專利名稱：改進膜生物反應器性能的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通過將一種或多種高分子量陽離子聚合物添加到MBR中 的活性污泥來增加用于處理工業(yè)廢水的膜生物反應器("MBR")的性能。
背景
在MBR工藝中，膜污垢一直是限制工藝水力性能的重大問題。由于 膜污垢,MBR的通過量常降低且為了彌補通過量損失，經(jīng)常需要更多的膜。
近來，研究結果(Nagaoka等人，1996， 1998; Lee等人，2002)已經(jīng)指 出，膜污垢的主要原因之一為生物高分子，其包括由在MBR的活性污泥 中生長的生物質(zhì)所分泌的多糖和蛋白質(zhì)。
因此，開發(fā)了使用與接觸活性污泥的帶負電荷的膜不反應的陽離子聚 合物的方法(Collins和Salmen, 2004; Collins等人，2005)。在此方法中， 各種聚合物被直接添加到MBR活性污泥中并與生物高分子反應。所產(chǎn)生 的由生物高分子和合成的陽離子聚合物組成的顆粒不堵塞膜表面。
雖然在大多數(shù)MBR中已經(jīng)成功地運用了這些方法，但是已經(jīng)觀察到， 當使用低分子量的水溶性陽離子聚合物時， 一些污泥，特別是工業(yè)污泥， 并不總是充分凝聚。因此，存在對更有效地凝聚工業(yè)污泥的方法的需求。
發(fā)明概述
本發(fā)明提供了 一種調(diào)節(jié)在處理工業(yè)廢水的MBR中的活性污泥的方法， 該方法包括將有效量的具有大于約200,000道爾頓的分子量的一種或多 種陽離子聚合物添加到MBR的活性污泥中。
5本發(fā)明也提供了一種改進通過在處理工業(yè)廢水的MBR中的膜的通量 的方法，該方法包括將有效量的具有大于約200,000道爾頓的分子量的 一種或多種陽離子聚合物添加到MBR的活性污泥中。
本發(fā)明也提供了一種減少在MBR中的起泡的方法，該方法包括將 有效量的具有大于約200,000道爾頓的分子量的一種或多種陽離子聚合物 添加到MBR的活性污泥中。
本發(fā)明也提供了一種減少在所述MBR的膜中的污垢的方法，該方法 包括將有效量的具有大于約200,000道爾頓的分子量的一種或多種陽離 子聚合物添加到所述MBR的活性污泥中。
附圖簡述


圖1顯示了含有浸沒式膜的膜生物反應器的示意圖。
圖2顯示了含有外置式膜(external membrane)的膜生物反應器的示 意圖。
發(fā)明詳述
術語的定義 "MBR"指膜生物反應器。
"混合液"或"活性污泥"指廢水、用于降解廢水中有機物質(zhì)的微生物、 衍生自細胞物種的含有機物的物質(zhì)、細胞副產(chǎn)物和/或廢物、或細胞殘骸的
寸l分子或k物高分口子(即多糖^蛋白質(zhì)等)。、 、 5、
"混合液中的懸浮固體，，("MLSS，，)指正在處理有機物質(zhì)的生物質(zhì)在混 合液中的濃度。
"COD"指化學需氧量。
"調(diào)節(jié)"指使混合液中的可溶性生物高分子沉淀并使混合液中的顆粒狀 和膠狀有機物質(zhì)凝聚及絮凝以形成顆粒的較大聚集體，使得通過膜生物反應器濾膜的通量增加和膜污垢的減少。
"工業(yè)廢水，，指以下種類中的一種或多種在制造廠如食品廠、化工廠、
藥廠、紙漿/紙廠、精煉廠、才幾械廠、電子器件廠等中產(chǎn)生的廢水，與它的
COD無關；包括懸浮固體的作用的平均總COD高于500mg/L;包括氨氮 和有機氮)的TKN(總凱氏氮)小于未經(jīng)處理的廢水(raw wastewater)中的 總COD的5。/。； TP(總磷)含量小于COD的1%;來自垃圾的瀝出液；城市 廢水含量小于50%; COD/BOD5比超過1.5;及導電率超過1000 pS/cm。
如本文所使用的，以下縮寫和術語具有以下含義"DADMAC"指二烯 丙基二甲基氯化銨；DMAEA/MCQ指丙烯酸二甲氨基乙酯氯曱烷季鹽； DMAEA/BCQ指丙烯酸二曱氨基乙酯千基氯季鹽；DMAEM/MCQ指曱基 丙烯酸二曱氨基乙酯氯曱烷季鹽；和DMAEM/BCQ指曱基丙烯酸二曱氨 基乙酯節(jié)基氯季鹽。
"陽離子聚合物"指具有總正電荷的聚合物。本發(fā)明的陽離子聚合物包 括全部由陽離子單體組成的聚合物和主要由陽離子單體及非離子單體組 成的聚合物以及主要由陽離子單體和陰離子單體組成的聚合物。陽離子聚 合物也包括環(huán)氧氯丙烷與二烷基單胺或多胺的縮聚物及二氯乙烷與氨或 甲醛與胺鹽的縮聚物。本發(fā)明的陽離子聚合物包括如在PCT US01/10867 中描述的溶液聚合物、乳液聚合物、分散體聚合物(dispersion polymer) 和結構上改性的聚合物。
"陽離子單體，，指具有凈正電荷的單體。代表性的陽離子單體包括丙 烯酸二烷基氨基烷基酯和曱基丙烯酸二烷基氨基烷基酯及它們的季鹽或 酸式鹽，其包括但不限于，丙烯酸二曱氨基乙酯氯曱烷季鹽、丙烯酸二甲 氨基乙酯硫酸曱酯季鹽、丙烯酸二曱氨基(amnino)乙酯千基氯季鹽、丙烯 酸二曱M乙酯硫酸(sulfoiricacid)鹽、丙烯酸二曱氨基乙酯鹽酸鹽、曱基 丙烯酸二曱氨基乙酯氯曱烷季鹽、曱基丙烯酸二曱氨基乙酯硫酸曱酯季鹽 (quaternary salt)、曱基丙烯酸二甲氨基乙酯卡基氯季鹽、曱基丙烯酸二 曱氨基乙酯硫酸鹽、曱基丙烯酸二甲氨基乙酯鹽酸鹽；二烷基氨基烷基丙 烯酰胺(dialkylaminoalkylactylamide )或二烷基氨基烷基曱基丙烯酰胺和 它們的季鹽或酸式鹽，如丙烯酰氨基丙基三曱基氯化銨、二曱氨基丙基丙
7烯酰胺硫酸曱酯季鹽、二曱氨基丙基丙烯酰胺硫酸鹽、二曱氨基丙基丙烯 酰胺鹽酸鹽、甲基丙烯酰氨基丙基三曱基氯化銨、二曱氨基丙基曱基丙烯
酰胺石克酸曱酉旨季鹽(dimethylaminopropyl, methacrylamide methyl sulfate quaternary salt) 、 二曱氨基丙基曱基丙烯酰胺硫酸鹽、二曱氨基丙基甲基 丙烯酰胺鹽酸鹽；丙烯酸二乙氨基乙酯、曱基丙烯酸二乙氨基乙酯、二烯 丙基二乙基氯化銨和二烯丙基二曱基氯化銨。烷基通常為d-4烷基。
"非離子單體"指電中性的單體。代表性的非離子單體包括丙烯酰胺、 曱基丙烯酰胺、N-曱基丙烯酰胺、N,N-二曱基(曱基)丙烯酰胺、N,N-二乙 基(曱基)丙烯酰胺、N-異丙基(曱基)丙烯酰胺、N-叔丁基(曱基)丙烯酰胺、 N-(2)-羥丙基)曱基丙烯酰胺、N-羥曱基丙烯酰胺、N-乙烯基曱酰胺、N-乙 烯基乙酰胺、N-乙烯基-N-曱基乙酰胺、聚乙二醇(曱基)丙烯酸酯、聚乙二 醇單曱醚單(甲基)丙烯酸酉旨(acryate)、 N-乙烯基-2-吡咯烷酮、甘油單((曱基) 丙烯酸酯)、(曱基)丙烯酸2-羥乙酯、(曱基)丙烯酸2-羥丙酯、乙烯基曱砜 (vinyl methylsulfone)、乙酸乙烯酯、(甲基)丙烯酸縮水甘油酯及類似物。
"陰離子單體"指在高于某個pH范圍時具有負電荷的如本文定義的單 體。代表性的陰離子單體包括丙烯酸及包括但不限于丙烯酸鈉和丙烯酸 銨的丙烯酸鹽、曱基丙烯酸及包括但不限于曱基丙烯酸鈉和曱基丙烯酸銨 的曱基丙烯酸鹽、2-丙烯酰氨基-2-曱基丙烷磺酸(AMPS)、 AMPS的鈉鹽、 乙烯基磺酸鈉、苯乙烯磺酸鹽、馬來酸及包括但不限于其鈉鹽和銨鹽的馬 來酸鹽、磺酸鹽、衣康酸鹽、磺丙基丙烯酸鹽或磺丙基曱基丙烯酸鹽或這 些或其它可聚合羧酸或磺酸的其它水溶性形式?；菚趸０贰⑾┍?基磺酸鹽、乙烯基磺酸鈉、衣康酸、丙烯酰氛基曱基丁酸、富馬酸、乙烯 基膦酸、乙烯基磺酸、烯丙基膦酸、磺甲基化丙烯酰胺、膦酰甲基化 (phosphonomethylated)丙烯酰胺和類似物。
優(yōu)選實施方式
如上文所陳述的，出于多種原因，可將具有大于約200,000的分子量 的陽離子聚合物添加到用于工業(yè)廢水處理的MBR中的活性污泥中，所述 原因包括調(diào)節(jié)活性污泥；改進通過MBR中的膜的通量；減少MBR中的膜的污垢；以及減少MBR中的活性污泥的起泡。
各種量和類型的陽離子聚合物可被添加到活性污泥中。
在一個實施方式中，作為活性物的陽離子聚合物的有效量為從約3mg/L到約500mg/L。
在另一個實施方式中，陽離子聚合物含有選自由以下物質(zhì)組成的組的單體丙烯酸二甲氨基乙酯氯曱烷季鹽、丙烯酸二曱氨基乙酯硫酸甲酯季鹽、丙烯酸二曱氨基(amnino)乙酯節(jié)基氯季鹽、丙烯酸二曱氨基乙酯硫酸鹽、丙烯酸二甲氨基乙酯鹽酸鹽、曱基丙烯酸二曱氛基乙酯氯曱烷季鹽、曱基丙烯酸二曱氨基乙酯硫酸曱酯季鹽、曱基丙烯酸二甲氨基乙酯爺基氯季鹽、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯硫酸鹽、曱基丙烯酸二甲氨基乙酯鹽酸鹽；二烷基氨基烷基丙烯酰胺或二烷基氨基烷基曱基丙烯酰胺及它們的季鹽或酸式鹽，如丙烯酰氨基丙基三曱基氯化銨、二曱氨基丙基丙烯酰胺硫酸曱酯季鹽、二曱氨基丙基丙烯酰胺硫酸鹽、二曱氨基丙基丙烯酰胺鹽酸鹽、曱基丙烯酰氨基丙基三曱基氯化銨、二曱氨基丙基曱基丙烯酰胺硫酸曱酯季鹽、二曱氨基丙基曱基丙烯酰胺硫酸鹽、二曱氨基丙基曱基丙烯酰胺鹽酸鹽；丙烯酸二乙氨基乙酯、曱基丙烯酸二乙氨基乙酯、二烯丙基二乙基氯化銨和二烯丙基二曱基氯化銨。
在另一個實施方式中，陽離子聚合物選自由DMAEA/MCQ、DMAEA/BCQ、 DMAEM/MCQ、 DMAEM/BCQ、和應用曼尼希反應的聚
合物ia成的纟且。
用于處理工業(yè)廢水的陽離子聚合物可具有各種陽離子電荷。在一個實施方式中，陽離子聚合物基于所述陽離子聚合物中的單體的數(shù)目，具有范圍為從約5%到約100%的凈陽離子電荷。
通過向MBR中的活性污泥添加有效量的一種或多種二1^介離子、 一種或多種三價離子或其組合，可進一步處理MBR?？梢愿鞣N化學形式將離子添加到污泥中。通常，將這些離子添加到具有pH約6到約8的活性污泥中。如果pH不同于此范圍，可使用苛性堿和或石灰將pH調(diào)整回此范圍之內(nèi)。在一個實施方式中，二價離子選自由Ca和Mg組成的組。在一個進一步的實施方式中，Ca離子作為選自由CaCl2、 Ca(OH)2、 Ca(C2H302)2、CaO、及其水合物組成的組的化合物被添加。
在另一個實施方式中，Mg離子作為選自由MgCl2、 Mg(OH)2、Mg(C2H302)2、 MgS04、 MgO、及其水合物組成的組的化合物被添加。
在除此以外一個進一步的實施方式中，二價離子的有效量為從約10mg/1到約500 mg/l。
在另一個實施方式中，三價離子選自由Al和Fe組成的組。在一個進一步的實施方式中，三價離子的有效量為從約50mg/l到約1000mg/l。
可通過各種途徑，將陽離子聚合物、二價離子和三價離子添加到活性污泥中。
在一個實施方式中，通過將陽離子聚合物添加到進入所述MBR的進入流(influent stream)中，將所述陽離子聚合物添加到活性污泥中。
在另一個實施方式中，通過將陽離子聚合物添加到所述MBR的缺氧池中，將所述陽離子聚合物添加到活性污泥中。
在除此以外另 一個實施方式中，通過將陽離子聚合物添加到所述MBR的曝氣池(aeration tank)中或添加到所述MBR的膜貯罐(membrane tank)中來將所述陽離子聚合物添加到活性污泥中。膜貯罐指具有浸沒式膜且具有曝氣裝置的貯罐。曝氣池具有曝氣裝置，但在池內(nèi)部沒有膜。包含曝氣池的MBR具有外置式膜。
可在相同位置，順序地或與陽離子聚合物組合地添加二價離子、三價離子或其組合。
關于這些聚合物和離子如何被添加到MBR中的機制，存在許多對本領域普通技術人員來說可利用的技術。例如，陽離子聚合物處于轉(zhuǎn)筒(drum)中，其隨后^皮倒入MBR中。
本發(fā)明的方法論可應用于具有外置式膜或浸沒式膜的MBR。MBR可以各種方式配置。如在圖1中所示，MBR可配備有浸沒式膜。
10存在進入流(l)，其進入包括缺氧池(3)和具有浸沒式膜(5)的曝氣池/膜貯罐(4)的MBR。曝氣池/膜貯罐具有曝氣裝置(未顯示)。膜濾出物或流出物(7)離開膜(5)。保留在曝氣池/膜貯罐(4)中的活性污泥可返回，用于進一步處理(6)。 一種或多種陽離子聚合物和/或二價離子/三價離子(2)可被添加到進入流(l)、缺氧池(3)和曝氣池/膜貯罐(4)中。
如在圖2中所示，MBR可配備有外置式膜(5)。存在進入流(l),其進入包括缺氧池(3)和曝氣池(4)的MBR。曝氣池具有曝氣裝置(未顯示)。使用污泥循環(huán)泵(8)來將活性污泥？I入到外置式膜(5)中。膜濾出液或流出物(7)離開膜(5)。保留在膜貯罐(4)中的活性污泥可返回，用于進一步處理(6)。一種或多種陽離子聚合物和/或二價離子/三價離子(2)可被添加到進入流(1)、缺氧池(3)和曝氣池(4)中。
權利要求
1. 一種調(diào)節(jié)在處理工業(yè)廢水的MBR中的活性污泥的方法，所述方法包括a. 向所述活性污泥添加有效量的具有大于約200,000道爾頓的分子量的一種或多種陽離子聚合物。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中通過將所述陽離子聚合物添加到 進入所述MBR的進入流中，將所述聚合物添加到所述活性污泥中。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中通過將所述陽離子聚合物添加到 所述MBR的缺氧池中，將所述聚合物添加到所述活性污泥中。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中通過將所述陽離子聚合物添加到 所述MBR的曝氣池中或添加到所述MBR的膜貝i罐中，將所述聚合物添加 到所述活性污泥中。
5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，所述方法進一步包括將有效量的可添 加的一種或多種二價離子、 一種或多種三價離子或其組合添加到所述活性 污泥中。
6. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述陽離子聚合物含有選自由以 下物質(zhì)組成的組的單體丙烯酸二曱氨基乙酯氯甲烷季鹽、丙烯酸二甲氨 基乙酯硫酸曱酯季鹽、丙烯酸二曱氨基乙酯爺基氯季鹽、丙烯酸二曱氨基 乙酯硫酸鹽、丙烯酸二曱氨基乙酯鹽酸鹽、曱基丙烯酸二曱氨基乙酯氯曱 烷季鹽、曱基丙烯酸二曱氨基乙酯硫酸曱酯季鹽、曱基丙烯酸二甲氨基乙 酯千基氯季鹽、曱基丙烯酸二曱氨基乙酯硫酸鹽、甲基丙烯酸二曱氨基乙 酯鹽酸鹽；二烷基氨基烷基丙烯酰胺或二烷基氨基烷基曱基丙烯酰胺及它 們的季鹽或酸式鹽，如丙烯酰氨基丙基三曱基氯化銨、二甲氨基丙基丙烯 酰胺硫酸曱酯季鹽、二曱氨基丙基丙烯酰胺硫酸鹽、二曱氨基丙基丙烯酰 胺鹽酸鹽、曱基丙烯酰氨基丙基三曱基氯化銨、二曱氨基丙基曱基丙烯酰 胺硫酸曱酯季鹽、二甲氨基丙基曱基丙烯酰胺硫酸鹽、二曱氨基丙基曱基 丙烯酰胺鹽酸鹽；丙烯酸二乙氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙氨基乙酯、二烯丙基二乙基氯化銨和二烯丙基二曱基氯化銨。
7. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述陽離子聚合物選自由 DMAEA/MCQ 、 DMAEA/BCQ 、 DMAEM/MCQ 、和DMAEM/BCQ 、以及 利用曼尼希反應的聚合物組成的組。
8. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中作為活性物的所述陽離子聚合物 的有效量為從約3 mg/L到約500 mg/L。
9. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中所述二價離子選自由Ca和Mg 組成的組。
10. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中所述三價離子選自由Al和Fe 組成的組。
11. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述Ca離子以選自由CaCl2、 Ca(OH)2、 Ca(C2H302)2、 CaO、及其水合物組成的組的形式被添加到所述 MBR中。
12. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述陽離子聚合物基于所述陽 離子聚合物中的單體的數(shù)目，具有范圍為從約5%到約100%的凈陽離子電荷。
13. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中所述二價離子的有效量為從約 10mg/l到約500 mg/1。
14. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中所述三價離子的有效量為從約 50 mg/1到約1000 mg/1。
15. —種改進通過在處理工業(yè)廢水的膜生物反應器中的膜的通量的方 法，所述方法包括(a)將有效量的具有大于約200,000道爾頓的分子量的 一種或多種陽離子聚合物添加到所述MBR的活性污泥中。
16. —種減少在所述MBR中的活性污泥的起泡的方法，所述方法包括 將有效量的具有大于約200,000道爾頓的分子量的一種或多種陽離子聚合 物添加到所述MBR的活性污泥中。
17. —種減少在所述MBR中的污垢的方法，所述方法包括將有效量的具有大于約200,000道爾頓的分子量的一種或多種陽離子聚合物添加到所 述MBR的活性污泥中。
18.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述Mg離子以選自由MaCl2、 Mg(OH)2、 Mg(C2H302)2、 MgS04、 MgO、及其水合物組成的組的形式被添 加到所述MBR中。
全文摘要
出于多種原因，可將具有大于約200,000的分子量的陽離子聚合物添加到用于工業(yè)廢水處理的MBR中的活性污泥中，所述原因包括調(diào)節(jié)活性污泥；改進通過MBR中的膜的通量；減少MBR中的膜的污垢；以及減少MBR中的活性污泥的起泡。
文檔編號C02F1/28GK101511739SQ200780033559
公開日2009年8月19日 申請日期2007年9月5日 優(yōu)先權日2006年9月13日
發(fā)明者尹圣勛, 約翰·H·柯林斯 申請人:納爾科公司