CN102553450A - 一种预防分置式mbr平板膜污染的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预防分置式MBR平板膜污染的方法，包括在膜组件箱中增加底部和顶部筛网，筛网之间加入颗粒填料，颗粒填料的直径大于筛网的网孔直径。本发明的方法是在膜生物反应器增加了填料颗粒，使其在膜组件中循环搅动，弥补了普通曝气对于膜表面剪切力的不足，提高对于膜表面的清洗作用。在不多增加曝气量，不破坏膜表面，不影响出水水质的前提下，降低了膜污染发生的风险，有效降低化学清洗的频率，延长膜清洗的间隔时间30%左右。是一种低成本、高效的防治膜污染的方法。

Description

一种预防分置式MBR平板膜污染的方法

技术领域

本发明涉及一种预防分置式MBR平板膜污染的方法，及一种可以控制膜污染的分置式膜生物反应器。

背景技术

膜生物反应器 (Membrane Bio-Reactor，MBR) 工艺是一种将高效膜分离技术与活性污泥生物处理单元相结合的水处理技术。它的最大特点是：把水处理广泛应用的物化处理和生物处理两大处理方法结合成一体。

MBR 工艺对污染物的去除是基于活性污泥的生化机理和膜过滤的物化机理，活性污泥的代谢作用是去除污染物的中心环节，而生化降解与膜分离之间又存在着协同作用。活性污泥工艺是当前世界各国应用最广的一种二级生物处理技术，而将膜分离技术引入活性污泥法中，使活性污泥法的泥水分离技术发生了本质变化，克服了传统法的污泥流失和膨胀的弊病，彻底分离了水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)，有利于难降解有机物分解菌等增殖缓慢的微生物的增长。

与传统生物处理工艺相比，MBR具有流程简单、效率高、污泥浓度高、剩余污泥产量低、出水水质好、设备占地面积小、抗冲击负荷能力强等优点。出水水质可达到或优于《中华人民共和国生活杂用水水质标准(GJ25.1-89)》，可直接作为中水回用、城市园林绿化、扫除、消防等用水。并且膜的截留作用使生长缓慢的微生物菌种得以繁殖生长，扩大MBR 工艺的应用范围，该技术是近年来迅速发展的一种污水治理技术，已成为目前研究和应用的热点之一。

依据膜组件与生物反应器结合方式的不同，目前主要有两种MBR工艺构型：浸没式和分置式。水力学操作模式也包括两种：泵提式和气提式。此外，还存在其他两种膜工艺模式，即萃取式和扩散式，但这两种模式中膜的作用不是将微生物从水中分离出来。膜元件方面，尽管膜市场上有不同几何形状和构型的膜产品，但在商业化MBR技术中占主导地位的有三种，即平板膜、中空纤维和多管膜。

浸没式MBR是将膜组件直接浸没在活性污泥反应内进行分离，无需外置式膜生物反应器的混合液环路，渗滤液通过负压抽吸或重力水头驱动，经过膜表面分离排出。通常在膜组件下方进行曝气，气泡的上升运动可引发液体的内部循环流动，产生足够的气液混合剪切力，对膜表面进行冲刷，从而可以减少污泥在膜表面的沉积，一定程度上可以达到控制和减缓膜污染的目的。

在分置式 MBR 中，膜组件独立于生物反应器。泥水混合液由循环泵送入环路中的膜组件单元，在压力差的驱动下，渗滤液通过膜过滤分离后排放，截留混合液又返回反应池中。分置式 MBR 通过料液循环错流运行，其特点是：运行稳定可靠，操作管理容易，膜组件易于更换及增设。分置式 MBR 的膜驱动压力(Transmembrane Pressure，TMP)和错流速率均由泵产生，通常为了减少污染物在膜面的沉积，需要循环泵提供较大的料液流速，故此类 MBR 的动力消耗较大，同时频繁高速的污泥回流形成的的剪切力会破坏污泥絮体，影响微生物的生长和活性。

膜组件形式主要有平板式、管式、中空纤维式、螺旋式、毛细管式等。在分置式中，平板式、管式应用较多在一体式中，多采用中空纤维式和平板式。

MBR 工艺作为一项新的工艺，在近两年被较多的研究，其中在市政污水中水回用方面的研究更多，已经有 MBR 工程实例，也取得了很好的效果。MBR技术上的优势，如污泥浓度高，污泥龄长，决定了它可以对常规方法难处理的污水进行有效的处理，该工艺除在市政污水回用方面有了较为广泛的应用外，在垃圾渗滤液、制药废水等高浓度、难处理废水中也有了成功的应用。

膜生物反应器是一高效的水处理技术，然而作为一种新型的技术其仍然存在自身的缺陷。由于膜在运行过程中容易受到污染，造成膜通量下降，增加了膜清洗频率和膜的更换频率，直接影响了膜组件的效率和使用寿命，阻碍了其在实际中的广泛应用。

膜污染是指被过滤料液中的某些组分在膜表面或膜孔中沉积导致膜渗透量下降的现象，包括膜孔吸附小分子溶质、膜孔被大分子溶质堵塞引起膜过滤阻力增加，膜表面形成滤饼层增加传质阻力。膜污染后其渗透通量严重下降，过膜压力增大，截留效率下降。

膜污染的影响因子纷繁复杂，中膜污染因子主要来自三个方面膜的性质、操作条件和活性污泥混合液性质。在工程运行过程中，主要通过控制操作条件来降低膜污染对系统的影响。

现阶段膜污染控制的方案可以归纳为以下几类：

曝气控制方案，主要通过控制曝气方式与强度对膜表面污染物形成剪切力去除。例如，一种射流气提式分置膜生物反应器的方法与装置（申请号/专利号： 200810110776），采用射流曝气产生的剧烈搅动作用又增加混合液中的传质速率，加速生化反应，降低膜污染。其局限性在于曝气方式的改变对能耗要求会比较大，且对应剪切力需要的相对能耗可能大于采用其他介质冲洗需要的能耗。

外加电场或超声波抗污染方案，主要通过外加能量产生对膜污染物的排斥与洗脱。例如，一种利用弱电场提高膜的抗污染性能和通量的方法（申请号/专利号： 201010259595），其特征是利用同性相斥原理，在膜面附近施加弱负电场增加对这些污染物的排斥作用，将膜污染物推离膜表面，因此具有延缓滤饼层形成，增加膜抗污染性能，提高通量、延长过滤运行周期的效果。或者是一种利用超声在线控制膜污染发展的方法（申请号/专利号： 200510011799），采用超声波可实现在较低的膜表面错流速度下，有效地在线控制膜污染发展。此类方法主要依靠外加能源进行抗污染，需要额外增加设备与能耗，增加操作与日常运行维护的难度。

投加药剂等抗污染方案，主要添加混凝药剂沉淀活性污泥或依靠沸石粉与污泥的协同作用，减轻平板膜表面的污染。如：减轻膜污染的强化混凝－气提－膜的一体化方法及装置（申请号/专利号：201010101535），混凝活性污泥防止污泥结体产生的膜污染物。或者是一种减轻平板膜-膜生物反应器膜污染的方法（申请号/专利号： 200410052943），投加一定量的沸石粉，依靠沸石粉与污泥的协同作用，减轻平板膜表面的污染，有效减缓膜通量的下降速度。投加药剂会增加运行成本，投加混凝絮凝可能对活性污泥的性状产生影响，絮凝剂本身属于高分子化合物，可能加重膜污染。投加沸石可能只是强化脱氮的效果而对膜污染物去除效率不大，且不能回收，经济性较差。

膜污染的产生的主要原因是微生物产生的高分子有机物吸附在膜表面造成的通量下降，现有的膜污染控制技术用于减轻膜污染也主要是防止这种有机污染在膜表面的累积。这种高分子有机物在处理过程中难以生物降解，因此，需要对这些污染进行富集与转移才能从根本上减轻膜污染。由于这些高分子有机物吸附能力很强，曝气形成的剪切力还不足以对表面吸附物进行去除，而外加能源或药剂会提升吨水处理成本且可能影响污泥性状。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种预防分置式MBR平板膜污染的方法。

本发明的另一个目的是提供一种可以减轻膜污染的分置式膜生物反应器。

本发明所采用的技术方案是：

一种预防分置式MBR平板膜污染的方法，包括在膜组件箱中增加底部和顶部筛网，筛网之间加入颗粒填料，颗粒填料的直径大于筛网的网孔直径。

优选的，所述颗粒填料为圆形，可以减少间隙堵塞现象的产生。

优选的，所述颗粒填料的密度为1.1~1.2kg/m³。

优选的，颗粒填料的体积为上下筛网之间箱体体积的10%~20%。

优选的，所述颗粒填料为陶粒、果壳、聚氨酯类、聚丙烯中的至少一种。

优选的，所述颗粒填料的直径为2~4mm。

优选的，所述筛网的网孔直径为0.5~2mm，进一步优选的，网孔直径为1~2mm，保证产生的气泡剪切力能够推动填料层。

优选的，膜组件箱上设置有填料更换口。

一种分置式膜生物反应器，包括生化池和膜池，膜组件箱置于膜池中，所述膜组件箱底部与顶部各有一层筛网1，两层筛网之间的箱体内放置有平板膜组2，在两层筛网之间的箱体内加入颗粒填料3，颗粒填料的直径大于筛网的网孔直径。

优选的，所述分置式膜生物反应器的平板膜组中各平板膜之间的间隙为20~30mm，当气泡搅动时，6-8倍的间隙率不容易产生堵塞。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明的方法是在膜生物反应器增加了填料颗粒，使其在膜组件中循环搅动，弥补了普通曝气对于膜表面剪切力的不足，提高对于膜表面的清洗作用。在不多增加曝气量，不破坏膜表面，不影响出水水质的前提下，降低了膜污染发生的风险，有效降低化学清洗的频率，延长膜清洗的间隔时间30%左右。是一种低成本、高效的防治膜污染的方法。

（2）所用颗粒成本低，有刚性介质存在可以强化汽水在膜表面的剪切力，并且能够吸附形成污染的胶体、蛋白质、脂类。填料价格便宜，可以更换或者取出清洗自然风干后继续使用。

附图说明

图1 是本发明的分置式膜生物反应器结构示意图；

图2是本发明的膜组件箱结构示意图；

图3是本发明实施例1的MBR系统与对照系统在相同运行条件下膜间压差比较；

图4是本发明实施例1的MBR系统与对照系统在相同运行条件下化学清洗时间点与对应膜通量回收率比较；

图5是采用本发明的膜生物反应器处理实际印染废水的效果；

图6是本发明实施例2的MBR系统与对照系统在相同运行条件下膜间压差比较。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。

实施例1 预防分置式MBR平板膜污染的方法1

一种分置式膜生物反应器，由生化池和膜池两部分组成，膜组件箱置于膜池中（见图1）。如图2所示，本发明在膜组件箱底部与顶部各设置一层筛网1，两层筛网之间的箱体内放置有平板膜组2，在两层筛网之间的箱体内加入颗粒填料3，颗粒填料的直径大于筛网的网孔直径，底部筛网下放置曝气管4，膜组件箱上设置有填料更换窗口5，用于填料的更换与筛网清理。

在本实施例中，筛网的网孔直径为2mm；所用颗粒填料为圆形陶粒，密度为1.1kg/m³，直径为2.5~3mm，填料总体积为上下筛网之间的箱体体积的12.5%；所用平板膜组，各平板膜之间的间隙为25mm，当气泡搅动时，该间隙率不容易产生堵塞。底部曝气采用高压曝气，降低进气量提高进气压力。增加曝气对填料的循环搅拌力度。

效果实验

以下实验中均是一本发明实施例1的装置与对照系统作比较，对照系统为实施例1的装置没有上下筛网，不加颗粒填料。

1.本发明的膜生物反应器对相通透过流量情况下的膜间压差

由图3中可以看出，在相通的透过流量下，加填料颗粒系统的膜间压差在相同运行条件下，可以有效的降低膜污染产生的时间。对照系统运行200天膜间压差就高达69 kpa，而加入颗粒填料的系统膜间压差为34 kpa，有效的降低了膜污染程度。加入颗粒的系统可以降低膜清洗的频率，相通操作条件下，可以将运行清洗时间间隔延长30%。

2. 化学清洗频率与回收率

通过本发明的膜生物反应器与对照系统稳定运行600天的清洗频率与清洗后膜通量回收率的比较来看。加入颗粒填料的系统，清洗时间间隔延长，且膜通量回收率可以提高3-5%（见图4）。

3. 本发明的膜生物反应器对COD去除效率与MLSS 负荷

用本发明的膜生物反应器建设一套产水量30m3/d的系统，其COD去除率与MLSS负荷见图5。中试系统稳定运行6个月，180天的出水稳定，当污泥容积负荷平均为8kgCOD/m3.d时，COD平均去除率在95%的以上。这说明颗粒系统不会对膜产生负面影响，同时能保证出水效率与污染物去除能力。

实施例2 预防分置式MBR平板膜污染的方法2

在本实施例中，分置式膜生物反应器，筛网的网孔直径为1.5mm；所用颗粒填料为圆形果壳填料（山核桃壳为主），密度范围为1.1~1.25 kg/m³，平均密度1.15 kg/m³，直径为1.8~3mm，平均直径2.2mm。填料总体积为上下筛网之间的箱体体积的20%；所用平板膜组，各平板膜之间的间隙为20mm。底部曝气采用高压曝气，降低进气量提高进气压力。增加曝气对填料的循环搅拌力度。

膜生物反应器对相通透过流量情况下的膜间压差

由图6中可以看出，在相通的透过流量下，加填料颗粒系统的膜间压差在相同运行条件下，可以有效的降低膜污染产生的时间。系统运行700天，加入颗粒填料的系统膜间压差较对照系统升高的速率较低，有效的降低了膜污染程度。加入颗粒的系统可以降低膜清洗的频率，相通操作条件下，可以将运行清洗时间间隔延长。

以上实施例仅为介绍本发明的优选案例，对于本领域技术人员来说，在不背离本发明精神的范围内所进行的任何显而易见的变化和改进，都应被视为本发明的一部分。

Claims (10)

1.一种预防分置式MBR平板膜污染的方法，包括在膜组件箱中增加底部和顶部筛网，筛网之间加入颗粒填料，颗粒填料的直径大于筛网的网孔直径。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述颗粒填料为圆形。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述颗粒填料的密度为1.1~1.2kg/m³。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，颗粒填料的体积为上下筛网之间箱体体积的10%~20%。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述颗粒填料为陶粒、果壳、聚氨酯类、聚丙烯中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述颗粒填料的直径为2~4mm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述筛网的网孔直径为0.5~2 mm。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，膜组件箱上设置有填料更换口。

9.一种分置式膜生物反应器，包括生化池和膜池，膜组件箱置于膜池中，其特征在于：所述膜组件箱底部与顶部各有一层筛网（1），两层筛网之间的箱体内放置有平板膜组（2），在两层筛网之间的箱体内加入颗粒填料（3），颗粒填料的直径大于筛网的网孔直径。

10.根据权利要求9所述的分置式膜生物反应器，其特征在于：平板膜组中各平板膜之间的间隙为20~30mm。

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