CN106698654A - 一种利用Fe3O4/C减缓MBR膜污染的方法 - Google Patents

一种利用Fe3O4/C减缓MBR膜污染的方法 Download PDF

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Abstract

一种利用Fe3O4/C减缓MBR膜污染的方法，当活性污泥混合液分配至MBR反应器后，打开曝气控制阀，曝气后将Fe3O4/C投加进反应器中，再过设定时间后，将蠕动泵打开，MBR开始运行。当反应器的跨膜压差TMP值达到设定值后时，即表示试验结束。本发明提供一种利用Fe3O4/C减缓MBR膜污染的方法，通过在MBR反应器中投加一定量的Fe3O4/C，改善活性污泥混合液的特性，能够有效改善膜污染问题，延长了膜清洗周期及膜的使用寿命，且Fe3O4/C因其具有磁性，更易于回收再利用，大大降低了运行成本，有效避免了在MBR系统中产生二次污染。

Description

一种利用Fe3O4/C减缓MBR膜污染的方法
技术领域
本发明涉及膜生物反应器(Membrance Bio-Reactor，MBR)领域，尤其是一种利用Fe3O4/C减缓MBR膜污染的方法。
背景技术
膜生物反应器(Membrance Bio-Reactor，MBR)是一种将膜分离技术中的超、微滤膜组件与污水生物处理工程中的生物反应器相结合组成的污水处理新工艺。它以膜分离装置取代了传统活性污泥法中的二沉池，与传统工艺相比，它具有固液分离效果好、出水水质好、活性污泥浓度高、污泥产量低、抗冲击负荷强、占地面积小、管理方便等优点。随着日益严格的水质要求，MBR被视为最具前景的水处理工艺之一，广泛应用于市政和工业污水处理。全球MBR的市场规模正以平均每年10.9％速率增长，而中国近些年MBR市场规模的年平均增长率更是达到了100％。
MBR主要通过微生物的降解作用和滤膜的截留过滤作用去除污染物，然而在膜过滤过程中，与膜接触的滤料中的胶体颗粒、溶质大分子或微粒与膜存在化学、物理、生化或机械作用，在膜面或膜孔内吸附、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大幅降低的现象，这种现象即是膜污染。广义的膜污染问题不仅仅包括由于堵塞，吸附等引起的不可逆污染，同时也包括因浓差极化而形成的凝胶层导致的可逆污染。两种污染共同作用往往导致跨膜压差(TMP)升高，膜通量下降，MBR处理效率大大降低。MBR的膜污染问题成为了其推广的最大瓶颈，其不仅关系到膜组件的使用寿命及运行成本，还影响着水处理工艺整体的运行效果。
目前常用的MBR膜污染控制方法主要有以下几类：(1)膜材料的改进，如对膜的空隙率、孔径或是亲水性等加以改进；(2)运行条件优化，如调整水力停留时间、污泥停留时间、温度、曝气强度等；(3)活性污泥混合液性质的改善，如投加絮凝剂等。这几种方法在一定程度上能缓解膜污染，但存在能耗大、增加药耗、运行成本高等问题，同时有些絮凝剂的加入可能会对活性污泥混合液中的微生物的活性产生不利影响，在系统中引入二次污染。因此需要提出更好的减缓膜污染的技术方案。
发明内容
为了克服已有MBR膜污染控制方法的有效性较差、能耗较大、运行成本较高、引入二次污染的不足，本发明提供一种利用Fe3O4/C减缓MBR膜污染的方法，通过在MBR反应器中投加一定量的Fe3O4/C，改善活性污泥混合液的特性，能够有效改善膜污染问题，延长了膜清洗周期及膜的使用寿命，且Fe3O4/C因其具有磁性，更易于回收再利用，大大降低了运行成本，有效避免了在MBR系统中产生二次污染。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种利用Fe3O4/C减缓MBR膜污染的方法，当活性污泥混合液分配至MBR反应器后，打开曝气控制阀，曝气后将Fe3O4/C投加进反应器中，再过设定时间后，将蠕动泵打开，MBR开始运行；当反应器的跨膜压差TMP值达到设定压力值时，即表示试验结束。
进一步，设定TMP从0增加到50KPa的过程表示一个过滤周期Γ50；根据不同MBR的运行条件，Fe3O4/C最佳投加量进行优选，优选方法如下：每次运行试验中，Fe3O4/C以设定浓度梯度投加，通过不同浓度梯度投加量下，TMP上升趋势，确定本轮试验最佳投加量，并将本轮的最佳投加量带入到后面一轮的试验，直到找出Fe3O4/C的最佳投加量。
再进一步，所述Fe3O4/C的制备过程如下：
将Fe3O4，葡萄糖溶于去离子水中，超声15～30min，将混合液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入200℃烘箱保持10～12小时；之后关闭烘箱，待高压反应釜冷却至室温后，打开高压釜，用磁铁分离出黑色样品，倒掉上清液，用去离子水清洗黑色样品4～6次，放入60℃烘箱干燥6～8h。
优选的，所述Fe3O4/C的制备过程中，Fe3O4，葡萄糖以及去离子水的摩尔比约为：0.08:1:150。
更进一步，所述Fe3O4的制备过程如下：
将六水氯化铁溶于乙二醇，搅拌20～30分钟，待其形成稳定清澈溶液后，加入醋酸钠，聚乙二醇，剧烈搅拌5～8小时后，将上述溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入200℃烘箱保持8～12h；之后关闭烘箱，待高压反应釜冷却至室温后，打开高压釜，用磁铁分离出黑色样品，倒掉上清液，用乙醇和超纯水分别清洗黑色样品4～6次；放入60℃烘箱干燥6～8h。
优选的，所述Fe3O4的制备过程中，六水氯化铁、醋酸钠、聚乙二醇在乙二醇溶液中的浓度约为0.12mol/L，1.09mol/L，0.04mol/L。
本发明中投加包覆四氧化三铁减轻MBR膜污染提高运行效率的作用包括；1)一定的吸附作用，能在一定程度上增大污泥絮体的粒径，使泥水有更好的分离沉降效果；2)可作为微生物的载体，微生物在其面膜附着生长，在污泥混合液中形成一定的颗粒物，强化MBR中的气液紊动，从而减缓膜污染；3)Fe3O4/C中的铁元素，刺激了微生物酶的活性，增强了微生物对反应器内有机物的降解速率。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要表现在：1)本发明使用的Fe3O4/C制备操作简单，便于实现；2)本发明使用的Fe3O4/C因其具有磁性，更易于回收，有效避免了MBR系统的二次污染，降低运行成本；3)本发明投加的Fe3O4/C对活性污泥混合液中的微生物活性产生有利影响，提高了混合液中的脱氢酶活性；4)在MBR反应器中投加Fe3O4/C，可有效改善膜污染问题，延长了膜清洗周期。
附图说明
图1是实施例1中的五组平行膜生物反应器装置的示意图，其中，1是清水池，2是跨膜压力传感器，3是蠕动泵，4是膜组件，5是MBR池，6是曝气管，7是自来水，8是高位配液槽，9是风机，10是浓液槽。
图2为实施案例1中五组平行膜生物反应器在不同Fe3O4/C投加量下的TMP的变化。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1和图2，一种利用Fe3O4/C减缓MBR膜污染的方法，当活性污泥混合液分配至MBR反应器后，打开曝气控制阀，曝气后将Fe3O4/C投加进反应器中，再过设定时间后，将蠕动泵打开，MBR开始运行；当反应器的跨膜压差TMP值达到设定压力值时，即表示试验结束。
进一步，设定TMP从0增加到50KPa的过程表示一个过滤周期Γ50；根据不同MBR的运行条件，Fe3O4/C最佳投加量进行优选，优选方法如下：每次运行试验中，Fe3O4/C以设定浓度梯度投加，通过不同浓度梯度投加量下，TMP上升趋势，确定本轮试验最佳投加量，并将本轮的最佳投加量带入到后面一轮的试验，直到找出Fe3O4/C的最佳投加量。
再进一步，所述Fe3O4/C的制备过程如下：
将Fe3O4，葡萄糖溶于去离子水中，超声15～30min，将混合液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入200℃烘箱保持10～12小时；之后关闭烘箱，待高压反应釜冷却至室温后，打开高压釜，用磁铁分离出黑色样品，倒掉上清液，用去离子水清洗黑色样品4～6次，放入60℃烘箱干燥6～8h。
优选的，所述Fe3O4/C的制备过程中，Fe3O4，葡萄糖以及去离子水的摩尔比约为：0.08:1:150。
更进一步，所述Fe3O4的制备过程如下：
将六水氯化铁溶于乙二醇，搅拌20～30分钟，待其形成稳定清澈溶液后，加入醋酸钠，聚乙二醇，剧烈搅拌5～8小时后，将上述溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入200℃烘箱保持8～12h；之后关闭烘箱，待高压反应釜冷却至室温后，打开高压釜，用磁铁分离出黑色样品，倒掉上清液，用乙醇和超纯水分别清洗黑色样品4～6次；放入60℃烘箱干燥6～8h。
优选的，所述Fe3O4的制备过程中，六水氯化铁、醋酸钠、聚乙二醇在乙二醇溶液中的浓度约为0.12mol/L，1.09mol/L，0.04mol/L。
实例1：一种利用Fe3O4/C减缓MBR膜污染的方法，包括以下步骤：
(1)Fe3O4/C的制备：首先，称取1.35g六水氯化铁溶于40ml乙二醇，搅拌30分钟，待其形成稳定清澈溶液后，加入3.6g醋酸钠，1g聚乙二醇，剧烈搅拌5小时后，将上述溶液转移到50ml聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入200℃烘箱保持12小时。12小时后，关闭烘箱，待高压反应釜冷却至室温后，打开高压釜，用磁铁分离出黑色样品，倒掉上清液，用乙醇和超纯水分别清洗黑色样品三次，放入60℃烘箱干燥6小时。称取0.2g上述四氧化三铁磁粉，加入2g葡萄糖，溶于30mL纯水，超声30分钟，将混合液转移到50ml聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入200℃烘箱保持12小时。12小时后，关闭烘箱，待高压反应釜冷却至室温后，打开高压釜，用磁铁分离出黑色样品，倒掉上清液，用超纯水清洗黑色样品六次，放入60℃烘箱干燥6小时，贮存备用。
(2)本实例采用五组平行的膜生物反应器装置，见附图1。每个MBR反应器的有效容积为21L，孔径为0.22um的聚偏四氟乙烯平板膜浸没于反应器槽中，膜组件下方设有穿孔曝气管，膜过滤出水有蠕动泵控制。MBR系统由PLC控制，实施过程中将蠕动泵设置为9min的抽吸和1min的停歇交替运行，且开始的转速都设置为27rpm/min。电脑控制系统每隔2min在线记录一次跨膜压差。穿孔曝气管的曝气量控制为4L/min。MBR中的活性污泥取自杭州某城市污水处理厂的二沉池，通过在反应器中培养使污泥的性能稳定并达到8000mg/L的浓度，反应器中的加热棒控制在25℃左右。模拟生活污水参数：进水COD为614-686mg/L，TN为31.7mg/L，TP为5.97-7.44mg/L。
(3)当驯化好的活性污泥混合液分配至MBR反应器后，马上打开曝气控制阀，曝气30min后将Fe3O4/C分以0mg/L，60mg/L，80mg/L，120mg/L，140mg/L浓度梯度投加进五个反应器中，再过30min后，将蠕动泵打开，MBR开始运行。当反应器的跨膜压差TMP值达到50KPa时，即该反应器的实施结束。如图2所示，Fe3O4/C分以0mg/L，60mg/L，80mg/L，120mg/L，140mg/L的过滤周期Γ50分别为7，10，11，14和12天，其中120mg/L投加量下MBR反应器的过滤周期Γ50是对照反应器的200％，从中可以发现Fe3O4/C对于减缓膜污染的效果非常明显，大大节约了运行及膜清洗成本。
以上列举仅是本发明的优选方案，本发明的保护范围并不仅限于此，本领域技术人员在本发明权利要求范围内所作的任何改变均落入本发明保护范围内。

Claims (6)

1.一种利用Fe3O4/C减缓MBR膜污染的方法，其特征在于：当活性污泥混合液分配至MBR反应器后，打开曝气控制阀，曝气后将Fe3O4/C投加进反应器中，再过设定时间后，将蠕动泵打开，MBR开始运行；当反应器的跨膜压差TMP值达到设定压力值时，即表示试验结束。
2.如权利要求1所述的一种利用Fe3O4/C减缓MBR膜污染的方法，其特征在于：设定TMP从0增加到50KPa的过程表示一个过滤周期Γ50；根据不同MBR的运行条件，Fe3O4/C最佳投加量进行优选，优选方法如下：每次运行试验中，Fe3O4/C以设定浓度梯度投加，通过不同浓度梯度投加量下，TMP上升趋势，确定本轮试验最佳投加量，并将本轮的最佳投加量带入到后面一轮的试验，直到找出Fe3O4/C的最佳投加量。
3.如权利要求1或2所述的一种利用Fe3O4/C减缓MBR膜污染的方法，其特征在于：所述Fe3O4/C的制备过程如下：
将Fe3O4，葡萄糖溶于去离子水中，超声15～30min，将混合液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入200℃烘箱保持10～12小时；之后关闭烘箱，待高压反应釜冷却至室温后，打开高压釜，用磁铁分离出黑色样品，倒掉上清液，用去离子水清洗黑色样品4～6次，放入60℃烘箱干燥6～8h。
4.如权利要求3所述的一种利用Fe3O4/C减缓MBR膜污染的方法，其特征在于：所述Fe3O4/C的制备过程中，Fe3O4，葡萄糖以及去离子水的摩尔比为：0.08:1:150。
5.如权利要求3所述的一种利用Fe3O4/C减缓MBR膜污染的方法，其特征在于：所述Fe3O4的制备过程如下：
将六水氯化铁溶于乙二醇，搅拌20～30分钟，待其形成稳定清澈溶液后，加入醋酸钠，聚乙二醇，剧烈搅拌5～8小时后，将上述溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入200℃烘箱保持8～12h；之后关闭烘箱，待高压反应釜冷却至室温后，打开高压釜，用磁铁分离出黑色样品，倒掉上清液，用乙醇和超纯水分别清洗黑色样品4～6次；放入60℃烘箱干燥6～8h。
6.如权利要求5所述的一种利用Fe3O4/C减缓MBR膜污染的方法，其特征在于：所述Fe3O4的制备过程中，六水氯化铁、醋酸钠、聚乙二醇在乙二醇溶液中的浓度分别为0.12mol/L，1.09mol/L，0.04mol/L。
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