專(zhuān)利名稱(chēng)：減輕膜生物反應(yīng)器中膜污染的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減輕浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器(Membrane Bioreactor, MBR)中膜污染(Membrane Fouling)的方法，尤其是一種通過(guò)在MBR工藝進(jìn)水中投加鈣離子減輕膜污染的方法。
背景技術(shù)：
MBR是一種膜分離與生物技術(shù)相結(jié)合的污水處理新工藝，具有占地面積小、剩余污泥量少、出水水質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，近年來(lái)在工業(yè)和市政廢水處理、污水再生利用中逐步得到認(rèn)可。而制約其大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用主要是膜污染問(wèn)題，而膜污染是MBR運(yùn)行中不可避免的現(xiàn)象。 膜污染對(duì)膜性能的影響相當(dāng)大，與未污染的膜比，膜通量可降低20-40%，污染嚴(yán)重時(shí)能使通量下降80%以上。膜污染不僅降低膜的性能，而且縮短了膜的使用壽命。目前，控制MBR中膜污染的措施主要包括以下幾個(gè)方面改善污泥混合液性質(zhì)或?qū)M(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理、膜改性或開(kāi)發(fā)新型抗污染膜、優(yōu)化MBR中的操作條件及污染膜清洗等等。其中，膜改性技術(shù)存在過(guò)程復(fù)雜、成本高等問(wèn)題，新型抗污染膜的開(kāi)發(fā)需要一定的時(shí)間， 且存在未知性，目前尚不合適于大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。操作條件中提高曝氣強(qiáng)度，雖能夠減緩污泥顆粒在膜表面的沉積，但高的曝氣強(qiáng)度造成高的錯(cuò)流速率，其產(chǎn)生的剪切力效應(yīng)使得污泥顆粒變得細(xì)小，將增加膜孔吸附和堵塞的機(jī)會(huì)，加劇膜污染；此外，高的曝氣強(qiáng)度也會(huì)增加運(yùn)行成本。MBR工藝中膜污染主要與污泥混合液性質(zhì)、膜的性質(zhì)和操作條件三個(gè)因素有關(guān)，其中污泥混合液性質(zhì)對(duì)膜污染的影響最大。有研究表明，污泥混合液中的微生物代謝產(chǎn)物一胞外聚合物(EPQ能夠沉積在膜面形成凝膠層，凝膠層的形成不但增加了膜面的有機(jī)污染，還會(huì)改變膜面的物化性質(zhì)(例如電荷和疏水性等)，促進(jìn)了微生物在膜面的粘附，從而加劇膜面的生物污染。因此，有污泥混合液中的EPS含量越高，膜污染越嚴(yán)重現(xiàn)象。Floc size distribution in a membrane bioreactor and consequences for membrane fouling. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 1998，138 (2- :403、11報(bào)導(dǎo)在膜過(guò)濾過(guò)程中，較大絮體形成的泥餅具有多孔性和滲透性，能夠降低堵塞膜孔，從而減輕膜污染。Comparison of bacterial extracellular polymer extraction methods. Applied and Environmental Microbiology, 1980，40(2):179-185 ；Extraction of extracellular polymers from activated sludge using a cation exchange resin.. Water Research, 1996， 30(8):1749-1758 ；Activated sludge surfaces in relation to the sludge volume index. Water Research, 1971，5(10):861-870 ；Purification and characterization of extracellular polysaccharide from activated sludge. Water Research, 1986， 20(11): 1427-1432，報(bào)導(dǎo)通過(guò)向污水中加入入鈣/鋁離子，可與EPS表面帶負(fù)電荷的官能團(tuán)發(fā)生架橋和粘附作用(改變污泥混合液性質(zhì))，從而強(qiáng)化生物絮凝作用，有利于較大粒徑的絮體形成，增加泥餅層可壓縮性，從而緩解膜污染。
現(xiàn)有大量研究表明，人攝入過(guò)量鋁離子，會(huì)影響寶寶的骨骼和神經(jīng)發(fā)育，易引發(fā)老年性癡呆，還易使人過(guò)早衰老；此外鋁還可抑制磷的吸收，干擾體內(nèi)正常鈣磷代謝，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松、骨折等。加入鋁離了會(huì)使水中鋁離子含量超標(biāo)，排入水體會(huì)使水中鋁超標(biāo)，這是不希望的。在MBR反應(yīng)器中投加鈣離子，導(dǎo)致混合液局部鈣離子濃度過(guò)高，有研究表明(膜生物反應(yīng)器膜污染行為的識(shí)別與表征[D].遼寧大連理工大學(xué)，2007)當(dāng)鈣離子濃度較高時(shí)，以溶解態(tài)形式存在的鈣離子會(huì)與水中分解的CO/—等陰離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成小而密實(shí)的無(wú)機(jī)小顆粒(如CaCO3)。而在膜過(guò)濾過(guò)程中，這些小顆粒更易堵塞膜孔，從而會(huì)加重膜污染，降低或抵消加入鈣離子緩解膜污染的作用。此外，有研究還表明，如果添加鈣離子以無(wú)水氯化鈣作為藥劑投加，無(wú)水氯化鈣在溶解時(shí)放熱會(huì)產(chǎn)生大量熱量，將會(huì)對(duì)混合液中的微生物活性產(chǎn)生一定影響，會(huì)降低處理效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種加入鈣離子既能緩解膜污染，同時(shí)又能克服其自身帶來(lái)的缺點(diǎn)的減輕膜生物反應(yīng)器中膜污染的方法。本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)，主要改進(jìn)是改變鈣離子加入位置點(diǎn)，由原來(lái)在MBR反應(yīng)器(污泥混合液)中投加，改為在MBR反應(yīng)器前處理進(jìn)水中加入，達(dá)到既有利于緩解膜污染，又可使鈣離子對(duì)微生物活性及易形成小而密實(shí)無(wú)機(jī)小顆粒的影響降到最低，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的。具體說(shuō)，本發(fā)明減輕膜生物反應(yīng)器中膜污染的方法，包括向處理水中加入水溶性鈣化合物，其特征在于所說(shuō)水溶性鈣化合物加入是在膜生物反應(yīng)器前的進(jìn)水中，加入量以鈣離子計(jì)為30 - 200 mg/L。在詳細(xì)說(shuō)明前，先通過(guò)對(duì)發(fā)明能夠達(dá)到的基本功能及效果作一介紹，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本專(zhuān)利總體構(gòu)思技術(shù)方案及達(dá)到的基本技術(shù)效果有一個(gè)明確了解。本發(fā)明由于將加入能與污泥混合液中EPS發(fā)生架橋和粘附，強(qiáng)化生物絮凝作用的鈣離子，改在膜生物反應(yīng)器前的進(jìn)水中投加，不僅保留了向處理水中加入鈣離子形成較大粒徑絮體，增加泥餅層可壓縮性，減輕膜污染優(yōu)點(diǎn)；而且在處理進(jìn)水中加入(而不是反應(yīng)器中污泥混合液中加入)，其溶解產(chǎn)生熱迅速在污水進(jìn)入膜生物反應(yīng)器前消耗，因而不會(huì)因溶解放熱產(chǎn)生熱量對(duì)混合液中微生物活性產(chǎn)生影響，同時(shí)，此時(shí)水中有機(jī)物尚未分解，污染物仍以分子狀態(tài)存在，當(dāng)混合鈣離子進(jìn)入膜生物反應(yīng)器后，雖然此時(shí)水中有機(jī)物分解，會(huì)產(chǎn)生 CO32-等陰離子，但由于鈣離子隨污水一起進(jìn)入MBR中，并與污泥混合液充分混合，此時(shí)的鈣離子因與膜生物反應(yīng)器中存在的EPS發(fā)生架橋和粘附作用，而減少了與C032_等陰離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因而形成小而密實(shí)的無(wú)機(jī)小顆粒大大減少，也就不會(huì)對(duì)膜污染構(gòu)成威脅。鈣離子架橋和粘附作用，一方面把EPS中的多糖類(lèi)物質(zhì)吸附到結(jié)合型胞外聚合物(LB-EPS)中，降低了污泥混合液中EPS含量，緩解膜污染；另一方面架橋和粘附作用可增加污泥顆粒的平均粒徑，使形成的泥餅具有多孔性，滲透性，因而保持較高膜通量。本發(fā)明較現(xiàn)有MBR工藝，除改變水溶性鈣化合物投加位置點(diǎn)不同外，其余均同現(xiàn)有技術(shù)，例如投加濃度量，MBR工藝控制等等，就不一一另行敘述，此對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是清楚的。
加入水溶性鈣化合物，主要是加入后能在水中溶解形成鈣離子，理論上能在水中溶解能產(chǎn)生鈣離子的水溶性鈣化合物都可以應(yīng)用，但應(yīng)用于水處理，應(yīng)選擇經(jīng)濟(jì)性好、且加入后形成的其他離子對(duì)水不產(chǎn)生二次污染的水溶性鈣化合物更好，例如無(wú)水氯化鈣。本發(fā)明減輕膜生物反應(yīng)器中膜污染的方法，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，既保留了現(xiàn)有技術(shù) MBR工藝加入水溶性鈣化合物，降低污泥混合液中EPS含量，以及改變EPS性質(zhì)，達(dá)到緩解膜污染的優(yōu)點(diǎn)，又因鈣化合物加入是在膜生物反應(yīng)器外的進(jìn)水中，使得在溶解過(guò)程放熱在污水進(jìn)入膜生物反應(yīng)器前已經(jīng)得到消除，因而不會(huì)對(duì)膜生物反應(yīng)器中微生物產(chǎn)生影響，其次，加入后形成高濃度鈣離子，在進(jìn)入膜生物反應(yīng)器后，其與膜生物反應(yīng)器中存在的EPS發(fā)生架橋和粘附作用，要強(qiáng)于與C032_等陰離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，減少了與C032_等陰離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成小而密實(shí)無(wú)機(jī)小顆粒量，因而降低了加入鈣離子的負(fù)面作用，真正達(dá)到緩解膜污染，延長(zhǎng)膜使用壽命，降低MBR運(yùn)行成本。試驗(yàn)處理污水水質(zhì)及運(yùn)行條件COD 306^326 mg/L, NH3-N 27 30 mg/L。進(jìn)水中投加無(wú)水氯化鈣以鈣離子計(jì)為30-200 mg/L，采用恒通量操作模式，曝氣氣水比為50 :1，pH值為6. 8 7. 2，溫度為24l8°C，SRT (污泥停留時(shí)間)15 d，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)膜通量為18 L/(m2 -h)，出水泵抽停比為10 min 2 min。COD去除率 93% 100%，NH3-N去除率88% 100%，污泥濃度為3. 3 4. 0 g/L，污泥顆粒平均粒徑為134 177 μ m，LB-EPS 含量為 1.3 2. 2 mg/(g · VSS)，過(guò)濾總阻力為 1. 74 X IO12 7. 49 X IO12 1/m，可逆濾阻為 1. IX IO12 5. 19 X IO12 1/m，不可逆濾阻為 0. 11 X IO12 1. 8 X 1012l/m，跨膜壓差(TMP) 平均增長(zhǎng)速率為0. 77 2. 95 kPa/d。與在膜生物反應(yīng)器中投加相比，EPS含量降低20%，污泥顆粒平均粒徑增加16%，TMP平均增長(zhǎng)速率降低30%，從而有效減輕緩解膜污染帶來(lái)不利影響。此方法，用于骨加工廢水、檸檬酸廢水和垃圾滲濾液等廢水，因此類(lèi)廢水中含有較高的鈣離子，與外加鋁鹽混凝劑和氯化鐵絮凝劑處理相比，可大大降低MBR處理此類(lèi)廢水的成本，并延長(zhǎng)膜的使用壽命。以下結(jié)合幾個(gè)具體實(shí)施例，示例性說(shuō)明及幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明實(shí)質(zhì)，但實(shí)施例具體細(xì)節(jié)僅是為了說(shuō)明本發(fā)明，并不代表本發(fā)明構(gòu)思下全部技術(shù)方案，因此不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明總的技術(shù)方案限定，一些在技術(shù)人員看來(lái)，不偏離本發(fā)明構(gòu)思的非實(shí)質(zhì)性增加和/ 或改動(dòng)，例如以具有相同或相似技術(shù)效果的技術(shù)特征簡(jiǎn)單改變或替換，均屬本發(fā)明保護(hù)范圍。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 某污水處理廠原水，COD 313 mg/L, NH3-N 27 mg/L。膜生物反應(yīng)器SRT 為15 d，曝氣氣水比為50 :1，ρΗ值為6.8，溫度為M°C，反應(yīng)器采用恒通量操作模式，膜通量為18 L/(m2 *h)，出水泵的抽停比為10 min 2 min。反應(yīng)器前進(jìn)水中加入無(wú)水氯化鈣(以鈣離子計(jì)為30 mg/L)。運(yùn)行10 d后，COD去除率為97%，NH3-N去除率為96% ；污泥濃度為 5. 9 g/L,污泥顆粒體積平均粒徑為164 μ m, LB-EPS含量為2. 21mg/ (g · VSS)；過(guò)濾總阻力為5. 49 X IO12 1/m，可逆濾阻為1. 19X1012 1/m，不可逆濾阻為0. 92 X IO12 1/m ;TMP的平均增長(zhǎng)速率為2. 95 kPa/d。實(shí)施例2 某污水處理廠原水，進(jìn)水COD 326 mg/L, NH3-N 30 mg/L ；膜生物反應(yīng)器 SRT為15 d，曝氣氣水比為50 :1，pH值為7. 1，溫度為，反應(yīng)器采用恒通量操作模式， 膜通量為18 L/(m2 · h)，出水泵抽停比為10 min 2 min，進(jìn)水中加入無(wú)水氯化鈣(以鈣離計(jì)為100 mg/L)。運(yùn)行10 d后，COD去除率97%，NH3-N去除率90% ；污泥濃度6. 2g/L，污泥顆粒體積平均粒徑177 μ m, LB-EPS的含量2. 82 mg/(g · VSS)；過(guò)濾總阻力為6. 22 X IO12 1/m，可逆濾阻為1. 10 X IO12 1/m，不可逆濾阻1. 10 X IO12 1/m ；TMP的平均增長(zhǎng)速率為1. 87 kPa/do實(shí)施例3 某污水處理廠原水，進(jìn)水COD 306 mg/L, NH3-N 28 mg/L ；膜生物反應(yīng)器 SRT為15 d，曝氣氣水比為50 :1，ρΗ值為7. 2，溫度為28°C，反應(yīng)器采用恒通量操作模式，膜通量為18 L/(m2 · h)，出水泵抽停比為10 min 2 min，進(jìn)水中加入無(wú)水氯化鈣(以鈣離計(jì)為200 mg/L)。運(yùn)行10 d后，COD去除率97%，NH3-N去除率88% ；污泥濃度6. 2g/L，污泥顆粒體積平均粒徑172 μ m，LB-EPS含量為3. 21mg/(g · VSS)；過(guò)濾總阻力7. 74X1012 1/m, 可逆濾阻為1. 13X1012 1/m，不可逆濾阻1.84X IO12 1/m ;TMP的平均增長(zhǎng)速率為1. 68 kPa/
do此外，在不同濃度污水試驗(yàn)中，也表現(xiàn)上述相似效果。比較例1污水，不添加鈣離子，其它操作條件與例1相同，運(yùn)行10 d后，COD去除率97%，NH3-N去除率96% ；TMP的平均增長(zhǎng)速率3. 60 kPa/d,膜污染造成TMP較例1增加 18%。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在本專(zhuān)利構(gòu)思及具體實(shí)施例啟示下，能夠從本專(zhuān)利公開(kāi)內(nèi)容及常識(shí)直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的一些變形，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識(shí)到也可采用其他方法，或現(xiàn)有技術(shù)中常用公知技術(shù)的替代，以及特征的等效變化或修飾，特征間的相互不同組合，例如采用其他水溶性鈣化合物，等等的非實(shí)質(zhì)性改動(dòng)，同樣可以被應(yīng)用，都能實(shí)現(xiàn)本專(zhuān)利描述功能和效果，不再一一舉例展開(kāi)細(xì)說(shuō)，均屬于本專(zhuān)利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.減輕膜生物反應(yīng)器中膜污染的方法，包括向處理水中加入水溶性鈣化合物，其特征在于所說(shuō)水溶性鈣化合物加入是在膜生物反應(yīng)器前的進(jìn)水中，加入量以鈣離子計(jì)為30 -200mg/Lo
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述減輕膜生物反應(yīng)器中膜污染的方法，其特征在于水溶性鈣化合物為無(wú)水氯化鈣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種減輕浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器中膜污染的方法，其特征是向處理水中加入水溶性鈣化合物是在膜生物反應(yīng)器前的進(jìn)水中，加入量以鈣離子計(jì)為30－200mg/L。既保留了現(xiàn)有技術(shù)MBR工藝加入水溶性鈣化合物，降低污泥混合液中EPS含量，以及改變EPS性質(zhì)，達(dá)到緩解膜污染的優(yōu)點(diǎn)，又因鈣化合物加入是在膜生物反應(yīng)器外的進(jìn)水中，從而降低了向混合液中加入的負(fù)面作用，真正達(dá)到緩解膜污染，延長(zhǎng)膜使用壽命，降低MBR運(yùn)行成本。
文檔編號(hào)B01D65/06GK102491493SQ20111036870
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月20日
發(fā)明者丁祖軍, 堵國(guó)成, 徐國(guó)強(qiáng), 李秀芬, 王宏, 王新華, 王遠(yuǎn)飛, 陳康 申請(qǐng)人:江南大學(xué), 江蘇鼎澤環(huán)境工程有限公司