CN102491505A - 一种减轻膜生物反应器中膜污染的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种减轻浸没式膜生物反应器中膜污染的方法,其特征是向处理水中加入水溶性铁化合物加入在膜生物反应器前的进水中,加入量以三价铁离子计为10-150mg/L。克服了现有技术向混合液中投加水溶性铁化合物,造成实际缓解膜污染效果不理想的缺点,可以明显降低膜污染,TMP的平均增长速率可以降低8-12%。

Description

一种减轻膜生物反应器中膜污染的方法
技术领域
本发明涉及一种减轻浸没式膜生物反应器(Membrane Bioreactor, MBR)中膜污染(Membrane Fouling)的方法,尤其是一种通过在MBR工艺进水中投加水溶性铁化合物减轻膜污染的方法。
背景技术
MBR是一种膜分离与生物技术相结合的污水处理新工艺,具有占地面积小、剩余污泥量少、出水水质稳定等特点,近年来在工业和市政废水处理、污水再生利用中逐步得到认可。而制约其大规模实际应用主要是膜污染问题,而膜污染是MBR运行中不可避免的现象。膜污染对膜性能的影响相当大,与未污染的膜比,膜通量可降低20-40%,污染严重时能使通量下降80%以上。膜污染不仅降低膜的性能,而且缩短了膜的使用寿命。
MBR工艺中膜污染主要与污泥混合液性质、膜的性质和操作条件三个因素有关,其中污泥混合液性质对膜污染的影响最大。有研究表明,污泥混合液中的微生物代谢产物-胞外聚合物(EPS)能够沉积在膜面形成凝胶层,凝胶层的形成不但增加了膜面的有机污染,还会改变膜面的物化性质(例如电荷和疏水性等),促进了微生物在膜面的粘附,从而加剧膜面的生物污染。因此,有污泥混合液中的EPS含量越高,膜污染越严重现象。
现有技术报导(胞外聚合物对活性污泥沉降和絮凝性能的影响研究. 中国安全科学学报, 2003, 13(9): 31-34;);三氯化铁混凝具有提高膜生物反应器混合液可滤性;天津大学学报, 2008, 41(2): 131-136报导,三价铁离子的较强絮凝作用,使得污泥絮体粒径增大,并可吸附混合液中大分子有机物,使得污泥混合液的可过滤性增加,从而降低膜表面滤饼层阻力,缓解膜污染。这些表明在膜生物反应器中添加三价铁离子,能与污泥混合液中微生物代谢产物EPS发生架桥和粘附作用,一方面把 EPS中的多糖类物质吸附到结合型胞外聚合物LB- EPS中,降低了污泥混合液中EPS含量,减少了与混合液中CO32-等阴离子发生化学反应,缓解膜污染;另一方面架桥和粘附作用可增加污泥颗粒的平均粒径,使形成的泥饼具有多孔性,渗透性,因而形成小而密实的无机小颗粒大大减少,也就不会对膜污染构成威胁。但实际运行过程中,效果并非如此。
上述不足仍有值得改进的地方。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足,提供一种添加三价铁离子既能缓解膜污染,同时又能克服在反应器中加入实际效果不理想缺点的减轻膜生物反应器中膜污染的方法。
本发明目的实现,主要改进是通过改变能形成三价铁离子的水溶性铁化合物加入位置,由原来在MBR反应器(污泥混合液)中投加,改为在处理进水中加入,即MBR反应器前的进水中投加,达到能真正发挥缓解膜污染作用,从而克服现有技术的不足,实现本发明目的。具体说,本发明减轻膜生物反应器中膜污染的方法,包括向处理水中加入能形成三价铁离子的水溶性铁化合物,其特征在于水溶性铁化合物加入是在膜生物反应器前的进水中,加入量以三价铁离子计为10-150 mg/L。
在详细说明前,先通过对发明能够达到的基本功能及效果作一介绍,以使本领域技术人员对本专利总体构思技术方案及达到的基本技术效果有一个明确了解。
申请人在仔细研究基础上,找到了上述实际原因,主要由于MBR工艺长污泥龄及减缓膜微孔堵塞,其曝气强度通常较高,气水体积比通常在40~60:1,明显高于普通活性污泥处理工艺的10-20:1,这种连续高强度曝气,使水力剪切力强,不仅使得在污泥混合液中投加水溶性三价铁盐,水解后在MBR池形成絮体相对困难,而且还会使已经形成的絮凝被打碎,降低高分子链的架桥吸附能力,使得絮凝污泥效果差;加大药剂用量又会因用量过量造成胶体的再稳定,降低絮凝效果,这些都实际降低了加入三价铁离子对膜污染缓解效果。本发明采用在膜生物反应器前的进水中投加水溶性三价铁盐,由于进水水力较平稳,有利于水解产生的三价铁离子形成较大粒径絮体(形成絮体相对于投加在污泥混合絮体颗粒大),絮体随进水进入MBR后,絮体颗粒较强絮凝作用吸附混合液中污泥及大分子有机物,使得污泥絮体粒径增大,污泥混合液可过滤性增加,从而降低膜表面滤饼层阻力,真正起到缓解膜污染。同时由于水解形成絮体效果好,还使得投加三价铁离子量较在污泥混合液中投加量可以有所降低。从而克服了向混合液中投加水溶性铁化合物,造成实际缓解膜污染效果不理想的缺点。
加入水溶性三价铁化合物,主要是加入后能在水中溶解能形成三价铁离子,理论上能在水中溶解能产生三价铁离子的水溶性铁化合物都可以应用,但应用于水处理,应选择经济性好、且加入后形成的其他离子对水不产生二次污染的水溶性钙化合物更好,例如水处理常用三价铁盐絮凝剂。
本发明较现有MBR工艺,除改变水溶性三价铁化合物投加位置点不同外,其余均同现有技术,例如投加水溶性三价铁化合物品种,MBR工艺控制等等,就不一一另行叙述,此对本领域技术人员是清楚的。
本发明减轻膜生物反应器中膜污染的方法,相对于现有技术,由于将加入水溶性三价铁化合物改在MBR进水中投加(而不是有反应器混合液中投加),进水中加入,水解产生的三价铁离子形成较大粒径絮体,随进水进入MBR后,絮体颗粒较强絮凝作用吸附混合液中污泥及大分子有机物,使得污泥絮体粒径增大,污泥混合液可过滤性增加,从而降低膜表面滤饼层阻力,真正起到缓解膜污染。同时由于水解形成絮体效果好,还使得投加三价铁离子量较在污泥混合液中投加量可以有所降低。从而克服了向混合液中投加水溶性铁化合物,造成实际缓解膜污染效果不理想的缺点。试验污水COD200-350 mg/L,NH3-N 20-30 mg/L,MBR反应器运行条件,温度25℃左右,水力停留时间(HRT)为6 h,污泥停留时间(SRT)为20d,在MBR前的进水中加入三价铁盐絮凝剂,三价铁离子浓度为10-150 mg/L,采用。试验结果表明,不同三价铁离子(10-150 mg/L)浓度对MBR出水水质没有明显影响,COD去除率在90%以上,NH3-N去除率在95%以上;EPS含量为1.57~5.62 mg/(g·VSS),松散结合型胞外聚合物LB-EPS含量0.52-2.27 mg/(g·VSS);污泥浓度4.5 g/L左右,污泥颗粒的体积平均粒径91.61~118.43 μm;过滤总阻力2.56×1012-5.67×1012 1/m,可逆滤阻0.88×1012-2.228×1012 1/m,不可逆滤阻0.98×1012-2.74×1012 1/m;跨膜压差(TMP)增长速率0.417~3.485 kPa/d。与不投加三价铁离子比较,COD、NH3-N去除率类似,没有明显差异,TMP平均增速增加约20-30%。向MBR反应器中投加,COD去除率90%,氨氮去除率95%;TMP平均增速增加8-12%。
以下结合若干具体实施例,示例性说明及帮助进一步理解本发明实质,但实施例具体细节仅是为了说明本发明,并不代表本发明构思下全部技术方案,因此不应理解为对本发明总的技术方案限定,一些在技术人员看来,不偏离本发明构思的非实质性增加和/或改动,例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换,均属本发明保护范围。
具体实施方式
实施例1:某污水处理厂原水,COD 313 mg/L,NH3-N 27 mg/L。膜生物反应器的SRT为15 d,曝气气水比为50:1,pH值为6.8,温度为24℃。反应器采用恒通量操作模式,膜通量为18 L/(m2·h),出水泵的抽停比为10 min:2 min。进水中加入无水三氯化铁(以铁离计40 mg/L)。运行10 d后,COD去除率为97%,NH3-N去除率为96%;污泥浓度为6.2 g/L,污泥颗粒体积平均粒径为158 μm,LB-EPS含量为2.26mg/(g·VSS);过滤总阻力为5.33×1012 1/m,可逆滤阻为1.18×1012 1/m,不可逆滤阻为0.93×1012 1/m;TMP的平均增长速率为3.02 kPa/d。
实施例2:某污水处理厂原水,进水COD 326 mg/L,NH3-N 30 mg/L;膜生物反应器的SRT为15 d,曝气气水比为50:1,pH值为7.1,温度为26℃。反应器采用恒通量操作模式,膜通量为18 L/(m2·h),出水泵抽停比为10 min:2 min,进水中加入无水三氯化铁(以铁离计100 mg/L)。运行10 d后,COD去除率97%,NH3-N去除率90%;污泥浓度5.9g/L,污泥颗粒体积平均粒径172 μm,LB- EPS的含量2.66 mg/(g·VSS);过滤总阻力为6.89×1012 1/m,可逆滤阻为1.06×1012 1/m,不可逆滤阻1.21×1012 1/m;TMP的平均增长速率为2.54 kPa/d。
实施例3:某污水处理厂原水,进水COD 306 mg/L,NH3-N 28 mg/L;膜生物反应器的SRT为15 d,曝气气水比为50:1,pH值为7.2,温度为28℃。反应器采用恒通量操作模式,膜通量为18 L/(m2·h),出水泵抽停比为10 min:2 min,进水中加入无水三氯化铁(以铁离计150 mg/L)。运行10 d后,COD去除率97%,NH3-N去除率88%;污泥浓度6.2g/L,污泥颗粒体积平均粒径176μm,LB- EPS含量为2.91mg/(g·VSS);过滤总阻力6.95×1012 1/m,可逆滤阻为1.28×1012 1/m,不可逆滤阻1.56×1012 1/m;TMP的平均增长速率为2.13 kPa/d。
此外,在不同浓度污水试验中,以及采用其他水溶性三价铁化合物,也表现上述相似效果。
比较1:例1污水,不添加三价铁离子,其它操作条件与例1相同,运行10 d后,COD去除率97%,NH3-N去除率96%;TMP的平均增长速率3.72 kPa/d,膜污染造成TMP较例1增加23%。
比较2:例1污水,无水三氯化铁在MBR反应器中的污泥混合液中投加,其它操作条件与例1相同,运行10 d后,COD去除率97%,NH3-N去除率96%;TMP的平均增长速率3.28 kPa/d,膜污染造成TMP较例1增加8.6%。
对于本领域技术人员来说,在本专利构思及具体实施例启示下,能够从本专利公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形,本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法,或现有技术中常用公知技术的替代,以及特征的等效变化或修饰,特征间的相互不同组合,例如水溶性三价铁化合物的改变,污水浓度的改变,等等的非实质性改动,同样可以被应用,都能实现本专利描述功能和效果,不再一一举例展开细说,均属于本专利保护范围。

Claims (2)

1.减轻膜生物反应器中膜污染的方法,包括向处理水中加入能形成三价铁离子的水溶性铁化合物,其特征在于水溶性铁化合物加入是在膜生物反应器前的进水中,加入量以三价铁离子计为10-150 mg/L。
2.根据权利要求1所述减轻膜生物反应器中膜污染的方法,其特征在于水溶性铁化合物为无水三氯化铁。
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