專利名稱：一種中低壓在線控制膜生物反應(yīng)器中膜污染的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中低壓在線控制控制膜生物反應(yīng)器中膜污染的方法，屬于廢水處理技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
膜生物反應(yīng)器(M服)集活性污泥的生物降解和膜的高效分離于一體，是污水生物處理 技術(shù)與膜技術(shù)有機(jī)結(jié)合產(chǎn)生的廢水處理新工藝。由于具有出水水質(zhì)優(yōu)異、操作運(yùn)行簡單、 污泥產(chǎn)量低、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。自從20世紀(jì)60年代的美國開發(fā)以來，MBR技術(shù)受到國 內(nèi)外水處理專家學(xué)者的高度重視，研究內(nèi)容不斷深入，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，MBR技術(shù)已應(yīng) 用日本、美國、德國、法國和加拿大等多個國家和地區(qū)，處理規(guī)模從10ra7d到100000m7d， 處理廢水從生活污水處理延伸到工業(yè)廢水、食品工業(yè)廢水、水產(chǎn)加工廢水、養(yǎng)殖廢水、化 妝品生產(chǎn)廢水、填埋場滲濾液、染料廢水、石油化工廢水處理等領(lǐng)域。MBR技術(shù)在我國的 研究起源于20世紀(jì)90年代，通過10余年的試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，取得豐碩的研究成 果，目前該技術(shù)正逐步從實(shí)驗(yàn)室研究過渡到實(shí)際的工程應(yīng)用。MBR技術(shù)是作為近年來國家 科技部"863"和"九五"重點(diǎn)攻關(guān)和推廣的21世紀(jì)水處理新技術(shù)之一，開展MBR相關(guān)實(shí) 驗(yàn)研究的高校有數(shù)十家。天津清華德人環(huán)保有限公司在膜生物反應(yīng)器工程化應(yīng)用方面成績 突出，已成果設(shè)計和運(yùn)行實(shí)際中水回用工程達(dá)數(shù)10家。
昂貴的膜組件和因膜污染問題導(dǎo)致膜的使用壽命短限制了膜生物反應(yīng)器從實(shí)驗(yàn)室向工 業(yè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。隨著膜材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，膜材料和膜組件的費(fèi)用在逐漸降低。而 膜污染導(dǎo)致膜的使用壽命短仍是膜生物反應(yīng)器推廣應(yīng)用的主要障礙。
目前運(yùn)行中的M服污水處理工程的膜污染清洗方法有空曝氣、水力反沖洗、在線藥洗、 離線化學(xué)清洗幾種?？掌貧饪刂颇の廴揪褪钱?dāng)膜污染發(fā)展到一定程度后，停止運(yùn)行，加大 曝氣強(qiáng)度，沖刷掉在膜表面沉積的污泥層，該法對于去除由于污泥沉積引起的污染較為有 效，但對于膜內(nèi)污染的去除效果較差，目前該法只能作為一種膜污染的輔助手段。水力反 沖洗控制膜污染的方法就是當(dāng)膜污染發(fā)展到一定程度后，停止出水，按與出水相反的方向 注入清水，使膜上沉積物在水流的作用下沖刷下去，同空曝氣類似，該法對于去除由于污 泥沉積引起的污染較為有效，但對于膜內(nèi)污染的去除效果較差，其只能作為一種膜污染的 輔助手段。離線化學(xué)清洗即在膜污染發(fā)展到一定程度后，把膜組件從反應(yīng)器內(nèi)取出置入另 外一個專門用于膜清洗的池子，進(jìn)行長時間的浸泡清洗，該法與空曝氣法和水力反沖洗發(fā) 相比，膜污染清洗較為徹底，但該法存在的問題是清洗勞動強(qiáng)度很大，給實(shí)際運(yùn)行增添了 諸多不便，而且可能會對膜組件本身造成機(jī)械和化學(xué)損傷，降低膜的使用壽命，增加運(yùn)行 成本。和以上幾種清洗方法比較，在線藥洗是一種比較優(yōu)越的方法，該法在清洗時不用將 膜組件從反應(yīng)器中取出，只需按與膜出水相反的方向注入清洗藥劑，浸泡一定時間即可， 其對膜的機(jī)械損傷較小，簡單易行，膜污染在線清洗涉及內(nèi)容較多，如清洗時間、清洗周 期、清洗藥劑濃度等，控制不好，膜污染的清洗效果不佳，目前針對膜污染在線清洗的有效方法鮮有報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種中低壓在線控制膜生物反應(yīng)器中膜污染的方法。
發(fā)明概述
本發(fā)明為保證系統(tǒng)的高效、持續(xù)和穩(wěn)定運(yùn)行，集中于膜污染的機(jī)理考察及其有效在線 控制措施研究，充分利用現(xiàn)代化分析方法及儀器(如電子掃描電鏡、激光粒度分析儀)，從 膜污染的形成機(jī)理出發(fā)，優(yōu)化膜污染清洗的有效措施及其最佳的清洗周期。本發(fā)明的中低 壓在線控制膜生物反應(yīng)器中膜污染的方法，包括水動力學(xué)控制和在線化學(xué)清洗；所述的在 線化學(xué)清洗為膜污染中低壓控制法，包括對清洗條件、清洗時間參數(shù)的控制及清洗藥劑的 選擇和藥劑用量的控制。水動力學(xué)控制包括曝氣量控制和污泥濃度控制，均按現(xiàn)有技術(shù)參 數(shù)進(jìn)行設(shè)定。
發(fā)明詳述
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種中低壓在線控制膜生物反應(yīng)器中膜污染的方法，包括水動力學(xué)控制和在線化學(xué)清 洗；所述的在線化學(xué)清洗進(jìn)行條件為跨膜壓差(TMP)凈增為1.0 1.5mH20，清洗時間為 120 150min。
上述的在線化學(xué)清洗，優(yōu)選的清洗藥劑為有效氯為100 300mg/L的次氯酸鈉溶液，清 洗藥劑用量為10 15L /m1莫面積。
所述在線化學(xué)清洗的具體操作步驟如下
停止膜生物反應(yīng)器進(jìn)出水和曝氣，根據(jù)10 15L/m2膜面積清洗藥劑量，將清洗藥劑在 30 40min內(nèi)注入膜生物反應(yīng)器膜絲內(nèi)部，靜置浸泡120 150min，打開膜生物反應(yīng)器的曝 氣水泵和進(jìn)出水泵，重新連續(xù)運(yùn)行。
上述的水動力學(xué)控制包括曝氣量控制和污泥濃度控制，均按現(xiàn)有技即可術(shù)，其它未特 別說明的也均按現(xiàn)有技術(shù)。
下面結(jié)合試驗(yàn)對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
以控制膜污染發(fā)展程度為依據(jù)，作為膜污染清洗周期的判斷。試驗(yàn)分別考察了在膜污 染上升了1.0m、 1.5m、 2.0m、 2. 5m四種情況下的膜清洗效果。 操作條件如下 膜通量8. 3L/m2. h， 混合液污泥濃度5-6g/L, 曝氣量100L/h。
藥劑的選擇次氯酸鈉(NaClO) 藥劑濃度選擇0. 1%-0.3%(有效氯) 清洗時間120-150min
清洗周期確定控制膜污染發(fā)展到一定程度，(」P=1.0-2.5mH20)。 (1)低壓控制下膜污染清洗效果(JP 1.0mH20)
為了縮短試驗(yàn)周期，采取較高的通量運(yùn)行，膜污染發(fā)展十分迅速。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在一定 操作條件下，膜污染上升速率為1683Pa/d，在6天內(nèi)ZlP就增加了 1.0mH20。此時進(jìn)行膜污 染的在線清洗，采用濃度為0. l%NaC10清洗藥劑，清洗時間為2h，可以發(fā)現(xiàn)，通過2h的
4清洗后，膜污染去除了 38.08%，效果不夠理想，緊接著又采用濃度為0.2。，aC10清洗藥劑， 清洗時間為lh，不難發(fā)現(xiàn)，膜污染恢復(fù)較好，膜污染去除率達(dá)到了 99.28%。這表明當(dāng)膜污 染發(fā)展程度為1. 0mH20， 0. l%NaC10清洗藥劑在線清洗不夠理想，需聯(lián)合采用0. 2%NaC10進(jìn) 行l(wèi)h的浸泡才能使膜污染較為徹底的恢復(fù)。
清洗后繼續(xù)運(yùn)行的膜污染發(fā)展同清洗前相似，不過在這個階段，膜污染發(fā)展速率稍有 減緩，dp/dt=1457Pa/d，小于原來的1683Pa/d。同樣膜污染程度也很快達(dá)到設(shè)定的數(shù)值(」 P=1.0m)。此時，采用0.2y。的NaC10清洗藥劑進(jìn)行2h的浸泡清洗，可以發(fā)現(xiàn)，膜污染恢復(fù) 效果良好，達(dá)到了 98.68%。如圖2所示。
(2) 中壓控制下膜污染清洗效果(」P"1.5mH20)
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在較高的膜通量下，膜污染在9天內(nèi)就達(dá)到了 1.5mH20，污染上升速率為 1668Pa/d。此時進(jìn)行膜污染的在線清洗，采用濃度為0.2。/。NaC10清洗藥劑，清洗時間為2h。 可以發(fā)現(xiàn)，2h的清洗效果不夠理想，膜污染僅去除了 31.63%，，緊接著又采用濃度為 0.3%NaC10清洗藥劑，清洗時間為2h,膜污染恢復(fù)較好，膜污染去除率達(dá)到了 98.18%。這 表明當(dāng)膜污染發(fā)展程度為1.5mH20， 0.2%NaC10清洗藥劑在線清洗不夠理想，需聯(lián)合采用 0. 3y。NaC10進(jìn)行l(wèi)h的浸泡才能使膜污染較為徹底的恢復(fù)。清洗后繼續(xù)運(yùn)行的膜污染發(fā)展與 同清洗前相似，不過在這個階段，膜污染發(fā)展速率稍有增加，dp/dt=1682.5Pa/d。同樣膜 污染程度也很快達(dá)到設(shè)定的數(shù)值(」P=L.5m)。此時，采用0. 3%的NaClO清洗藥劑進(jìn)行2h 的浸泡清洗，可以發(fā)現(xiàn)，膜污染恢復(fù)效果良好，達(dá)到了 97.27%。如圖3所示。
(3) 中高壓控制下膜污染清洗效果(」P"2.0mH20)
」Pz2.0mH20時的膜污染清洗效果如圖3所示。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在較高的膜通量下，膜污染 在12天內(nèi)就達(dá)到了 2. 0mH20，污染上升速率為1814. 1Pa/d。此時進(jìn)行膜污染的在線清洗， 采用濃度為0. 3%NaC10清洗藥劑，清洗時間為2h，試驗(yàn)結(jié)果顯示，2h的清洗效果不夠理 想，膜污染僅去除了 14.97%,,緊接著又采用濃度為0.3。/。NaC10清洗藥劑，清洗時間為2h， 膜污染恢復(fù)依然不好，膜污染去除率僅為13.61%。這表明當(dāng)膜污染發(fā)展程度為2.0mH20， 0.3y。NaC10清洗藥劑在線清洗不夠理想，需聯(lián)合采用其它控制措施，曝氣強(qiáng)度從原來的60 m7ra2. h提高到100m7m2. h?？掌貧?h，發(fā)現(xiàn)膜污染又去除了 21. 77%,可見曝氣對于膜污染 的去除較為有效，為此又進(jìn)行10h的曝氣，膜污染去除了 20. 41%,緊接著又采用0. 3%NaC10 進(jìn)行在線清洗，膜污染去除了 12.25%，通過多次的在線化學(xué)清洗和空曝氣，膜污染的總恢 復(fù)率達(dá)到了 97. 96%。如圖4所示。
中高壓控制下膜清洗試驗(yàn)表明，當(dāng)膜污染發(fā)展程度較高時(」P=2.0mH20)，采用0.3% 的NaClO化學(xué)清洗藥劑進(jìn)行浸泡清洗，效果不夠理想，必須采用加強(qiáng)曝氣和多次化學(xué)清洗 的方式才能使膜污染得到較好的恢復(fù)。但這種清洗方式不僅操作麻煩，而且還會對微生物 產(chǎn)生一定的影響，從而影響系統(tǒng)的處理效果。
(4) 高壓控制下膜污染清洗效果(」P 2.5H20)
試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，膜污染發(fā)展速率比以上試驗(yàn)有所增加，dp/dt為1903. 3Pa/d，膜污染 在12天內(nèi)就達(dá)到了 2. 5raH20，此時進(jìn)行膜污染的在線清洗，采用濃度為0. 3WaC10清洗藥 劑，清洗時間為4h,可以發(fā)現(xiàn)，4h的清洗效果不夠理想，膜污染去除率僅為12. 5%，，緊 接著又采用了加強(qiáng)曝氣的控制方式，曝氣強(qiáng)度從原來的60 m3/m2.h提高到100m3/m2.h，空 曝氣12h，發(fā)現(xiàn)膜污染又去除了 9.09%,可見膜污染嚴(yán)重后，空曝氣對于膜污染的去除也未 能奏效，為此又采用濃度為0.3y。NaC10清洗藥劑浸泡4h，膜污染恢復(fù)依然不好，膜污染去除率僅為6.82%。通過在線化學(xué)清洗和空曝氣，膜污染的總恢復(fù)率僅為28.41%。如圖5所示。
高壓控制下膜清洗試驗(yàn)表明，清洗試驗(yàn)表明當(dāng)膜污染發(fā)展程度為2.5mH20，采用加強(qiáng)曝 氣和在線化學(xué)清洗的方式不能使膜污染得到較好的恢復(fù)。為了防止過量的曝氣和化學(xué)藥劑 對微生物活性的影響，只有采用離線清洗的方式。
膜污染離線清洗試驗(yàn)結(jié)果表明，沉積于膜表面的由顆粒物、微生物體和懸浮物質(zhì)所組 成的濾餅層污染是造成膜阻力的主要原因，其占總阻力的57%，清水沖洗可有效去除污泥 層污染，但對凝膠層的去除作用則不大。凝膠層對膜污染的貢獻(xiàn)率達(dá)37%， NaC10清洗可使 之較好去除， 一般認(rèn)為凝膠層主要是由微生物胞外多聚物、溶解性微生物代謝產(chǎn)物等大分 子(主要為多糖和蛋白質(zhì))有機(jī)物構(gòu)成的，NaClO作為一種強(qiáng)氧化劑可以使這類物質(zhì)徹底 氧化分解。而對于一些由無機(jī)離子形成的垢粒，采取HC1清洗可以使之較好去除，其占污 染構(gòu)成的6%，推測認(rèn)為是HCL清洗沒有消除的一些無機(jī)垢粒引起膜孔吸附和堵塞造成的。 黃霞采用MBR處理微污染源水的研究結(jié)果也表明，膜面沉積的污泥層主要大量污泥絮體、 顆粒狀物質(zhì)引起的，屬于可逆污染層，釆用一般的水動力學(xué)方法(如提高曝氣強(qiáng)度)可有 效地去除。而對屬于不可逆污染的凝膠層的去除，通常采用化學(xué)藥液清洗的措施才能奏效。
膜污染在線清洗實(shí)驗(yàn)表明，根據(jù)膜污染形成機(jī)理，確定了在線控制膜清洗的有效方法 通過膜污染在線清洗試驗(yàn)研究，當(dāng)膜污染發(fā)展到一定程度時，在中低壓控制下，即」 P=1.0-1.5mH20，采用0.3%的次氯酸鈉化學(xué)藥劑可以使膜污染得到較好的去除，污染恢復(fù)率 達(dá)到95%以上。在線清洗試驗(yàn)研究表明，膜的離線清洗頻率從原來的3-4次/年降低到1次 /年以下，甚至更低，從而提高了運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少了對膜的機(jī)械損傷，提高了膜的使用 壽命，降低了運(yùn)行成本。
本發(fā)明的有益效果是，采取中低壓條件下進(jìn)行膜清洗，可以使膜污染得到較好的恢復(fù)， 從而提高了運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少了對膜的機(jī)械損傷，提高了膜的使用壽命，降低了運(yùn)行成 本。


圖1為膜生物反應(yīng)器工藝示意圖； 圖2為低壓控制下膜污染清洗效果； 圖3為中壓控制下膜污染清洗效果； 圖4為中高壓控制下膜污染清洗效果； 圖5為高壓控制下膜污染清洗效果；
其中1.鼓風(fēng)機(jī)，2.氣體閥門，3.氣體流量計，4.膜組件，5.穿孔曝氣管，6.真空
表，7.吋間繼電器，8.出水泵，9.加藥泵，IO.儲藥箱，11.電控系統(tǒng)，12.液體閥門，13.
藥液閥門。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例本發(fā)明進(jìn)一步說明，但不限于此。 實(shí)施例-
本發(fā)明所述膜生物反應(yīng)器如圖1所示，它包括供氣系統(tǒng)、出水系統(tǒng)和加藥系統(tǒng)三部分 構(gòu)成。供氣系統(tǒng)由鼓風(fēng)機(jī)l、氣體閥門2、氣體流量計3和穿孔曝氣管5構(gòu)成；出水系統(tǒng)由 膜組件4、真空表6、液體閥門12、時間繼電器7和出水泵8構(gòu)成；加藥系統(tǒng)由儲藥箱IO、加藥泵和藥液閥門13構(gòu)成。鼓風(fēng)機(jī)1、出水泵8和加藥泵9的啟閉由電控系統(tǒng)11控制， 時間繼電器7控制出水泵的抽停時間比例。
膜污染在線清洗的具體實(shí)施方案為采取膜污染中低壓控制法，由真空表6讀數(shù)可知， 當(dāng)跨膜壓差TMP凈增為1.0 1.5mH20時，停止鼓風(fēng)機(jī)1和出水泵8，關(guān)閉液體閥門12，進(jìn) 行在線化學(xué)清洗；采用次氯酸鈉溶液為主要的清洗藥劑，在儲藥箱10內(nèi)調(diào)制藥液，使得藥 劑有效氯濃度控制為100 300mg/L，控制藥劑用量為10 15L /1112膜面積，打開加藥泵9 和清洗管路上的藥液閥門13，在30 40min內(nèi)把清洗藥液反向注入膜組件4的內(nèi)部；藥 液注入完畢，靜置浸泡120 150min后，關(guān)閉清洗管路上的藥液閥門13，打開鼓風(fēng)機(jī)1、 出水泵8和液體閥門12，重新連續(xù)運(yùn)行，當(dāng)跨膜壓差TMP再次上升為1. 0 1. 5mH20時，循 環(huán)以上操作進(jìn)行膜污染在線清洗，從而保障該系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行。
為保證清洗效果以實(shí)現(xiàn)膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，目前通常采用離線化學(xué)清洗的 方法，清洗頻率一般在3-4次/年，較為頻繁的清洗操作，會對膜造成較大機(jī)械損傷，導(dǎo)致 膜過濾性能降低，膜的使用壽命從4-5年降低到2-3年，甚至更低。采用中低壓(』 P二1.0-15mH20)在線控制膜生物反應(yīng)器膜污染的方法，可離線清洗頻率降低到1次/年，甚 至更少，膜的使用壽命可以維持在4-5年，甚至更高，從而降低了膜組件折舊成本，降低 了系統(tǒng)運(yùn)行的成本。
權(quán)利要求
1.一種中低壓在線控制膜生物反應(yīng)器中膜污染的方法，包括水動力學(xué)控制和在線化學(xué)清洗；其特征在于，所述的在線化學(xué)清洗進(jìn)行條件為跨膜壓差(TMP)凈增為1.0～1.5mH2O，清洗時間為120～150min。
2. 如權(quán)利要求l所述的中低壓在線控制膜生物反應(yīng)器中膜污染的方法，其特征在于， 所述的在線化學(xué)清洗的清洗藥劑為有效氯為100 300mg/L的次氯酸鈉溶液，清洗藥劑用量 為10 15L /1!12膜面積。
3. 如權(quán)利要求l所述的中低壓在線控制膜生物反應(yīng)器中膜污染的方法，其特征在于， 所述在線化學(xué)清洗的具體操作步驟如下停止膜生物反應(yīng)器進(jìn)出水和曝氣，根據(jù)10 15L/m2膜面積清洗藥劑量，將清洗藥劑在 30 40min內(nèi)注入膜生物反應(yīng)器內(nèi)，靜置浸泡120 150min，打開膜生物反應(yīng)器的曝氣水泵 和進(jìn)出水泵，重新連續(xù)運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種中低壓在線控制膜生物反應(yīng)器中膜污染的方法，屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域。一種中低壓在線控制膜生物反應(yīng)器中膜污染的方法，包括水動力學(xué)控制和在線化學(xué)清洗；所述的在線化學(xué)清洗進(jìn)行條件為跨膜壓差(TMP)凈增為1.0～1.5mH₂O，清洗時間為120～150min。本發(fā)明采取中低壓條件下進(jìn)行膜清洗，可以使膜污染得到較好的恢復(fù)，從而提高了運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少了對膜的機(jī)械損傷，提高了膜的使用壽命，降低了運(yùn)行成本。
文檔編號C02F3/12GK101293702SQ20081001685
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月18日
發(fā)明者毅 丁, 騰 馮, 馮傳波, 卜南波, 張傳義, 朱玉琨, 峰 李, 李紅藝, 楊繼賢, 毛慶泉, 陳貴陽 申請人:兗州煤業(yè)股份有限公司