CN107899428B

CN107899428B - 一种防止mbr膜污染的制剂及其应用

Info

Publication number: CN107899428B
Application number: CN201711195433.7A
Authority: CN
Inventors: 汪美贞; 孙锋; 严慧聪; 李悦
Original assignee: Zhejiang Gongshang University
Current assignee: Zhejiang Gongshang University
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2020-11-03
Anticipated expiration: 2037-11-24
Also published as: CN107899428A

Abstract

本发明公开了一种防止MBR膜污染的制剂及其应用，制剂包括A组分和B组分，其中A组分为信号分子氧化剂、B组分为过滤助剂、絮凝剂和表面活性剂的混合物，以质量百分比计，配比为:信号分子氧化剂50‑60％；过滤助剂20‑30％；絮凝剂10‑20％；表面活性剂10‑20％。将废水送入蓄水池中，以先A后B顺序先后向废水中投加所述防止MBR膜污染的制剂，然后进入膜组件。本发明所述的制剂可减缓MBR的膜污染，提高污水处理效率。兼具成本低、适用性广的特点，为MBR膜污染的防治提供了有效的方案。

Description

一种防止MBR膜污染的制剂及其应用

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种防止MBR膜污染的制剂及其应用。

背景技术

膜-生物反应器(Membrane Bio-Reactor,MBR)是膜分离技术与生物处理技术有机结合的废水处理系统。与传统的生化水处理技术相比，MBR具有以下主要特点：处理效率高、出水水质好；易实现自动控制、运行管理简单。在经过二十余年的发展，膜生物反应器已经成为先进废水处理的主要技术之一。

然而膜污染问题却严重制约了MBR的推广和应用。膜污染主要是由于被处理物料中的微粒以及胶体粒子等，在膜表面沉淀、积累或在膜孔内吸附，造成膜孔径变小或堵塞。从而使膜的透过流量与分离特性大幅度下降。膜污染会直接导致膜通量下降以及使用寿命缩短。

微生物污染是膜污染中最重要的原因之一。污水中大量的腐殖质、聚糖脂以及微生物代谢产物会附着在膜上，形成一层生物膜；新形成的生物膜可进一步吸附污水中的微生物，加剧生物膜中微生物的繁殖，加速生物膜的成熟和发育。生物膜的形成不仅自身是膜污染的重要组成部分，其导致了膜对混合物粘度的增加，使得污水中的颗粒物质更易吸附在膜表面，从而进一步造成膜污染。

抑制生物膜形成的现有方法：公开号为102511498A的中国发明专利公开了一种用于抑制形成生物膜的方法，提供了含镓组合物，用于涂覆/浸渍设备或设备表面来防止生物膜生长形成，该发明使用材料为重金属，易造成重金属污染，且成本高；公开号为CN102649817A的中国发明专利公开了一种抑制细菌生物膜形成的单克隆抗体及其针对的B细胞表位；所述单克隆抗体针对的B细胞抗原表位多肽可用于制备抗革兰氏阳性球菌生物膜形成的疫苗，该发明专一性较高，主要针对特定细菌，不适合废水处理领域；公开号为CN106699751A的中国发明专利公开了一种新型噻唑类化合物,中文名称为N#(5#硝基噻唑#2#基)#1#(苯基甲硫酰胺)哌啶#4#甲酰胺，该物质能够显著抑制变形链球菌浮游细胞和生物膜的形成，该发明所用新型物质合成成本较高，具有运行条件限制。

发明内容

本发明针对MBR处理工艺中膜堵塞问题，提供一种防止MBR膜污染的制剂及其制备方法和应用。

一种防止MBR膜污染的制剂，包括A组分和B组分，其中A组分为信号分子氧化剂，B组分为过滤助剂、絮凝剂及表面活性剂的混合物，以重量百分比计，各组分配比如下：

各组分之和为100％。

进一步优选地，以重量百分比计，各组分配比如下：

最优选地，以重量百分比计，各组分配比如下：

群体感应淬灭是控制膜微生物污染的优选策略之一。所谓群体感应，具体指在细菌生长过程中，会不断产生一些自诱导物的小分子化合物；细菌通过感应这些自诱导浓度，对于周围环境进行判断；当这些自诱导物质到达一定阈值时，在群体范围内调控一些相关基因的表达来适应环境的变化。绝大多数微生物生物膜的形成即受群体感应所调控，即群体感应淬灭控制生物膜形成具有普遍适用性。

近年来，学者对抑制群体感应方面已经做了一定的研究，结果发现一些自然存在物质和某些人工合成物质对群体感应有一定抑制作用，同时也得出一些有效的抑制方法，主要有降低转录调节蛋白(也可称R蛋白)的活性、抑制信号分子合成，以及降解信号分子等，这些方法可统称为细菌群感淬灭。

本发明专利主要运用群体感应淬灭、表明活性剂增强、大颗粒水力剪切等原理相耦合，经济高效达到抑制绝大多数生物膜形成的效果。通过混合添加信号分子氧化剂阻断细菌的群体感应系统，从而可以破坏群体感应的稳定，破坏微生物生物膜的形成以及稳定，从而减少膜上微生物的附着和分泌生物膜，减少膜污染。其他试剂的配合，能够大大提升消减膜污染的效果，延长制剂作用时间。与现有技术相比，群体感应淬灭具有绿色、经济、普适、持久等优势，且配方简单操作性更强。

本发明综合运用微生物群体感应、细菌裂解等原理，进行防止MBR膜污染制剂的制备和应用。防止MBR膜污染制剂主要有信号分子氧化剂、过滤助剂、絮凝剂、表面活性剂等组分组成。

其中，氧化剂作为主要配方，在膜单元处理器中，通过添加一定浓度的氧化剂氧化信号分子，利用群体感应信号分子的氧化削减，来控制膜生物反应器中膜微生物分泌物质的消减，减少反应器的膜污染、提高生物膜水处理的效率；过滤助剂能利用水力的冲击，使助剂与膜表面摩擦，去除一些沉积物，提高膜的通透性，是一种较为安全和环保的去污剂；相对分子质量大于1000的有机物是造成膜污染的主要因素，所述絮凝剂，能有效地去除相对分子质量较大的有机物，因而可以进一步有效防止膜污染；表面活性剂的添加可以使胞外聚合物中溶解态蛋白质和多聚糖含量大幅上升，可以提高胞外聚合物的水解，起到消减膜污染的作用。各组分之间相互协同作用，共同提高制剂的抑制能力。

此外，本发明实验用试剂量均为微量，不但减低成本并且能够最大程度降低污染，具有见效快、成本低、运用范围广、施用简单、低碳环保等特点。

优选地，所述的信号分子氧化剂为次氯酸钠、次氯酸钙、过硫酸铵、高锰酸钾、苯甲酸酯和硝酸钠中的至少一种。

优选地，所述的信号分子氧化剂可以是次氯酸钠、次氯酸钙，过硫酸铵、高锰酸钾、苯甲酸酯、硝酸钠中的其中一种，也可以采用上述组分混合而成。

进一步优选，本发明采用复合信号分子氧化剂，即：所述信号分子氧化剂由以下组分及重量百分含量混合而成：

各组分之和为100％。

进一步优选地，

所述复合信号分子氧化剂的制备方法为将所有组分混合均匀。

采用复合信号分子氧化剂比单一组分的复合信号分子氧化剂效果更好，能更好的与其他组分协同作用，增强抑制效果，且加入了次氯酸钠等可以起到杀菌消毒的作用，抑制了微生物的生长，进一步提高抑制效率。

优选地，所述过滤助剂主要选用物理过滤助剂活性炭粉末，活性炭粉末为纳米(<100nm)制剂。过滤助剂的使用可以物理提高膜的过滤水平，提高膜的通透量。且过滤助剂使用的活性炭为纳米制剂，纳米制剂本身具有抑菌效果，且比表面大，物理冲刷效果更好。

优选地，所述絮凝剂可以采用单一组分的絮凝剂，例如可以是聚丙烯酸胺或聚二甲基二烯丙基氯化氨，也可以采用复合絮凝剂，本发明中进一步优选，采用复合絮凝剂，即：所述絮凝剂由以下组分及重量百分含量混合而成：

聚丙烯酸胺50％-70％

聚二甲基二烯丙基氯化氨30％-50％。

进一步优选地，

聚丙烯酸胺50％-60％；

聚二甲基二烯丙基氯化氨40％-50％。

采用上述混合比例的复合絮凝剂的效果比单一组分的絮凝剂效果更好。

优选地，所述表面活性剂采用十二烷基硫酸钠。

本发明还提供一种如所述制剂的制备方法，包括如下步骤：

首先将上述的信号分子氧化剂需要的所有成分按各自组分质量百分比称量制得制剂A；絮凝剂，表面活性剂及过滤助剂(活性炭纳米制剂)分别进行干燥，然后按各组分质量百分比称量，投入搅拌机中混合搅拌均匀，搅拌30分钟以上后用200目以上的筛子过筛，滤去较大的颗粒，用得到成品制剂B。将首先加入制剂B15-25mg/L。经过24h后投加制剂A15-25mg/L。

本发明还提供一种防止MBR膜污染的方法，包括如下步骤：

按本发明制剂的组分配比，先向MBR膜中投加组分B，间隔20～25小时再投加组分A。

废水依次流经生物反应器、蓄水池和MBR膜组件，所述制剂投加至蓄水池中，投加总量为35-50mg/L，组分B每次的投加量为15-25mg/L，组分A每次的投加量为15-25mg/L。

最优选地，所述制剂以重量百分比计，各组分配比如下：

且信号分子氧化剂和絮凝剂均采用如前所述优选配比的混合物；投加总量为35～50mg/L，组分B每次的投加量为15-25mg/L，组分A每次的投加量为15-25mg/L。

本发明去污剂添加了过滤助剂和絮凝剂后不仅可以促进增大膜的通透性以及去除大分子；还可以有一定的杀菌消毒的作用，药剂为固体粉末，有利于携带和使用。

本发明具有良好的环保效益和经济效益。与没有加去污剂的MBR膜反应单元相比，膜通透性明显下降减缓，效率提高。与一般去污剂相比，由于加入了絮凝剂提高了去污效率，加入的次氯酸钠能起到消毒杀菌的作用，进一步提高处理效率。既环保又能解决膜污染问题。

附图说明

图1是废水膜处理工艺流程图。

图中所示附图标记如下：

1生物反应器 2-抽水泵 3-蓄水池

4-膜组件

具体实施方式

实施例1：

(1)试剂制备过程：

制剂A：信号分子氧化剂：过硫酸铵30kg，苯甲酸30kg，硝酸钠40kg，次氯酸钠15kg搅拌混合得到制剂A；

制剂B：复合絮凝剂：聚丙烯酸胺15kg，聚二甲基二烯丙基氯化氨15kg烘干搅拌混匀。过滤助剂：活性炭粉末50kg。表面活性剂：十二烷基硫酸钠30kg将上述制剂均匀混合，用200目以上的筛子过滤，筛去较大的颗粒，得到粉末状制剂B。

(2)加样条件：本发明制备的制剂以投加方式进入过滤器。投加处为蓄水池(即图1中的蓄水池3)开口处进样，进样频率以五天投加一次。首先投加制剂B投加量为17mg/L，24h之后投加制剂A投加量为18mg/L。

(3)检测指标：利用考马斯亮蓝法测蛋白酶来表征生物膜的量；利用实测膜压差来判断膜污染程度(膜压差(TMP)由压力计(测量范围p＝-0.08～0.1MPa)实测)；处理规模为30L/h。检测结果如表1所示。

实施例2：

(1)试剂制备过程：

制剂B：复合絮凝剂：聚丙烯酸胺20kg，聚二甲基二烯丙基氯化氨15kg烘干搅拌混匀。过滤助剂：活性炭粉末50kg。表面活性剂：十二烷基硫酸钠30kg将上述制剂均匀混合，用200目以上的筛子过滤，筛去较大的颗粒，得到粉末状制剂B。

(2)加样条件：本发明制备的制剂以投加方式进入过滤器。投加处为蓄水池开口处进样，进样频率以五天投加一次。首先投加制剂B投加量为20mg/L，24h之后投加制剂A投加量为20mg/L。

实施例3：

(1)试剂制备过程：

制剂B：复合絮凝剂：聚丙烯酸胺20kg，聚二甲基二烯丙基氯化氨15kg烘干搅拌混匀。过滤助剂：活性炭粉末60kg。表面活性剂：十二烷基硫酸钠30kg将上述制剂均匀混合，用200目以上的筛子过滤，筛去较大的颗粒，得到粉末状制剂B。

(2)加样条件：本发明制备的制剂以投加方式进入过滤器。投加处为蓄水池开口处进样，进样频率以五天投加一次。首先投加制剂B投加量为22mg/L，24h之后投加制剂A投加量为23mg/L。

(3)检测指标：利用考马斯亮蓝法测蛋白酶来表征生物膜的量；利用实测膜压差来判断膜污染程度(膜压差(TMP)由压力计(测量范围p＝-0.08～0.1MPa)实测)；处理规模为30L/h，检测结果如表1所示。

实施例4：

(1)试剂制备过程：

制剂B：复合絮凝剂：聚丙烯酸胺20kg，聚二甲基二烯丙基氯化氨15kg烘干搅拌混匀。过滤助剂：活性炭粉末50kg。表面活性剂：十二烷基硫酸钠25kg将上述制剂均匀混合，用200目以上的筛子过滤，筛去较大的颗粒，得到粉末状制剂B。

(2)加样条件：本发明制备的制剂以投加方式进入过滤器。投加处为蓄水池开口处进样，进样频率以五天投加一次。首先投加制剂B投加量为25mg/L，24h之后投加制剂A投加量为25mg/L。

实施例5：

(1)试剂制备过程：

制剂B：复合絮凝剂：聚丙烯酸胺20kg，聚二甲基二烯丙基氯化氨15kg烘干搅拌混匀。过滤助剂：活性炭粉末55kg。表面活性剂：十二烷基硫酸钠25kg将上述制剂均匀混合，用200目以上的筛子过滤，筛去较大的颗粒，得到粉末状制剂B。

(2)加样条件：本发明制备的制剂以投加方式进入过滤器。投加处为蓄水池开口处进样，进样频率以五天投加一次。首先投加制剂B投加量为17mg/L，24h之后投加制剂A投加量为18mg/L。

实施例6：

(1)试剂制备过程：

制剂A：信号分子氧化剂：过硫酸铵30kg，苯甲酸30kg，硝酸钠40kg，次氯酸钠20kg搅拌混合得到制剂A；

实施例7：

(1)试剂制备过程：

制剂A：信号分子氧化剂：过硫酸铵40kg，苯甲酸40kg，硝酸钠30kg，次氯酸钠10kg搅拌混合得到制剂A；

实施例8：

(1)试剂制备过程：

制剂A：信号分子氧化剂：过硫酸铵30kg，苯甲酸40kg，硝酸钠40kg，次氯酸钠10kg搅拌混合得到制剂A；

实施例9：

(1)试剂制备过程：

制剂A：信号分子氧化剂：过硫酸铵40kg，苯甲酸30kg，硝酸钠40kg，次氯酸钠15kg搅拌混合得到制剂A；

实施例10：

(1)试剂制备过程：

制剂A：信号分子氧化剂：苯甲酸酯20kg，苯甲酸40kg，硝酸钠40kg，次氯酸钠20kg搅拌混合得到制剂A；

表1

由表1的结果可知，本发明中防止MBR膜污染制剂的添加，能够大大减缓MBR膜污染。有效抑制了膜上生物污染，提高膜的通透量。对MBR膜污染的防治非常有效。

以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims

1.一种防止MBR膜污染的方法，其特征在于，包括如下步骤：

先向MBR膜中投加B组分，间隔20~25小时再投加A组分，投加总量为35~50mg/L，B组分每次的投加量为15-25mg/L，A组分每次的投加量为15-25mg/L；

A组分为信号分子氧化剂，B组分为过滤助剂、絮凝剂及表面活性剂的混合物，以重量百分比计，各组分配比如下：

A组分：信号分子氧化剂 51-54%

B组分：过滤助剂 22-26%

絮凝剂 12-15%

表面活性剂 13-15%；

各组分之和为100%；

以重量百分比计，所述的信号分子氧化剂由如下组分混合而成：

过硫酸铵 20-35%

苯甲酸 20-35%

硝酸钠 20-35%

次氯酸钠 10-15%；

所述的过滤助剂为粒径小于100 nm的纳米活性炭粉末；

以重量百分比计，所述的絮凝剂由如下组分混合而成：

聚丙烯酸胺50% -60%

聚二甲基二烯丙基氯化氨40% -50%。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠。