CN102295390A - 一种mbr膜污染控制的装置和方法 - Google Patents

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甘一萍
常江
张树军
彭永臻
刘立超
孟春霖
刘秀红
赵颖
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Abstract

本发明涉及一种MBR膜污染控制的装置,设有生物处理单元和浸没式膜处理单元,生物处理单元由厌氧池、缺氧池和好氧池构成,在生物处理单元和膜生物反应器之间设有一个快速沉淀池。控制的方法是:1)污水首先进入生物处理单元;2)生物单元出水进入与之相连的快速沉淀池;3)在快速沉淀池中实现泥水的快速分离,在运行过程中根据快速沉淀池的水力停留时间、生物处理单元的污泥浓度、脱氮除磷的要求调整快速沉淀池的污泥回流比;4)每隔1~4周根据膜污染情况进行膜清洗;5)每隔1~4周,在膜清洗的期间,排空膜池,排空混合。本发明适用于浸没式MBR工艺的新建或改造,能降低膜池的污泥浓度,保证生物处理单元的高污泥浓度,延长膜清洗的周期,占地少,效率高,效果好。

Description

一种MBR膜污染控制的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种污水处理的装置和方法,具体是一种高效经济的MBR膜污染控制装置和方法,采用装置和方法可以有效地缓解MBR膜污染的发生,延长膜清洗的周期,提高膜通量,降低膜清洗成本,适用于处理生活污水或工业废水的浸没式MBR工艺领域。 
背景技术
我国是人均淡水资源仅为世界平均水平的1/4,是全球人均水资源最贫乏的国家之一。随着我国经济的快速发展,水资源的消耗成倍增加,一方面造成了水资源的紧缺,同时也增加了污水的产生,全国废污水排放量由1980年的315亿吨增加到2002年的631亿吨。多数城市地下水受到一定程度污染,并且有逐年加重的趋势。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能,并且进一步加剧了水资源短缺的矛盾。污水处理及其资源化再利用是解决水资源短缺与水污染严重矛盾的有效措施。 
膜生物反应器是一种将膜分离技术与生物处理单元相组合的污水处理与回用工艺。该工艺由于采用高效的膜过滤替代传统活性污泥工艺中的二沉池,反应器内可保持高浓度的微生物量,处理容积负荷高,固液分离效率高,出水好且稳定;相对传统的污水处理工艺还具有占地面积小、出水水质稳定、剩余污泥产生量小、操作管理方便、自动化程度高等优点。由于其相对传统工艺的优越性,MBR在全球得到了广泛的应用,在我国也进入了大规模商业化应用阶段。据不完全统计,截至2010底年我国投入运行或在建的MBR系统已超过500套。 
虽然MBR在污水处理和回用中的应用日益增多。但是膜价格昂贵、膜污染以及能耗高等问题,限制了膜生物反应器的广泛应用。随着化工工业的发展,膜的生产成本大幅降低。加上膜处理工艺的优化,MBR的运行费用也随之降低,但膜污染问题仍没有得到很好的解决。膜污染是MBR发展所面临的一大难题,是限制MBR广泛应用的主要瓶颈。膜污染导致膜通量下降,增加膜组件更换和清洗的频率,从而增加MBR的折旧成本和运行费用。 
众多研究表明,许多因素能导致膜污染,包括滤膜的固有性质如:膜材质、表面电荷、亲/疏水性、膜孔径及分布等、膜组件的构造、操作条件如:膜通量、操作压力、膜面流速、运行温度、运行方式等和污泥混合液特性包括:悬浮固体浓度、粒度分布、溶解性有机物浓度、胞外聚合物浓度、黏度等。其中的污泥浓度对膜污染的产生具有重大影响。Fane的研究认为膜区污泥浓度与膜污染的速度呈很好的正相关性。Shimizu的研究发现膜通量的下降 与污泥浓度的增加呈对数关系。Yamamoto等人认为,在传统MBR中,当MLSS超过某一临界值后膜通量会急剧下降。我们在5万m3/d处理规模的MBR工程运行中发现,当膜池混合液浓度达到8000mg/L时,膜通量随时间下降幅度明显高于低混合液浓度(低于6000mg/L)的情况。综上所述,随着污泥浓度的增高,则膜污染速度加快。因此,若能降低膜池的污泥浓度,将能有效减缓膜污染。当前解决膜污染问题的技术主要是采用超声波、臭氧、投加化学药剂抑制膜污染。这几种方法在一定程度上能够缓解膜污染,但存在能耗大、增加药耗、运行成本高等问题,同时化学药剂还在系统中引入了二次污染。因此,需要提出更好的减缓膜污染技术方案。 
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题,提出一种MBR膜污染控制的装置和方法,该装置和方法是通过工艺结构的改变降低膜池的污泥浓度,同时保证了生物处理单元的高污泥浓度,而且占地面积小,污水停留时间短,效率高,效果好。 
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种MBR膜污染控制的装置,设有生物处理单元和浸没式膜处理单元,所述生物处理单元由厌氧池、缺氧池和好氧池构成,其特征是:在所述生物处理单元和膜处理单元之间设有一个快速沉淀池,该快速沉淀池为圆筒形池壁,底部为漏斗形,漏斗形的底部设有集泥槽,该集泥槽通过一个设有液下推进器或气提装置的污泥回流设备与所述生物处理单元的厌氧池前端连通;快速沉淀池中间设有上下开口的污泥沉降筒,该沉降筒通过进水管与所述生物处理单元的出水口连通,在快速沉降池的上口设有溢流堰,该溢流堰设有溢水管与膜处理单元连通;生物处理单元的污水进水管、生物处理单元与快速沉淀池连通的水管和所述污泥回流管上均设有控制阀门。 
利用上述装置进行MBR膜污染控制的方法:其特征包括以下步骤: 
1)污水首先进入生物处理单元:将污水放入生物处理单元,污水中大部分的有机污染物和含氮物质在生物处理单元得到去除,生物处理单元内污泥浓度保持在6000-8000mg/L左右,水力停留时间为6-8h; 
2)生物单元出水进入与之相连的快速沉淀池,快速沉淀池沉降时间为15-30min,在快速沉淀池中实现泥水的快速分离,沉降性能较好的活性污泥在快速沉淀池中迅速沉降,沉降性能不好的从溢流堰的溢水管随出水进入膜处理单元,在运行过程中根据快速沉淀池的水力停留时间、生物处理单元的污泥浓度、脱氮除磷的要求调整快速沉淀池的污泥回流比;使用液下推进器或气提装置进行回流,回流比控制在100%300%。 
3)每隔1~4周根据膜污染情况进行膜清洗; 
4)每隔1~4周,在膜清洗的期间,排空膜池,排空混合液不返回前段生物处理单元,直接进行浓缩脱水。具体排放间隔根据膜池混合液浓度、混合液粘度等污泥特性进行确定。 
本发明的运行原理:本发明在生物处理单元与膜池间增加快速沉淀池,生物处理单元出水首先进入快速沉淀池,在快速沉淀池中沉降性能好的活性污泥混合液悬浮固体迅速沉降,沉降性能较差的活性污泥从快速沉淀池上部溢流出水进入膜池,快速沉淀池底部沉降活性污泥通过液下推进器或气提装置回流进入前端生物处理单元。快速沉淀池不同与一般活性污泥法中的二沉池,沉淀时间短,容积小,该工艺沉淀池水力停留时间小于30分钟,而一般活性污泥法后二沉池沉淀时间为1.5~4.0h。容积小于常规二沉池的1/6;污泥上浮及漂泥不影响系统的运行,不需要实现完全的泥水分离。 
本发明具有以下优点: 
一、缓解膜污染,控制膜污染效果好,与在相同工艺条件下的传统MBR对比发现,在产水量相同的情况下,该工艺膜通量下降幅度是传统MBR的50%,在3个月的运行中,膜清洗次数相对于传统MBR工艺减少在50%以上; 
二、减少了膜清洗化学药剂的使用量是传统MBR的50%以上,大幅降低了运行成本; 
三、由于该工艺减少了膜清洗次数、时间,增加了在相同运行时间内膜产水的时间,提高了膜的使用效率; 
四、该工艺在不投加化学药剂的基础上实现膜污染的控制,对系统无二次污染; 
五、由于该工艺有效缓解了膜污染,能够在较高通量下运行而避免膜污染的加剧,提高系统的抗水力冲击负荷性能。可在系统水量增大时高通量运行,克服了传统MBR产水量存在限制、抗水力冲击负荷能力差的缺点。 
附图说明
图1是本发明的实施案例膜生物反应器结构示意图。 
本发明装置的外形并不受此图的限制,仅外形改变也属于本发明的保护范围。 
具体实施方式
实施例1:一种使用下述方法的MBR膜污染控制的装置,设有生物处理单元1和浸没式膜处理单元3,所述生物处理单元由厌氧池、缺氧池和好氧池构成,其特征是:在所述生物处理单元和膜处理单元之间设有一个快速沉淀池2,该快速沉淀池为圆筒形池壁,底部23为漏斗形,漏斗形的底部设有集泥槽24,该集泥槽通过一个设有液下推进器或气提装置的污泥回流装置4与所述生物处理单元的厌氧池前端连通;快速沉淀池中间设有上下开口的污泥沉降筒20,该沉降筒通过进水管与所述生物处理单元的出水口连通,在快速沉降池的上 口设有溢流堰21,该溢流堰设有溢水管22与膜处理单元连通;生物处理单元的污水进水管11、生物处理单元与快速沉淀池连通的水管12和所述污泥回流管41上均设有控制阀门110、120、410。生物处理单元内污泥浓度在8000mg/L左右,水力停留时间为8h。大部分的有机污染物和含氮物质在生物处理单元得到去除,生物单元出水进入与之相连的快速沉淀池,快速沉淀池沉降时间为15min,沉降性能较好的活性污泥在快速沉淀池中迅速沉降,沉降性能不好的从溢流堰随出水进入膜池。在产水量为30m3时,新型膜生物反应器的膜通量下降幅度是对照膜生物反应器的50%,每2周清洗一次。在3个月的运行中,膜清洗次数比对照反应器减少在50%以上,节约膜清洗药剂成本50%以上。 
实施例2:一种MBR膜污染控制的装置由生物处理单元、快速沉淀池、膜池组成。污水首先进入生物处理单元,生物处理单元内污泥浓度在7000mg/L左右,水力停留时间为6h。生物单元出水进入与之相连的快速沉淀池,快速沉淀池沉降时间为20min,沉降性能较好的活性污泥在快速沉淀池中迅速沉降,沉降性能不好的从溢流堰随出水进入膜反应器池。该反应器每3周进行一次日常性清洗,运行3个月未进行维护下清洗,膜通量始终维持在18L/m2h,有效地控制了膜污染现象的发生。 
以上仅是本发明的2个具体实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本专利的保护范围。 

Claims (1)

1.一种使用下述方法的MBR膜污染控制的装置,设有生物处理单元(1)和浸没式膜处理单元(3),所述生物处理单元由厌氧池、缺氧池和好氧池构成,其特征是:在所述生物处理单元和膜处理单元之间设有一个快速沉淀池(2),该快速沉淀池为圆筒形池壁,底部(23)为漏斗形,漏斗形的底部设有集泥槽(24),该集泥槽通过一个设有液下推进器或气提装置的污泥回流装置(4)与所述生物处理单元的厌氧池前端连通;快速沉淀池中间设有上下开口的污泥沉降筒(20),该沉降筒通过进水管与所述生物处理单元的出水口连通,在快速沉降池的上口设有溢流堰(21),该溢流堰设有溢水管(22)与膜处理单元连通;生物处理单元的污水进水管(11)、生物处理单元与快速沉淀池连通的水管(12)和所述污泥回流管(41)上均设有控制阀门(110、120、410)。
利用上述装置进行MBR膜污染控制的方法:其特征是包括以下步骤:
1)污水首先进入生物处理单元:将污水放入生物处理单元,污水中大部分的有机污染物和含氮物质在生物处理单元得到去除,生物处理单元内污泥浓度保持在6000-8000mg/L左右,水力停留时间为6-8h;
2)生物单元出水进入与之相连的快速沉淀池,快速沉淀池沉降时间为15-30min,在快速沉淀池中实现泥水的快速分离,沉降性能较好的活性污泥在快速沉淀池中迅速沉降,沉降性能不好的从溢流堰的溢水管随出水进入膜处理单元,在运行过程中根据快速沉淀池的水力停留时间、生物处理单元的污泥浓度、脱氮除磷的要求调整快速沉淀池的污泥回流比;使用液下推进器或气提装置进行回流,回流比控制在100%~300%。
3)每隔1~4周根据膜污染情况进行膜清洗;
4)每隔1~4周,在膜清洗的期间,排空膜池,排空混合液不返回前段生物处理单元,直接进行浓缩脱水。具体排放间隔根据膜池混合液浓度、混合液粘度等污泥特性进行确定。
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