點(diǎn)，但改性復(fù)合膜帶來(lái)的附加層同時(shí)也會(huì)增大傳質(zhì)阻力，且缺少處理實(shí)際垃圾滲濾液氨氮中的應(yīng)用效果評(píng)價(jià)，傳統(tǒng)單組分的水凝膠基團(tuán)容易出現(xiàn)污染截留差等缺點(diǎn)，多巴胺能夠在水溶液環(huán)境下黏附于基層上并形成聚多巴胺層，但通常較薄，用于膜接觸器裝置時(shí)抗污染性能并不理想。因此開發(fā)出耐污染、抗?jié)櫇竦钠桨迥ば虏牧鲜悄そ佑|器處理高濃度垃圾滲濾液氨氮中有待解決的難題。本文首次提出了以水凝膠改性平板膜為核心的膜接觸器裝置對(duì)垃圾滲濾液中氨氮進(jìn)行處理的實(shí)際應(yīng)用，為去除垃圾滲濾液中高濃度氨氮提供了新的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題和/或缺陷，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。

2、為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其他優(yōu)點(diǎn)，提供了一種不對(duì)稱水凝膠改性膜的制備方法，包括如下步驟：

3、步驟一、裁剪聚四氟乙烯平板膜至相應(yīng)尺寸，將裁剪的聚四氟乙烯平板膜浸泡在無(wú)水乙醇中并用蒸餾水沖洗后干燥，制備平板膜組件；

4、步驟二、配制仿生生物膠，將干燥的平板膜組件垂直浸入仿生生物膠中并避免氣泡附著，確保完全浸沒；

5、步驟三、制備水凝膠，冷卻后將其均勻覆蓋在聚四氟乙烯平板膜上，沉積后得到不對(duì)稱水凝膠改性膜。

6、優(yōu)選的是，其中，聚四氟乙烯平板膜在無(wú)水乙醇中的浸泡時(shí)間為20min；制備平板膜組件的具體方法為：使用在無(wú)水乙醇中浸泡后的聚四氟乙烯平板膜和聚四氟乙烯平板膜塊制作成平板膜組件，將聚四氟乙烯平板膜裁剪為8.3×4.3cm的膜片，聚四氟乙烯平板膜固定在兩個(gè)聚四氟乙烯平板膜塊之間，將聚四氟乙烯平板膜塊分隔為上、下兩側(cè)，平板膜組件四周內(nèi)部貼上ptfe膠條，防止聚四氟乙烯平板膜兩側(cè)溶液混合，保證平板膜組件密封性能良好；聚四氟乙烯平板膜的疏水膜面朝下，并用墊片、螺絲將其固定，確保兩側(cè)溶液獨(dú)立流動(dòng)后即可正常使用。

7、優(yōu)選的是，其中，所述步驟二中，配制仿生生物膠的方法為：在25℃下將鹽酸多巴胺、聚乙烯亞胺、海藻酸鈉溶解在tris-hcl緩沖溶液中，然后在250rpm下均勻攪拌30min。

8、優(yōu)選的是，其中，所述仿生生物膠中鹽酸多巴胺、聚乙烯亞胺、海藻酸鈉的質(zhì)量比為1:1~1.5：0.5~1，海藻酸鈉在tris-hcl緩沖溶液中的濃度為2mg/ml，tris-hcl緩沖溶液濃度為50mmol/l，ph值為8.5。

9、優(yōu)選的是，其中，所述步驟二中，將干燥的平板膜組件垂直浸入攪拌均勻的仿生生物膠中，確保液體始終完全覆蓋整個(gè)平板膜組件，直接接觸12~24h后自然干燥6~12h。

10、優(yōu)選的是，其中，所述步驟三中，水凝膠制備方法為：將鞣酸及聚乙烯醇按質(zhì)量比為1:5~8混合攪拌均勻，攪拌速度為250~350rpm，攪拌溫度為85~90℃，攪拌時(shí)長(zhǎng)為5~8h。

11、優(yōu)選的是，其中，所述步驟三中，沉積方法為：制備的水凝膠冷卻后，將水凝膠均勻覆蓋在步驟二得到的平板膜組件的聚四氟乙烯平板膜上，再浸泡5~10min，放入冷凍室2h，室溫6~12h，凍融重復(fù)2~3次，再用純凈水覆蓋平板膜組件30min使得外層充分溶脹。待聚四氟乙烯平板膜單側(cè)經(jīng)過(guò)仿生生物膠改性和沉積水凝膠后，再完成聚四氟乙烯平板膜與另一側(cè)的聚四氟乙烯平板膜塊的組裝固定。

12、一種不對(duì)稱水凝膠改性膜在去除垃圾滲濾液中氨氮的應(yīng)用，平板膜組件的核心為不對(duì)稱水凝膠改性膜，通過(guò)不對(duì)稱水凝膠膜去除垃圾滲濾液中的氨氮。

13、優(yōu)選的是，其中，所述不對(duì)稱水凝膠改性膜平板膜組件的進(jìn)料側(cè)連接智能蠕動(dòng)泵及原料液罐，所述平板膜組件的吸收液側(cè)連接另一智能蠕動(dòng)泵及吸收液罐，原料液罐中裝有高氨氮垃圾滲濾液，高氨氮垃圾滲濾液流經(jīng)不對(duì)稱水凝膠改性膜的疏水面?zhèn)?，吸收液流?jīng)不對(duì)稱水凝膠改性膜的另一側(cè)。

14、優(yōu)選的是，其中，高氨氮垃圾滲濾液ph值為9.5，高氨氮垃圾滲濾液流量為600ml/min，吸收液為4.9%的硫酸溶液，吸收液流量為500ml/min，不對(duì)稱水凝膠改性膜兩側(cè)溫度在室溫條件下25±2℃，可在常壓下進(jìn)行；氨氮以硫酸銨的形式富集，通過(guò)反滲透、真空蒸發(fā)在工業(yè)中用于阻燃劑、發(fā)酵培養(yǎng)基或電池電解質(zhì)生產(chǎn)。

15、本發(fā)明至少包括以下有益效果：

16、（1）本發(fā)明提供的方法能有效去除垃圾滲濾液中高濃度氨氮，降低后續(xù)生化單元的負(fù)荷，提高生化反應(yīng)的效果。以水凝膠改性膜為核心的膜接觸器裝置實(shí)現(xiàn)了去除垃圾滲濾液中高氨氮的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，解決了在膜接觸器脫氨過(guò)程中由于有機(jī)、無(wú)機(jī)污染物在膜表面快速沉積造成的膜材料使用壽命短，無(wú)法大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行等問(wèn)題。同時(shí)，該方法可根據(jù)需求獲得不同的副產(chǎn)物，一定程度上抵消了運(yùn)行成本，具有較好的應(yīng)用前景。

17、（2）本發(fā)明在聚四氟乙烯平板膜的單側(cè)依次使用仿生生物膠和水凝膠進(jìn)行改性，依次得到pda/pei/sa中間層和水凝膠層，從而得到不對(duì)稱水凝膠改性膜。本發(fā)明通過(guò)水凝膠改性后的雙功能層，大幅提高膜-液界面的入液毛細(xì)管壓力，垃圾滲濾液中有機(jī)及無(wú)機(jī)污染物需做更多穿透膜孔，提高了膜的抗?jié)櫇窦翱刮廴灸芰?，通過(guò)不對(duì)稱水凝膠改性膜材料的膜接觸器技術(shù)，氨氮去除率在4h內(nèi)達(dá)到90%以上，經(jīng)過(guò)13個(gè)循環(huán)過(guò)膜通量仍為初始的94.8%、96.67%，幾乎與原始膜通量持平，證實(shí)了該方法的可行性。

18、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。