CN108339408B - 一种利用解偶联剂tcs缓解膜生物反应器膜污染的方法及能够缓解膜污染的膜生物反应器 - Google Patents

一种利用解偶联剂tcs缓解膜生物反应器膜污染的方法及能够缓解膜污染的膜生物反应器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用解偶联剂TCS缓解膜生物反应器膜污染的方法及能够缓解膜污染的膜生物反应器，属于水处理技术与膜分离技术领域。该方法是利用膜生物反应器处理污水，并在膜生物反应器处理污水的过程中，沿污水流动方向在污水流至膜生物反应池内部的膜组件之前向污水中投加TCS。本发明还提供了一种能够缓解膜污染的膜生物反应器。该方法和装置不需要对原有MBR反应池进行大规模改造，只需增加TCS投加装置即可，操作简便、易行，管理维护方便，便于推广应用，适用于污水处理领域。

Description

一种利用解偶联剂TCS缓解膜生物反应器膜污染的方法及能 够缓解膜污染的膜生物反应器
技术领域
本发明涉及一种利用解偶联剂TCS缓解膜生物反应器膜污染的方法及能够缓解膜污染的膜生物反应器，属于水处理技术与膜分离技术领域。
背景技术
21世纪是膜科学技术的时代。目前在污水处理领域，膜技术尤其是膜生物反应器技术受到了普遍重视。膜-生物反应器(简称MBR)是膜分离技术与活性污泥法相结合的水处理技术，具有出水水质好、运行稳定、管理方便等特点，因此广泛应用于污废水处理及回用领域。
然而在膜分离技术被广泛应用的同时，膜污染的问题也困扰着社会，膜污染，是指在膜过滤过程中，水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的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。膜污染主要包括沉淀污染、吸附污染、生物污染三种类型，膜污染会对膜造成严重污染并同时导致膜通量的剧烈下降，且一旦料液与膜接触,膜污染即开始，是膜生物反应器中不可避免的现象之一。因此，探讨确切的污染机理,研究开发出缓解膜污染的新方法，以提高膜的寿命已成为水处理领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的膜法水处理所存在的膜孔堵塞、膜通量下降等膜污染问题，提供了一种利用解偶联剂TCS缓解膜生物反应器膜污染的方法及能够缓解膜污染的膜生物反应器，该方法运行费用较低、操作简单方便、通过减少膜上污染物的生物量来控制膜污染。
本发明的目的在于提供一种利用解偶联剂TCS缓解膜生物反应器膜污染的方法，利用膜生物反应器处理污水，并在膜生物反应器处理污水的过程中，沿污水流动方向在污水流至膜生物反应池内部的膜组件之前向污水中投加TCS。
优选地，投加TCS后使TCS的浓度为1.5mg TCS/g VSS～10mg TCS/g VSS。该浓度下可以在不影响MBR膜生物反应池3内活性污泥正常运行的前提下，缓解膜污染的发生。
优选地，所述TCS的为TCS粉末或者TCS溶液，所述TCS溶液的溶剂为乙醇。
优选地，所述TCS的投加方式为连续投加或间歇投加。更优选地，所述间歇投加的投加频率为1次/天，使TCS的浓度为1.5mg TCS/g VSS～10mg TCS/g VSS。。
更优选地，所述连续投加过程中保持TCS的浓度为1.5mg TCS/g VSS～10mg TCS/gVSS。
更优选地，所述投加TCS的位置为膜生物反应器的进水管处。
本发明还提供了一种能够缓解膜污染的膜生物反应器，该膜生物反应器包括进水管路1，TCS投加装置2，膜生物反应池3，膜组件4，曝气装置5，鼓风机6，出水泵7，清水池9和排泥管路10；其中：进水管路1与膜生物反应池3的进水口连接；TCS投加装置2与膜生物反应池3连接；TCS投加装置2内部装有TCS，用于投加TCS；膜生物反应池3内部投放有活性污泥，且其内部还安装有膜组件4；膜组件4的出水口与膜生物反应池3的出口连通；膜生物反应池3的出口通过出水泵7与清水池9的进水口连接；膜生物反应池3的池底设有曝气装置5；曝气装置5与位于膜生物反应池3外部的鼓风机6连接；膜生物反应池3的底部还安装有排泥管路10；排泥管路10与膜生物反应池3的内部连通，用于将膜生物反应池3内部的污泥排出至膜生物反应池3的外部。
优选地，所述TCS投加装置2通过进水管路1与膜生物反应池3连接，TCS投加装置2出口与进水管路1的内部水腔相互连通，TCS投加装置2向进水管路1内部的水腔投加TCS；即：TCS投加装置2与进水管路1连接，且TCS投加装置2出口与进水管路1的内部水腔相互连通，TCS投加装置2通过向进水管路1内部的水腔投加TCS。该方式是通过TCS投药装置2向进水管路1内投加适量TCS，然后进水管路内的污水将TCS带至膜生物反应池3内，从而破坏膜上污染物生物体内呼吸链与氧化磷酸化之间的偶联作用，降低和控制膜组件4上产生的膜污染。
优选地，所述TCS投加装置2与膜生物反应池3直接连接，TCS投加装置2直接向膜生物反应池3内部投加TCS。
本发明中TCS为3,3’,4’,5-四氯水杨酰苯胺。
本发明提供了一种利用解偶联剂3,3’,4’,5-四氯水杨酰苯胺(TCS)缓解膜生物反应器膜污染的方法，本发明通过在MBR内投加解偶联剂TCS，使膜表面生物滤饼层内的微生物体内呼吸链与氧化磷酸化之间的偶联遭到破坏，从而降低细胞活性、数量和胞外聚合物的含量，进而降低膜表面生物污染，能够减少膜的化学清洗，维持MBR的长期稳定运行并提高工艺的适应性，提高膜法污水处理效率，本发明方法无须对原有MBR生物反应器进行结构上的改造，只需添加投药装置即可，具有运行成本低和操作管理方便等特点。
本发明中TCS可以在进水区投加，也可以在膜生物反应池内的膜组件之前投加。
本发明经过膜组件4过滤后的清水由出水泵7提升至清水池9。
本发明旨在解决膜技术应用于于水处理过程中，由于微生物细胞及其产生的胞外聚合物对膜造成严重的生物污染及膜通量剧烈下降等问题。本发明通过在MBR内投加解偶联剂TCS，使膜表面生物滤饼层内的微生物体内呼吸链与氧化磷酸化之间的偶联遭到破坏，从而降低细胞活性、数量和胞外聚合物的含量，进而降低膜表面生物污染，能够减少膜的化学清洗，维持MBR的长期稳定运行并提高工艺的适应性，提高膜法污水处理效率。本发明方法无须对原有MBR生物反应器进行结构上的改造，只需添加投药装置即可。具有运行成本低和操作管理方便等特点。
本发明有益效果：
本发明通过投加TCS来控制膜污染，在利用膜生物反应器处理污水的过程中，随着污水流动，污水将解偶联剂TCS带至膜组件，通过解偶联代谢作用缓解膜污染，即解偶联剂将膜上污染物体内氧化和磷酸化解偶联，造成能量消散，细胞合成的能量减少，抑制了细胞合成，从而降低微生物产率，进而降低膜组件上污染层的生物量，有效实现控制膜污染。对于MBR来说，解偶联剂可以利用微生物自身内源呼吸氧化分解降低微生物产率。
本发明在MBR反应池进水内投加TCS对MBR的膜污染进行控制，可以：1、本方法所需设备简单，不对原有MBR反应池进行大规模改造，只需增加TCS投加装置即可，操作简便、易行，管理维护方便，便于推广应用。2、控制膜污染，使膜组件上污染物生物量减少、微生物产率降低，维持MBR的有效运行。
附图说明
图1是本发明方法的膜-生物反应器装置的结构示意图；
(1，进水管路；2，TCS投加装置；3，膜生物反应池；4，膜组件；5，曝气装置；6，鼓风机；7，出水泵；8，出水管路；9，清水池；10，排泥管路)。
图2为通量变化曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。
实施例1：
本实施例提供了一种能够缓解膜污染的膜生物反应器，该膜生物反应器包括进水管路1，TCS投加装置2，膜生物反应池3，膜组件4，曝气装置5，鼓风机6，出水泵7，清水池9和排泥管路10；其中：进水管路1与膜生物反应池3的进水口连接；TCS投加装置2与膜生物反应池3连接；TCS投加装置2内部装有TCS，用于投加TCS；膜生物反应池3内部投放有活性污泥，且其内部还安装有膜组件4；膜组件4的出水口与膜生物反应池3的出口连通；膜生物反应池3的出口通过出水泵7与清水池9的进水口连接；膜生物反应池3的池底设有曝气装置5；曝气装置5与位于膜生物反应池3外部的鼓风机6连接；膜生物反应池3的底部还安装有排泥管路10；排泥管路10与膜生物反应池3的内部连通，用于将膜生物反应池3内部的污泥排出至膜生物反应池3的外部。其中：膜生物反应池3的出口、出水泵7和清水池9的进水口之间可以出水管路8连接。
TCS投加装置2与膜生物反应池3连接包括直接连接和间接连接，即本实施例中TCS投加装置2与膜生物反应池3连接可以通过如下两种方式实现：
1、间接连接方式可以按照如下方式进行连接：
如图1所示，TCS投加装置2通过进水管路1与膜生物反应池3连接，TCS投加装置2出口与进水管路1的内部水腔相互连通，TCS投加装置2向进水管路1内部的水腔投加TCS；即：TCS投加装置2与进水管路1连接，且TCS投加装置2出口与进水管路1的内部水腔相互连通，TCS投加装置2通过向进水管路1内部的水腔投加TCS进而实现向膜生物反应池3内投加TCS。
2、直接连接可以按照如下方式进行连接：
TCS投加装置2与膜生物反应池3直接连接，TCS投加装置2直接向膜生物反应池3内部投加TCS。
本实施例中膜生物反应器可以采用有机玻璃制成，有效容积为10L。
本实施例中鼓风机6为曝气装置提供动力。
本实施例中膜组件4可以采用平板超滤膜组件，聚醚砜(PES)材质。
本实施例的膜-生物反应器在保证膜生物反应器稳定运行的同时，缓解了膜污染。
本实施例中膜生物反应池3内投放有适宜浓度的活性污泥，本实施例以4000mg/L为例。
本实施例的膜生物反应器工作过程：
进水经由进水管路进入具有膜组件和活性污泥的MBR反应池中，与MBR反应池中的活性污泥发生生物反应，细菌对污水中的有机物进行分解代谢与合成代谢；经过曝气与生物处理的进水，由泵通过滤膜过滤后抽出；沿水流方向，在进水至膜组件过程中，TCS投加装置向其中投加TCS，随着污水流动，污水将解偶联剂TCS带至膜组件，通过解偶联代谢作用将膜上污染物体内氧化和磷酸化解偶联，降低微生物产率，进而降低膜组件上污染层的生物量，缓解膜污染。
实施例2：
本实施例提供了一种利用上述膜生物反应器处理污水缓解膜污染的方法，该方法是利用膜生物反应器处理污水，并在膜生物反应器处理污水的过程中，沿污水流动方向在污水流至膜生物反应池内部的膜组件之前向污水中投加TCS。
本实施例中投加TCS后使TCS的浓度为1.5mg TCS/g VSS～10mg TCS/g VSS。
本实施例中TCS可以为TCS粉末或者TCS溶液，其中TCS溶液的溶剂为乙醇。
本实施例中TCS的投加方式为连续投加或间歇投加，其中间歇投加的投加频率为1次/天，使TCS的浓度为1.5mg TCS/g VSS～10mg TCS/g VSS；连续投加过程中保持TCS的浓度为1.5mg TCS/g VSS～10mg TCS/g VSS。
本实施例中投加TCS的位置为膜生物反应器的进水管处。
为说明本发明方法所能够获得的效果，进行了如下实验：
1、以实施例1的膜生物反应器(间接连接方式)为例按照实施例2的方法对污水进行处理，其中膜生物反应器采用有机玻璃制成，有效容积为10L；膜组件为平板超滤膜组件，聚醚砜(PES)材质，标称截留分子量150kDa，膜面积为0.02m2；膜生物反应器回流比为5，膜生物反应器3中的活性污泥浓度为4000mg/L。
经检测上述条件下的初始膜通量约为20L/m2·h～30L/m2·h。
进水污水中包含200mg COD/L，34mg NH4-N/L和4.17mg TP/L，pH范围在7.0～7.5之间。
通过TCS投加装置2向进水管路1中投加TCS粉末，连续投加使TCS的浓度分别为2.5mg TCS/g VSS、5mg TCS/g VSS，同时以无TCS投加作为对照(其他条件与2.5mg TCS/gVSS、5mg TCS/g VSS相同)，持续监测膜通量变化40d，结果如图2所示。
通过实验，由通量变化曲线(如下图2)可知，无TCS投加的反应器通量可基本维持在2L/m2·h，TCS的浓度分别为2.5mg TCS/g VSS、5mg TCS/g VSS左右的反应器通量均可保持在4L/m2·h左右。由于污泥浓度在实验过程中存在允许范围内的变化，从而导致TCS浓度在1.5mg TCS/g VSS～10mg TCS/g VSS之间波动，因此可根据通量曲线得出初步结论，进水中TCS浓度保持在1.5～10mg TCS/g VSS时可以显著增加MBR的膜通量，使膜阻力降低一倍，且稳定性较好；并且其中TCS的浓度为2.5mg TCS/g VSS、5mg TCS/g VSS左右时对于增加MBR的膜通量的效果相近，5mg TCS/g VSS时略好一点，因此TCS的浓度为1.5mg TCS/g VSS～10mg TCS/g VSS都可以获得一个较好的缓解膜污染的效果。
2、本实验与上述实验1的区别在于本实验采用间歇投加方式，且间歇投加的投加频率为1次/天，TCS的浓度分别为2.5mg TCS/g VSS、5mg TCS/g VSS，持续监测膜通量变化40d发现缓解膜污染效果与直接投加效果相近，均可获得一个较好的缓解膜污染的效果。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种利用解偶联剂TCS缓解膜生物反应器膜污染的方法，其特征在于，利用膜生物反应器处理污水，并在膜生物反应器处理污水的过程中沿污水流动方向在污水流至膜生物反应池内部的膜组件之前向污水中投加TCS；
投加TCS后使TCS的浓度为1.5mg TCS/g VSS～10mg TCS/g VSS；
所述膜生物反应器包括进水管路(1)，TCS投加装置(2)，膜生物反应池(3)，膜组件(4)，曝气装置(5)，鼓风机(6)，出水泵(7)，清水池(9)和排泥管路(10)；其中：进水管路(1)与膜生物反应池(3)的进水口连接；TCS投加装置(2)与膜生物反应池(3)连接；TCS投加装置(2)内部装有TCS，用于投加TCS；膜生物反应池(3)内部投放有活性污泥，且其内部还安装有膜组件(4)；膜组件(4)的出水口与膜生物反应池(3)的出口连通；膜生物反应池(3)的出口通过出水泵(7)与清水池(9)的进水口连接；膜生物反应池(3)的池底设有曝气装置(5)；曝气装置(5)与位于膜生物反应池(3)外部的鼓风机(6)连接；膜生物反应池(3)的底部还安装有排泥管路(10)；排泥管路(10)与膜生物反应池(3)的内部连通，用于将膜生物反应池(3)内部的污泥排出至膜生物反应池(3)的外部。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述TCS为TCS粉末或者TCS溶液，所述TCS溶液的溶剂为乙醇。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述TCS的投加方式为连续投加或间歇投加。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述间歇投加的投加频率为1次/天，使TCS的浓度为1.5mg TCS/g VSS～10mg TCS/g VSS。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述连续投加过程中保持TCS的浓度为1.5mg TCS/g VSS～10mg TCS/g VSS。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述投加TCS的位置为膜生物反应器的进水管处。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述TCS投加装置(2)通过进水管路(1)与膜生物反应池(3)连接，TCS投加装置(2)出口与进水管路(1)的内部水腔相互连通，TCS投加装置(2)向进水管路(1)内部的水腔投加TCS。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述TCS投加装置(2)与膜生物反应池(3)直接连接，TCS投加装置(2)直接向膜生物反应池(3)内部投加TCS。
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