專利名稱：使用水溶性季銨淀粉調節(jié)混合液的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及調節(jié)微生物混合液并且在膜生物反應器(MBR)系統(tǒng)中改進通量的方法。
背景技術：
用于去除溶解的有機物的廢水生物處理是眾所周知的，并且在市政和工業(yè)工廠中廣泛實行。該生物過程一般被稱為"活性污泥"過程，其中微生物通過其成長消耗有機化合物。該過程必然包括微生物或者"生物質"的沉積從而將其從水中分離，并且完成在最終流出物中降低生物需氧量(BOD)和總懸浮固體(TSS)的過程。沉積步驟通常在澄清器單元中完成。因此，該生物過程由于需要產生具有好的沉降性質的生物質而被約束。在高有 機負荷的間歇時期和對生物質有毒的污染物出現時，維持這些條件特別困難。通常，活性污泥處理具有高達大約O. 5kg污泥/kg COD (化學需氧量)的有機材料到污泥的轉換率，因此導致產生相當大量的必須處置的過量污泥。用于處理過量污泥的費用估計已經占到污水處理廠的總費用的40-60%。而且，常規(guī)的垃圾掩埋污泥的處置方法可能引起二次污染問題。因此，對減少過量污泥的體積和質量的方法的興趣一直迅速增長。用于處理廢水的與生物反應器結合的膜眾所周知但是沒有廣泛地使用。在這些系統(tǒng)中，超過濾(UF)，微過濾(MF)或者納米過濾(NF)膜取代生物質沉積用于固液分離。膜可以安裝在生物反應器箱中或者在相鄰罐中，其中混合液連續(xù)從生物反應器箱抽出和返回，與從澄清器得到的20到50毫克/升的總懸浮固體(TSS)相比，生產具有低得多的總懸浮固體(TSS)的流出物，通常少于5毫克/升。更重要的是，因為膜從水篩分生物質，膜生物反應器(MBR)使該生化過程與沉降生物質的需要分離。這允許該生化過程在常規(guī)系統(tǒng)中不期望的條件下操作，這些條件包括
(I)10到30克/L的高的混合液懸浮固體(細菌載荷)；(2)延長的污泥停留時間；以及(3)短的液壓保持時間。在常規(guī)系統(tǒng)中，這樣的條件可能導致污泥膨脹和不良的沉降性。MBR操作的好處，包括低的污泥產生，從流出物中完全除去固體，流出物消毒，在單一裝置中聯合去除C0D、固體和營養(yǎng)物，高負載速率容量，以及最小的污泥膨脹問題。缺點包括曝氣(aeration)限制，膜結垢以及膜成本。膜結垢可以歸因于懸浮或者溶解的物質在表面的沉積。MBR膜與生物質相接觸，該生物質包含細菌凝聚物或者“絮凝物”，游離細菌，原生動物和各種溶解的微生物產物(SMP)。術語SMP已經被采用來限定與來自基質新陳代謝(通常生物質成長)和生物質腐爛的大量微生物混合溶液內有關的有機化合物。在操作中，膠質固體和SMP有可能在膜的表面上沉積。膠體微粒在膜的表面上形成層，叫做"濾餅層"》MBR過程被設計使用上升的粗糙氣泡來提供越過膜表面的擾動的錯流流速。該過程通過在膜的表面減少濾餅層的積累，幫助保持通過膜的通量。與常規(guī)的活性污泥法相比，據報道在通常的MBR裝置里絮凝物(粒子)尺寸小得多。小粒子可以堵塞膜孔，這是一種可能不可逆的積垢情況。因為MBR膜的孔徑從約O. 04到約O. 4微米變化，比這小的粒子能引起孔堵塞?？锥氯黾幽ぷ枇Σ⑶覝p少膜通量。MBR系統(tǒng)的有效穩(wěn)定的運行主要取決于在MBR系統(tǒng)里生物質的生物種群的條件和質量。該混合液的特性，包括粘度、細胞外的聚合物質(EPS)，絮凝物尺寸和膠質且可溶的有機物質，影響膜的過濾性。盡管傳統(tǒng)的方法主要依賴流體動力學的優(yōu)化和空氣沖刷來減少MBR系統(tǒng)中的膜結垢，新的努力更多是致力于通過加入化學藥物凝結并且絮凝活性污泥，從而將膠體和其他混合液成分結合在絮凝物中。這些過濾性增強化學藥物不僅對本體相(bulk phase)減少可溶的起垢物(foulant)有積極的影響,而且改進形成在膜的表面上的濾餅(cake)的透水性。最近，越來越多的努力致力于在MBR系統(tǒng)中改進微生物混合液的過濾性并提高膜通量。選項包括使用無機凝結劑，例如鐵鹽和鋁鹽和鋁聚合物，粉狀的活性碳(PAC)和其它類型的惰性粒子(例如，樹脂)，以及水溶性高分子。對無機凝結劑的使用將增加污泥的產 生，并且只適用于狹窄的PH值范圍。粉狀的活性碳加入MBR系統(tǒng)將不僅增加污泥濃度，還可以由于PAC堵塞膜孔而導致不可逆的滲透性損失，以及由于PAC的磨損性導致的膜磨損。當加入的PAC濃度變得較高時(例如，600mg/L或者以上)，這些問題將放大，可出現額外的結垢。因此，需要有效的處理，用于膜通量提高，MBR效率改善和混合液過濾性增強。
發(fā)明概要公開了一種在膜生物反應器(MBR)系統(tǒng)中處理混合液的方法，其中將有效量的處理組合物加到該混合液中。對混合液，處理組合物包括選自I)水溶性陽離子季銨淀粉和2)水溶性季銨淀粉/膠摻混物的成員。有效量的處理組合物被加到活性污泥中，用于調節(jié)活性污泥和用于提升MBR系統(tǒng)中的膜通量。本發(fā)明將結合附圖進一步描述。附圖旨在顯示本發(fā)明的示例性實施方式，并且不應該被解釋為限制本發(fā)明所有可以利用的方式。


圖I是根據本發(fā)明一實施方式的MBR的典型實施例的示意圖。詳細說明在此使用時，MBR表示膜生物反應器或者膜生物學反應器。"混合液(mixedliquor)"或者"活性污泥"表示如下物質的混合物廢水，用來降解廢水中的有機材料的微生物，來源于細胞物種、細胞副產物和/或廢產物或者細胞殘骸的含有機物的材料?；旌弦哼€可以包含膠狀和粒狀材料(即，生物質/生物固體)和/或可溶的分子或者生物聚合物(即多糖，蛋白質，等等)。"混合液懸浮固體"("MLSS")表示在該混合液中處理有機材料的生物質的濃度。"過量的活性污泥"指的是被連續(xù)從生物反應器抽出的活性污泥，以便在生物反應器里保持恒定的污泥齡(sludge age)。本發(fā)明涉及處理混合液的方法，其通過將處理組合物加入到混合液來調節(jié)該混合液并改進膜反應器系統(tǒng)(MBR)中的通量，所述處理組合物包括水溶性陽離子季銨淀粉(I)或陽離子季銨淀粉/膠摻混物(II)或者(I)和(II)的混合物。至于可被應用的陽離子季銨淀粉(CQS) (I)，其在美國專利4，088，600中描述?；旧?，像在美國專利4，088，600中闡述的那樣，CQS主要由兩部分，即淀粉基團和季銨鹽基團組成。淀粉基團可以是由許多淀粉和淀粉級分制備，包括酸或酶改性的玉米淀粉或者糯性谷物淀粉。示例性的淀粉包括原始或改性形式的如用酸、氧化劑等改性的從玉米、馬鈴薯、木薯、西米、米、小麥、糯玉米、高粱、谷物淀粉制備的那些；到直鏈淀粉和支鏈淀粉，和分別到玉米淀粉的線性和分枝成分，以及到糊精。用來形成CQS的季銨化合物通常是公式
權利要求
1.一種在膜生物反應器(MBR)系統(tǒng)中處理混合液的方法，其包括將有效量的處理組合物加到混合液中，所述處理組合物包括選自I)水溶性陽離子季銨淀粉和2)水溶性季銨淀粉/膠摻混物的成員。
2.如權利要求I所述的方法，其中所述水溶性陽離子淀粉存在，并且具有公式
3.根據權利要求2所述的方法，其中淀粉選自玉米、馬鈴薯木薯、西米、小麥、糯玉米、高粱、谷物淀粉和糊精。
4.根據權利要求2所述的方法，其中組合物的取代度在O.2到I. 2的范圍內。
5.根據權利要求2所述的方法，其中組合物的取代度在O.I到I. 8的范圍內。
6.根據權利要求2所述的方法，其中，在與膜表面直接接觸之前，水溶性季銨淀粉與混合液混合。
7.如權利要求6所述的方法，其中通過把水溶性陽離子季銨淀粉送進發(fā)生強烈混合的MBR的區(qū)域來完成混合。
8.如權利要求6所述的方法，其中通過把水溶性陽離子季銨淀粉送進發(fā)生足夠混合時間的MBR的區(qū)域來完成混合。
9.如權利要求I所述的方法,其中所述處理組合物被以大約5ppm到大約1，OOOppm的量送到所述混合液。
10.根據權利要求I所述的方法，其中所述水溶性季銨淀粉/膠摻混物存在，所述陽離子銨改性淀粉具有公式
11.根據權利要求10所述的方法，其中膠選自瓜爾膠，羧甲基纖維素，丙二醇藻酸酯，刺槐豆卡拉牙膠，藻酸鈉和黃原膠。
12.根據權利要求10所述的方法，其中淀粉選自玉米、馬鈴薯、木薯、西米、米小麥、糯玉米、高粱、谷物淀粉和糊精。
13.根據權利要求10所述的方法，其中組合物的取代度在O.2到I. 2的范圍內。
14.根據權利要求10所述的方法，其中組合物的取代度在O.I到I. 8的范圍內。
15.根據權利要求10所述的方法，其中在組合物中的膠的濃度在I.0-2. 1%重量范圍內，并且淀粉的濃度在12-16%重量范圍內。
16.如權利要求10所述的方法，其中，在和膜表面直接接觸之前，水溶性季銨淀粉/膠摻混物與混合液混合。
17.如權利要求16所述的方法，其中通過把水溶性季銨淀粉/膠摻混物送進發(fā)生強烈混合的MBR的區(qū)域來完成混合。
18.如權利要求16所述的方法，其中通過把水溶性季銨淀粉/膠摻混物送進發(fā)生足夠混合時間的MBR的區(qū)域來完成混合。
全文摘要
公開了一種在膜生物反應器(MBR)系統(tǒng)中調節(jié)混合液的方法，其包括將有效量的處理組合物加到混合液中，處理組合物包括水溶性陽離子季銨淀粉或水溶性季銨淀粉/膠摻混物。還公開了一種在MBR系統(tǒng)中改善通量的方法，其包括將處理組合物加到MBR的混合液中。
文檔編號C02F1/54GK102892715SQ201080065968
公開日2013年1月23日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權日2010年3月31日
發(fā)明者王斯靖, S·R·瓦斯康塞羅斯 申請人:通用電氣公司