CN104773815A - 一种利用活性炭控制mbr膜污染的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用活性炭控制MBR膜污染的方法，涉及水处理。在MBR膜组件的滤膜上固定颗粒活性炭；MBR膜组件采用平板膜或中空纤维膜，用平板膜时，颗粒活性炭覆盖在滤膜表面并形成平面颗粒层结构，具体方法为：采用刚性不锈钢滤网加工成双层箱式“滤网笼”，装填颗粒活性炭后置于平板膜表面；或用粘结剂将颗粒活性炭胶结成平面箱型，再固定在平板膜表面；用中空纤维膜时，颗粒活性炭填塞在滤膜中并形成圆环柱状结构，具体方法为：采用刚性不锈钢滤网加工成圆环柱状的“滤网笼”，装填颗粒活性炭后插入中空纤维膜；或用粘结剂将活性炭颗粒胶结成空心圆柱型，然后固定在中空纤维膜丝外部。

Description

一种利用活性炭控制MBR膜污染的方法
技术领域
本发明涉及水处理，具体是涉及一种利用活性炭控制MBR膜污染的方法。
背景技术
膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor，简称MBR)是膜分离技术与生物技术有机结合的新型水处理技术。在过去的20年里，MBR技术已成倍增长，因为它提供了比传统的污水处理工艺体积更小、处理后的污水水质更高和更好的控制工艺的优势。日益严格的污水处理相关法规和对废水再利用的设备的巨大需求刺激着MBR的发展。
MBR对污染物的去除主要靠微生物的降解作用和滤膜的截留过滤作用进行，然而在膜过滤过程中，水中的微生物、胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances，简称EPS)、微粒、胶体粒子或溶质大分子等由于水力作用或与膜面的物理化学作用而在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象，这种现象即是膜污染。实际上，膜污染问题正是影响MBR(特别是浸没式MBR)可靠性和实用性的决定性因素。
从不同环节入手，控制MBR发生膜污染的方法也不同，小结如下：1)加强曝气，可使气、水两相的紊动性增大进而防止微生物等在膜面沉积(Yu,K.,Wen,X.,Bu,Q.,et al.Criticalflux enhancements with air sparging in axial hollow fibers cross-fiow microfiltrationof biologieally treated wastewater[J].JoumalofMembraneSeienee,2003,224(l-2):69-70)。2)往MBR中投加絮凝剂调控污泥混悬液的过滤性质(中国专利CN 101905918A)。3)往MBR中添加填料作为生物膜的载体，同时一些多孔性载体还有吸附作用，可以冲刷膜表面防止颗粒物堆积，这是近年来延长MBR稳定运行的热门方法(中国专利CN 102276055A；中国专利CN103833143A)。但是当MBR添加悬浮性填料(载体)，为达到良好的混匀效果并对膜面有实际擦洗作用，需要相应提高曝气强度，带来曝气能耗过高的新问题。
发明内容
本发明的目的在于提供利用固定在滤膜表面的活性炭保护层，辅助处理悬浮微生物和污染物，控制MBR发生膜污染的一种利用活性炭控制MBR膜污染的方法。
本发明的具体步骤如下：
在MBR膜组件的滤膜上固定颗粒活性炭；
所述MBR膜组件采用平板膜或中空纤维膜，当MBR膜组件采用平板膜时，颗粒活性炭覆盖在滤膜表面并形成平面颗粒层结构；所述颗粒活性炭覆盖在滤膜表面并形成平面颗粒层结构的具体方法为：采用刚性不锈钢滤网加工成双层箱式“滤网笼”，装填颗粒活性炭后置于平板膜表面；或用粘结剂将颗粒活性炭胶结成平面箱型，再固定在平板膜表面。
当MBR膜组件采用中空纤维膜时，颗粒活性炭填塞在滤膜中并形成圆环柱状结构，所述颗粒活性炭填塞在滤膜中并形成圆环柱状结构的具体方法为：采用刚性不锈钢滤网加工成圆环柱状的“滤网笼”，装填颗粒活性炭后插入中空纤维膜；或用粘结剂将活性炭颗粒胶结成空心圆柱型，然后固定在中空纤维膜丝外部。
所述刚性不锈钢滤网的孔径小于颗粒活性炭粒径。
所述颗粒活性炭的粒径可为2～10mm。
MBR膜组件的投加量可根据出水水质要求调整，为增加MBR膜组件中活性污泥体积，一套活性炭保护层装置可采用多片平板滤膜或多组中空纤维膜丝共用。
本发明中的固定颗粒活性炭层对于减轻膜污染提高MBR运行效率的作用包括：1)有效地吸附污水中的特殊污染物减轻滤膜过滤的负荷；2)充当生物膜形成的载体以拦截微生物絮体减少滤膜面沉积物的数量；3)增加的活性炭层还有类似折流板的功能，可以强化MBR内的气液紊动，提高滤膜表面的错流效果；4)活性炭颗粒不需要在MBR内运动，故不需要增加曝气量，相反由于活性污泥的空间相对减小，气水比提高，还可以降低曝气量节省能耗。
与现有技术相比，本发明的优点是：1)成本低，操作容易。活性炭是应用非常普遍的吸附剂，装填活性炭的不锈钢滤网笼容易加工难度低，活性炭粘结胶水可以采用市场上常见的瓷砖粘结剂等，容易获得，并且无需增加曝气量，因此特别有利于现有MBR的升级，即本发明无需改变原有工艺和设备，简单易行。2)处理能力更好。活性炭的吸附功能可以缓冲一些毒性大的污染物(如抗生素)对微生物的抑制杀灭作用，提高MBR对特殊污染物的处理能力。3)使用寿命长。包裹在滤膜外部的活性炭层孔隙比滤膜大几个数量级起到粗滤作用，这样MBR中的过滤分层进行，大颗粒物被活性炭层拦截，微小粒子被滤膜拦截，减轻膜污染提高了滤膜使用寿命。
附图说明
图1是实施例1的MBR中板式滤膜加装活性炭层的示意图。
图2是实施例2的MBR中中空纤维滤膜加装活性炭层的示意图。
具体实施方式
以下通过实施例来进一步具体说明本发明。
实施例1：使用2套同样75L平板膜浸没式MBR反应器，有效工作体积62L，滤膜材质为PES，微孔孔径0.04μm，膜片面积0.5m2，一共6片，连续曝气2L/min，接种活性污泥MLSS3000mg/L，进水COD 2900mg/L，出水蠕动泵速度控制在5rpm，其中一套如图1，滤膜表面用箱式滤网固定活性炭层(厚度1cm，活性炭平均粒径2.8mm)。2套MBR连续运行40d，COD去除率均在95％以上，未添加活性炭的MBR膜通量降为1.44L/(m2·h)，而加装活性炭层的MBR膜通量保持在10.5L/(m2·h)。
实施例2：使用2套同样10L中空纤维膜浸没式MBR反应器，有效工作体积6L，滤膜材质为PVDF，微孔孔径0.1μm，膜丝总面积0.15m2，连续曝气2L/min，接种活性污泥MLSS3000mg/L，进水含抗生素磺胺甲恶唑10mg/L，出水蠕动泵速度控制在5rpm，其中一套如图2，滤膜表面用圆环柱式滤网固定活性炭层(厚度2cm，活性炭平均粒径5mm)。2套MBR连续运行60h，未添加活性炭的MBR磺胺甲恶唑未去除，膜通量降为6.4L/(m2·h)，而加装活性炭层的MBR磺胺甲恶唑未去除率大于90％，膜通量保持在16.8L/(m2·h)。
对板式膜组件，活性炭以平面层状构型固定在一片或多片膜片表面；对中空纤维膜组件，活性炭以圆环柱状构型包围在一条或多条膜丝外部。
固定颗粒活性炭的方法，可以采用刚性不锈钢做成箱型(对于板式膜组件)和圆环柱型(对中空纤维膜)滤网笼，其孔径小于活性炭粒径；也可以用粘接剂将活性炭颗粒胶结成箱型(对于板式膜组件)和圆环柱型(对中空纤维膜)。
本发明使用常见的吸附剂活性炭作为载体，利用不锈钢滤网支撑或粘接剂成型将其固定在平板膜膜片或中空纤维膜膜丝表面，部分污染物被活性炭吸附，同时悬浮微生物附着在活性炭表面形成生物膜，堆积的活性炭还拦截一部分大颗粒起到粗滤作用，以上作用综合结果使得滤膜表面沉积物减少，达到防止膜污染的目的。本发明无需对现有MBR工艺有较大改动，无需增加曝气，能耗小成本低，可以维持较高通量延长MBR运行周期，并且可提高MBR处理难降解特殊污染物的能力。

Claims (3)

1.一种利用活性炭控制MBR膜污染的方法，其特征在于其具体步骤如下：
在MBR膜组件的滤膜上固定颗粒活性炭；所述MBR膜组件采用平板膜或中空纤维膜；
当MBR膜组件采用平板膜时，颗粒活性炭覆盖在滤膜表面并形成平面颗粒层结构；
所述颗粒活性炭覆盖在滤膜表面并形成平面颗粒层结构的具体方法为：采用刚性不锈钢滤网加工成双层箱式“滤网笼”，装填颗粒活性炭后置于平板膜表面；或
用粘结剂将颗粒活性炭胶结成平面箱型，再固定在平板膜表面；
当MBR膜组件采用中空纤维膜时，颗粒活性炭填塞在滤膜中并形成圆环柱状结构，所述颗粒活性炭填塞在滤膜中并形成圆环柱状结构的具体方法为：采用刚性不锈钢滤网加工成圆环柱状的“滤网笼”，装填颗粒活性炭后插入中空纤维膜；或
用粘结剂将活性炭颗粒胶结成空心圆柱型，然后固定在中空纤维膜丝外部。
2.如权利要求1所述一种利用活性炭控制MBR膜污染的方法，其特征在于所述刚性不锈钢滤网的孔径小于颗粒活性炭粒径。
3.如权利要求1所述一种利用活性炭控制MBR膜污染的方法，其特征在于所述颗粒活性炭的粒径为2～10mm。
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