專利名稱：一種預(yù)防分置式mbr平板膜污染的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種預(yù)防分置式MBR平板膜污染的方法，及一種可以控制膜污染的分置式膜生物反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
膜生物反應(yīng)器(Membrane Bio-Reactor, MBR)工藝是一種將高效膜分離技術(shù)與活性污泥生物處理單元相結(jié)合的水處理技術(shù)。它的最大特點(diǎn)是把水處理廣泛應(yīng)用的物化處理和生物處理兩大處理方法結(jié)合成一體。MBR工藝對(duì)污染物的去除是基于活性污泥的生化機(jī)理和膜過(guò)濾的物化機(jī)理，活性污泥的代謝作用是去除污染物的中心環(huán)節(jié)，而生化降解與膜分離之間又存在著協(xié)同作用。 活性污泥工藝是當(dāng)前世界各國(guó)應(yīng)用最廣的一種二級(jí)生物處理技術(shù)，而將膜分離技術(shù)引入活性污泥法中，使活性污泥法的泥水分離技術(shù)發(fā)生了本質(zhì)變化，克服了傳統(tǒng)法的污泥流失和膨脹的弊病，徹底分離了水力停留時(shí)間(HRT)和污泥停留時(shí)間(SRT)，有利于難降解有機(jī)物分解菌等增殖緩慢的微生物的增長(zhǎng)。與傳統(tǒng)生物處理工藝相比，MBR具有流程簡(jiǎn)單、效率高、污泥濃度高、剩余污泥產(chǎn)量低、出水水質(zhì)好、設(shè)備占地面積小、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。出水水質(zhì)可達(dá)到或優(yōu)于《中華人民共和國(guó)生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GJ25. 1-89)》，可直接作為中水回用、城市園林綠化、掃除、消防等用水。并且膜的截留作用使生長(zhǎng)緩慢的微生物菌種得以繁殖生長(zhǎng)，擴(kuò)大MBR工藝的應(yīng)用范圍，該技術(shù)是近年來(lái)迅速發(fā)展的一種污水治理技術(shù)，已成為目前研究和應(yīng)用的熱
；ο依據(jù)膜組件與生物反應(yīng)器結(jié)合方式的不同，目前主要有兩種MBR工藝構(gòu)型浸沒(méi)式和分置式。水力學(xué)操作模式也包括兩種泵提式和氣提式。此外，還存在其他兩種膜工藝模式，即萃取式和擴(kuò)散式，但這兩種模式中膜的作用不是將微生物從水中分離出來(lái)。膜元件方面，盡管膜市場(chǎng)上有不同幾何形狀和構(gòu)型的膜產(chǎn)品，但在商業(yè)化MBR技術(shù)中占主導(dǎo)地位的有三種，即平板膜、中空纖維和多管膜。浸沒(méi)式MBR是將膜組件直接浸沒(méi)在活性污泥反應(yīng)內(nèi)進(jìn)行分離，無(wú)需外置式膜生物反應(yīng)器的混合液環(huán)路，滲濾液通過(guò)負(fù)壓抽吸或重力水頭驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過(guò)膜表面分離排出。通常在膜組件下方進(jìn)行曝氣，氣泡的上升運(yùn)動(dòng)可引發(fā)液體的內(nèi)部循環(huán)流動(dòng)，產(chǎn)生足夠的氣液混合剪切力，對(duì)膜表面進(jìn)行沖刷，從而可以減少污泥在膜表面的沉積，一定程度上可以達(dá)到控制和減緩膜污染的目的。在分置式MBR中，膜組件獨(dú)立于生物反應(yīng)器。泥水混合液由循環(huán)泵送入環(huán)路中的膜組件單元，在壓力差的驅(qū)動(dòng)下，滲濾液通過(guò)膜過(guò)濾分離后排放，截留混合液又返回反應(yīng)池中。分置式MBR通過(guò)料液循環(huán)錯(cuò)流運(yùn)行，其特點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作管理容易，膜組件易于更換及增設(shè)。分置式MBR的膜驅(qū)動(dòng)壓力(Transmembrane Pressure, TMP)和錯(cuò)流速率均由泵產(chǎn)生，通常為了減少污染物在膜面的沉積，需要循環(huán)泵提供較大的料液流速，故此類MBR的動(dòng)力消耗較大，同時(shí)頻繁高速的污泥回流形成的的剪切力會(huì)破壞污泥絮體，影響微生物的生長(zhǎng)和活性。膜組件形式主要有平板式、管式、中空纖維式、螺旋式、毛細(xì)管式等。在分置式中， 平板式、管式應(yīng)用較多在一體式中，多采用中空纖維式和平板式。MBR工藝作為一項(xiàng)新的工藝，在近兩年被較多的研究，其中在市政污水中水回用方面的研究更多，已經(jīng)有MBR工程實(shí)例，也取得了很好的效果。MBR技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，如污泥濃度高，污泥齡長(zhǎng)，決定了它可以對(duì)常規(guī)方法難處理的污水進(jìn)行有效的處理，該工藝除在市政污水回用方面有了較為廣泛的應(yīng)用外，在垃圾滲濾液、制藥廢水等高濃度、難處理廢水中也有了成功的應(yīng)用。膜生物反應(yīng)器是一高效的水處理技術(shù)，然而作為一種新型的技術(shù)其仍然存在自身的缺陷。由于膜在運(yùn)行過(guò)程中容易受到污染，造成膜通量下降，增加了膜清洗頻率和膜的更換頻率，直接影響了膜組件的效率和使用壽命，阻礙了其在實(shí)際中的廣泛應(yīng)用。膜污染是指被過(guò)濾料液中的某些組分在膜表面或膜孔中沉積導(dǎo)致膜滲透量下降的現(xiàn)象，包括膜孔吸附小分子溶質(zhì)、膜孔被大分子溶質(zhì)堵塞引起膜過(guò)濾阻力增加，膜表面形成濾餅層增加傳質(zhì)阻力。膜污染后其滲透通量嚴(yán)重下降，過(guò)膜壓力增大，截留效率下降。膜污染的影響因子紛繁復(fù)雜，中膜污染因子主要來(lái)自三個(gè)方面膜的性質(zhì)、操作條件和活性污泥混合液性質(zhì)。在工程運(yùn)行過(guò)程中，主要通過(guò)控制操作條件來(lái)降低膜污染對(duì)系統(tǒng)的影響。現(xiàn)階段膜污染控制的方案可以歸納為以下幾類
曝氣控制方案，主要通過(guò)控制曝氣方式與強(qiáng)度對(duì)膜表面污染物形成剪切力去除。例如， 一種射流氣提式分置膜生物反應(yīng)器的方法與裝置(申請(qǐng)?zhí)?專利號(hào)200810110776)，采用射流曝氣產(chǎn)生的劇烈攪動(dòng)作用又增加混合液中的傳質(zhì)速率，加速生化反應(yīng)，降低膜污染。其局限性在于曝氣方式的改變對(duì)能耗要求會(huì)比較大，且對(duì)應(yīng)剪切力需要的相對(duì)能耗可能大于采用其他介質(zhì)沖洗需要的能耗。外加電場(chǎng)或超聲波抗污染方案，主要通過(guò)外加能量產(chǎn)生對(duì)膜污染物的排斥與洗脫。例如，一種利用弱電場(chǎng)提高膜的抗污染性能和通量的方法(申請(qǐng)?zhí)?專利號(hào) 201010259595)，其特征是利用同性相斥原理，在膜面附近施加弱負(fù)電場(chǎng)增加對(duì)這些污染物的排斥作用，將膜污染物推離膜表面，因此具有延緩濾餅層形成，增加膜抗污染性能，提高通量、延長(zhǎng)過(guò)濾運(yùn)行周期的效果?；蛘呤且环N利用超聲在線控制膜污染發(fā)展的方法(申請(qǐng)?zhí)?/專利號(hào)200510011799)，采用超聲波可實(shí)現(xiàn)在較低的膜表面錯(cuò)流速度下，有效地在線控制膜污染發(fā)展。此類方法主要依靠外加能源進(jìn)行抗污染，需要額外增加設(shè)備與能耗，增加操作與日常運(yùn)行維護(hù)的難度。投加藥劑等抗污染方案，主要添加混凝藥劑沉淀活性污泥或依靠沸石粉與污泥的協(xié)同作用，減輕平板膜表面的污染。如減輕膜污染的強(qiáng)化混凝一氣提一膜的一體化方法及裝置(申請(qǐng)?zhí)?專利號(hào)201010101535)，混凝活性污泥防止污泥結(jié)體產(chǎn)生的膜污染物?；蛘呤且环N減輕平板膜-膜生物反應(yīng)器膜污染的方法(申請(qǐng)?zhí)?專利號(hào)20041005^43)，投加一定量的沸石粉，依靠沸石粉與污泥的協(xié)同作用，減輕平板膜表面的污染，有效減緩膜通量的下降速度。投加藥劑會(huì)增加運(yùn)行成本，投加混凝絮凝可能對(duì)活性污泥的性狀產(chǎn)生影響，絮凝劑本身屬于高分子化合物，可能加重膜污染。投加沸石可能只是強(qiáng)化脫氮的效果而對(duì)膜污染物去除效率不大，且不能回收，經(jīng)濟(jì)性較差。
膜污染的產(chǎn)生的主要原因是微生物產(chǎn)生的高分子有機(jī)物吸附在膜表面造成的通量下降，現(xiàn)有的膜污染控制技術(shù)用于減輕膜污染也主要是防止這種有機(jī)污染在膜表面的累積。這種高分子有機(jī)物在處理過(guò)程中難以生物降解，因此，需要對(duì)這些污染進(jìn)行富集與轉(zhuǎn)移才能從根本上減輕膜污染。由于這些高分子有機(jī)物吸附能力很強(qiáng)，曝氣形成的剪切力還不足以對(duì)表面吸附物進(jìn)行去除，而外加能源或藥劑會(huì)提升噸水處理成本且可能影響污泥性狀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種預(yù)防分置式MBR平板膜污染的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種可以減輕膜污染的分置式膜生物反應(yīng)器。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種預(yù)防分置式MBR平板膜污染的方法，包括在膜組件箱中增加底部和頂部篩網(wǎng)，篩網(wǎng)之間加入顆粒填料，顆粒填料的直徑大于篩網(wǎng)的網(wǎng)孔直徑。優(yōu)選的，所述顆粒填料為圓形，可以減少間隙堵塞現(xiàn)象的產(chǎn)生。優(yōu)選的，所述顆粒填料的密度為1. Γ1. 2kg/m3。優(yōu)選的，顆粒填料的體積為上下篩網(wǎng)之間箱體體積的109Γ20%。優(yōu)選的，所述顆粒填料為陶粒、果殼、聚氨酯類、聚丙烯中的至少一種。優(yōu)選的，所述顆粒填料的直徑為2 4mm。優(yōu)選的，所述篩網(wǎng)的網(wǎng)孔直徑為0. 5 2mm，進(jìn)一步優(yōu)選的，網(wǎng)孔直徑為廣2mm，保證產(chǎn)生的氣泡剪切力能夠推動(dòng)填料層。優(yōu)選的，膜組件箱上設(shè)置有填料更換口。一種分置式膜生物反應(yīng)器，包括生化池和膜池，膜組件箱置于膜池中，所述膜組件箱底部與頂部各有一層篩網(wǎng)1，兩層篩網(wǎng)之間的箱體內(nèi)放置有平板膜組2，在兩層篩網(wǎng)之間的箱體內(nèi)加入顆粒填料3，顆粒填料的直徑大于篩網(wǎng)的網(wǎng)孔直徑。優(yōu)選的，所述分置式膜生物反應(yīng)器的平板膜組中各平板膜之間的間隙為2(T30mm， 當(dāng)氣泡攪動(dòng)時(shí)，6-8倍的間隙率不容易產(chǎn)生堵塞。本發(fā)明的有益效果在于
(1)本發(fā)明的方法是在膜生物反應(yīng)器增加了填料顆粒，使其在膜組件中循環(huán)攪動(dòng)，彌補(bǔ)了普通曝氣對(duì)于膜表面剪切力的不足，提高對(duì)于膜表面的清洗作用。在不多增加曝氣量，不破壞膜表面，不影響出水水質(zhì)的前提下，降低了膜污染發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，有效降低化學(xué)清洗的頻率，延長(zhǎng)膜清洗的間隔時(shí)間30%左右。是一種低成本、高效的防治膜污染的方法。(2)所用顆粒成本低，有剛性介質(zhì)存在可以強(qiáng)化汽水在膜表面的剪切力，并且能夠吸附形成污染的膠體、蛋白質(zhì)、脂類。填料價(jià)格便宜，可以更換或者取出清洗自然風(fēng)干后繼續(xù)使用。


圖1是本發(fā)明的分置式膜生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的膜組件箱結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的MBR系統(tǒng)與對(duì)照系統(tǒng)在相同運(yùn)行條件下膜間壓差比較；
5圖4是本發(fā)明實(shí)施例1的MBR系統(tǒng)與對(duì)照系統(tǒng)在相同運(yùn)行條件下化學(xué)清洗時(shí)間點(diǎn)與對(duì)應(yīng)膜通量回收率比較；
圖5是采用本發(fā)明的膜生物反應(yīng)器處理實(shí)際印染廢水的效果； 圖6是本發(fā)明實(shí)施例2的MBR系統(tǒng)與對(duì)照系統(tǒng)在相同運(yùn)行條件下膜間壓差比較。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不局限于此。實(shí)施例1預(yù)防分置式MBR平板膜污染的方法1
一種分置式膜生物反應(yīng)器，由生化池和膜池兩部分組成，膜組件箱置于膜池中(見圖 1)。如圖2所示，本發(fā)明在膜組件箱底部與頂部各設(shè)置一層篩網(wǎng)1，兩層篩網(wǎng)之間的箱體內(nèi)放置有平板膜組2，在兩層篩網(wǎng)之間的箱體內(nèi)加入顆粒填料3，顆粒填料的直徑大于篩網(wǎng)的網(wǎng)孔直徑，底部篩網(wǎng)下放置曝氣管4，膜組件箱上設(shè)置有填料更換窗口 5，用于填料的更換與篩網(wǎng)清理。在本實(shí)施例中，篩網(wǎng)的網(wǎng)孔直徑為2mm ；所用顆粒填料為圓形陶粒，密度為1. Ikg/ m3，直徑為2. 5 3mm，填料總體積為上下篩網(wǎng)之間的箱體體積的12. 5% ；所用平板膜組，各平板膜之間的間隙為25mm，當(dāng)氣泡攪動(dòng)時(shí)，該間隙率不容易產(chǎn)生堵塞。底部曝氣采用高壓曝氣，降低進(jìn)氣量提高進(jìn)氣壓力。增加曝氣對(duì)填料的循環(huán)攪拌力度。效果實(shí)驗(yàn)
以下實(shí)驗(yàn)中均是一本發(fā)明實(shí)施例1的裝置與對(duì)照系統(tǒng)作比較，對(duì)照系統(tǒng)為實(shí)施例1的裝置沒(méi)有上下篩網(wǎng)，不加顆粒填料。1.本發(fā)明的膜生物反應(yīng)器對(duì)相通透過(guò)流量情況下的膜間壓差
由圖3中可以看出，在相通的透過(guò)流量下，加填料顆粒系統(tǒng)的膜間壓差在相同運(yùn)行條件下，可以有效的降低膜污染產(chǎn)生的時(shí)間。對(duì)照系統(tǒng)運(yùn)行200天膜間壓差就高達(dá)69 kpa，而加入顆粒填料的系統(tǒng)膜間壓差為34 kpa，有效的降低了膜污染程度。加入顆粒的系統(tǒng)可以降低膜清洗的頻率，相通操作條件下，可以將運(yùn)行清洗時(shí)間間隔延長(zhǎng)30%。2.化學(xué)清洗頻率與回收率
通過(guò)本發(fā)明的膜生物反應(yīng)器與對(duì)照系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行600天的清洗頻率與清洗后膜通量回收率的比較來(lái)看。加入顆粒填料的系統(tǒng)，清洗時(shí)間間隔延長(zhǎng)，且膜通量回收率可以提高 3-5% (見圖 4)。3.本發(fā)明的膜生物反應(yīng)器對(duì)COD去除效率與MLSS負(fù)荷
用本發(fā)明的膜生物反應(yīng)器建設(shè)一套產(chǎn)水量30m3/d的系統(tǒng)，其COD去除率與MLSS負(fù)荷見圖5。中試系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行6個(gè)月，180天的出水穩(wěn)定，當(dāng)污泥容積負(fù)荷平均為^gC0D/m3. d 時(shí)，COD平均去除率在95%的以上。這說(shuō)明顆粒系統(tǒng)不會(huì)對(duì)膜產(chǎn)生負(fù)面影響，同時(shí)能保證出水效率與污染物去除能力。實(shí)施例2預(yù)防分置式MBR平板膜污染的方法2
在本實(shí)施例中，分置式膜生物反應(yīng)器，篩網(wǎng)的網(wǎng)孔直徑為1.5mm;所用顆粒填料為圓形果殼填料(山核桃殼為主)，密度范圍為1.廣1.25 kg/m3，平均密度1. 15 kg/m3，直徑為 1.纊3mm，平均直徑2. 2mm。填料總體積為上下篩網(wǎng)之間的箱體體積的20% ；所用平板膜組， 各平板膜之間的間隙為20mm。底部曝氣采用高壓曝氣，降低進(jìn)氣量提高進(jìn)氣壓力。增加曝氣對(duì)填料的循環(huán)攪拌力度。膜生物反應(yīng)器對(duì)相通透過(guò)流量情況下的膜間壓差
由圖6中可以看出，在相通的透過(guò)流量下，加填料顆粒系統(tǒng)的膜間壓差在相同運(yùn)行條件下，可以有效的降低膜污染產(chǎn)生的時(shí)間。系統(tǒng)運(yùn)行700天，加入顆粒填料的系統(tǒng)膜間壓差較對(duì)照系統(tǒng)升高的速率較低，有效的降低了膜污染程度。加入顆粒的系統(tǒng)可以降低膜清洗的頻率，相通操作條件下，可以將運(yùn)行清洗時(shí)間間隔延長(zhǎng)。以上實(shí)施例僅為介紹本發(fā)明的優(yōu)選案例，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不背離本發(fā)明精神的范圍內(nèi)所進(jìn)行的任何顯而易見的變化和改進(jìn)，都應(yīng)被視為本發(fā)明的一部分。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)防分置式MBR平板膜污染的方法，包括在膜組件箱中增加底部和頂部篩網(wǎng)， 篩網(wǎng)之間加入顆粒填料，顆粒填料的直徑大于篩網(wǎng)的網(wǎng)孔直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述顆粒填料為圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述顆粒填料的密度為1.Γ1. ^cg/rn3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，顆粒填料的體積為上下篩網(wǎng)之間箱體體積的10% 20%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述顆粒填料為陶粒、果殼、聚氨酯類、聚丙烯中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述顆粒填料的直徑為2 4mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述篩網(wǎng)的網(wǎng)孔直徑為0.5 2mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，膜組件箱上設(shè)置有填料更換口。
9.一種分置式膜生物反應(yīng)器，包括生化池和膜池，膜組件箱置于膜池中，其特征在于 所述膜組件箱底部與頂部各有一層篩網(wǎng)(1)，兩層篩網(wǎng)之間的箱體內(nèi)放置有平板膜組(2)， 在兩層篩網(wǎng)之間的箱體內(nèi)加入顆粒填料(3)，顆粒填料的直徑大于篩網(wǎng)的網(wǎng)孔直徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的分置式膜生物反應(yīng)器，其特征在于平板膜組中各平板膜之間的間隙為2(T30mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種預(yù)防分置式MBR平板膜污染的方法，包括在膜組件箱中增加底部和頂部篩網(wǎng)，篩網(wǎng)之間加入顆粒填料，顆粒填料的直徑大于篩網(wǎng)的網(wǎng)孔直徑。本發(fā)明的方法是在膜生物反應(yīng)器增加了填料顆粒，使其在膜組件中循環(huán)攪動(dòng)，彌補(bǔ)了普通曝氣對(duì)于膜表面剪切力的不足，提高對(duì)于膜表面的清洗作用。在不多增加曝氣量，不破壞膜表面，不影響出水水質(zhì)的前提下，降低了膜污染發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，有效降低化學(xué)清洗的頻率，延長(zhǎng)膜清洗的間隔時(shí)間30%左右。是一種低成本、高效的防治膜污染的方法。
文檔編號(hào)B01D65/04GK102553450SQ20121002732
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月8日
發(fā)明者伍珂, 曹姝文 申請(qǐng)人:廣州市環(huán)境保護(hù)工程設(shè)計(jì)院有限公司