CN108883955B - 改进膜生物反应器中的磷沉淀以及膜通量 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在膜生物反应器中处理废水的组合物，该组合物包含无机凝聚剂和一种或多种有机水溶性聚合物的混合物，其中这些无机凝聚剂选自含有铁和/或铝的化合物并且这些有机水溶性聚合物选自下组，该组由以下各项组成：阴离子型、阳离子型、非离子型聚合物，多糖和多酚化合物以及其任何组合。本发明进一步涉及一种用于在膜生物反应器中处理废水的方法，及其用途。

Description

改进膜生物反应器中的磷沉淀以及膜通量
技术领域
本发明涉及使用膜生物反应器的废水处理。
背景技术
可以以许多不同的方法处理并净化废水。一种净化水的方法是使用膜生物反应器。使用膜生物反应器(MBR)的过程将废水的膜过滤技术与生物处理相结合。膜是只允许某些组分(渗透物)穿过它的屏障。膜的选择性可由其孔径控制。通过使用适合的膜(例如超滤或微滤膜)从经处理的水中分离悬浮固体和生物处理的微生物。可将这些膜浸入生物反应器槽中，即与该生物反应器槽成为一体，或可将这些膜安排在生物反应器外面的单独的过程单元中，由此可能需要中间的泵送步骤。
MBR过程可能具有膜污染的问题，该膜污染减少了通过膜的通量。膜污染可能是由于堵塞(由于颗粒尺寸或膜材料与活性污泥液体之间的相互作用，该活性污泥液体包含活的和/或死的微生物、胶质材料、可溶性化合物等)。为了防止膜污染，可以进行膜的空气喷射以及定期的反洗。膜的化学清洗也是对于此的解决方案。此类步骤提供了如增加的处理成本、能量消耗和膜停工时间等的缺点。
希望找到新的方法，这些方法允许在所使用的组分之间的更好的相互作用以减少由于其相互作用产生的缺陷与缺点。
需要用于以有成本效益且环保的方式改进膜性能和水处理效率的解决方案。
发明内容
MBR作为废水处理中的有效方法的用途正在增加。然而，由于曝气的较高的能量需求和膜污染，它还没有被广泛使用。
本发明涉及当使用膜生物反应器时膜性能和水处理的可能性。根据本发明的组合物和方法提供了在膜生物反应器中的改进的磷沉淀以及较高的渗透物通量。根据本发明的组合物是在膜生物反应器(MBR)中具有多功能性作用的共混产品。
在膜生物反应器的流入物中添加化学品被认为是改进总体操作性能的选项。无机凝聚剂和有机水溶性聚合物被认为是用于此目的的合适的化学品。
有机水溶性聚合物似乎不在很大程度上影响磷和氮去除并且主要影响膜的渗透性，而无机凝聚剂似乎在增加磷去除方面有效但不防止通量下降。本发明的组合物涉及这些影响的组合。本发明涉及无机凝聚剂和有机水溶性聚合物的共混产品以及在用膜生物反应器的水处理中的用途。
待处理的废水可选自市政和工业废水。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的示意图，该示意图包括MBR过程，具有一体式膜以及反硝化和硝化步骤。
具体实施方式
本发明的一个目的是提供一种用于在膜生物反应器中处理废水的组合物，该组合物包含一种或多种无机凝聚剂和一种或多种有机水溶性聚合物的混合物，其中这些无机凝聚剂选自含铁和/或铝的化合物并且这些有机水溶性聚合物选自下组，该组由以下各项组成：阴离子型、阳离子型和非离子型聚合物以及其任何组合。无机凝聚剂和有机水溶性聚合物的混合物优选地呈液体形式。根据一个实施例，本发明的组合物可呈液体形式，优选该组合物是水性组合物。
该一种或多种有机水溶性聚合物可以是一种或多种阴离子型聚合物。这些阴离子型聚合物可选自基于选自以下项的组的化合物的聚合物：丙烯酰胺(AMD)、(2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸)(AMPS)和丙烯酸(AA)以及其任何组合；优选基于丙烯酰胺(AMD)和(2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸)(AMPS)的组合和/或丙烯酸(AA)和(2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸)(AMPS)的组合的聚合物。
该一种或多种有机水溶性聚合物可以是一种或多种阳离子型聚合物。如果使用阳离子型聚合物，则这些阳离子型聚合物可选自以下项的组：阳离子聚丙烯酰胺、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、聚胺、三聚氰胺-甲醛树脂、和聚双氰胺以及其任何组合。该阳离子聚丙烯酰胺可以是丙烯酰胺和阳离子单体或它们中的几个的共聚物，如丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵以及甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵的任一种或任何组合。
该一种或多种有机水溶性聚合物可以是一种或多种非离子型聚合物，其中该非离子型有机水溶性聚合物可选自基于包含丙烯酰胺(AMD)的化合物的聚合物。
应注意的是，经选择的包括单体(例如丙烯酰胺)的聚合物可以以不同的(离子)形式提供，例如阴离子、阳离子和非离子形式。使用不同的共聚单体可能影响离子形式。
可替代地，该有机水溶性聚合物可以是多糖和/或多酚化合物以及其任何组合。这些多糖可选自以下项的组：纤维素、淀粉、甲壳素以及壳聚糖化合物以及其任何组合。这些多酚可选自以下项的组：丹宁酸和木质素以及其任何组合。
如果使用一种或多种阴离子型聚合物，在组合物中的活性阴离子型聚合物的量为约0.01-40wt％、优选0.01-20wt％、最优选0.01-0.6wt％。
如果使用一种或多种阳离子型聚合物，在组合物中的活性阳离子型聚合物的量优选为约0.01-40wt％、优选0.01-20wt％、最优选0.01-0.6wt％。
如果使用一种或多种非离子型聚合物，在组合物中的活性非离子型聚合物的量优选为约0.01-40wt％、优选0.01-20wt％、最优选0.01-0.6wt％。
如果使用多糖和/或多酚化合物以及其任何组合，在组合物中的活性聚合物的量优选为约0.01-40wt％、优选0.01-20wt％、最优选0.01-0.6wt％。
如果使用以上提及的聚合物(即选自阴离子、阳离子、非离子型聚合物，多糖和多酚化合物)中的任一种的组合，在其任何组合中的一种或多种活性聚合物的浓度优选为约0.01-40wt％、优选0.01-20wt％、最优选0.01-0.6wt％。
这些无机凝聚剂(含有铁和/或铝的化合物)可选自下组，该组由以下各项组成：硫酸铝、聚合硫酸铝、氯化铝、聚合氯化铝、聚合氯代硫酸铝(polyaluminiumchlorosulfate)、聚合羟基氯代硫酸铝(polyaluminium hydroxyl chlorosulfate)、水合氯化铝(aluminium chlorohydrate)、铝酸钠、硫酸铁、聚合硫酸铁、氯化铁、氯化硫酸铁、聚合氯化铁、硫酸亚铁、氯化硫酸亚铁、氯化亚铁、三甲酸铝、聚合甲酸铝和聚合硝酸铝以及其任何组合。这些无机凝聚剂优选地呈溶液的形式，即呈液体形式。
在无机凝聚剂中的金属(即铁和/或铝，以及其任何组合)的量可以为约1-15wt％、并且优选约4-14wt％。
本发明的另一个目的是提供一种用于在膜生物反应器中处理废水的方法，该方法包括以下步骤
向膜生物反应器中提供废水流，
向在该膜生物反应器之前的和/或进入其中的废水添加根据本发明的组合物，
使该组合物和废水在该膜生物反应器的生物处理步骤中反应，并且
通过使用该膜反应器的膜分离该废水并获得干净的水渗透物，即干净的流出水。
膜分离导致在通过膜后获得的净化的流出物，以及截留的污泥，该污泥是不能通过膜的物质。
膜生物反应器，MBR，过程将废水的膜过滤技术与生物处理相结合。通过使用适合的膜(例如超滤膜或微滤膜)从经处理的水中分离悬浮固体和生物处理的微生物。可将这些膜浸入生物反应器槽中，即与该生物反应器槽成为一体(称为一体式(submerged))，或者可将这些膜安排在生物反应器外面的单独的过程单元处(称为外置式(side stream))，由此可能需要中间的泵送步骤。
要注意到的是，MBR过程可以在好氧和/或厌氧条件下进行。
不同的生物净化步骤可被包括在膜生物反应器过程中。此类步骤的实例是硝化和反硝化、有机碳去除步骤。这些可以作为整体被包括在膜生物反应器过程中。
该硝化过程涉及将氨或铵生物氧化为亚硝酸盐，然后将该亚硝酸盐氧化为硝酸盐。硝化是由微生物进行的好氧过程。
该反硝化过程是硝酸盐还原的微生物促进的过程，其可能最后产生分子氮(N2)。总之，它在缺氧条件下发生。
该有机碳去除步骤去除了有机物质。此步骤可以是好氧的或厌氧的。好氧步骤产生CO2、水和生物质。厌氧步骤产生CH4和经处理的生物质。
可将本发明的组合物添加至待处理的废水中，在MBR之前，即MBR的流入物，和/或被添加至MBR中。如果将该组合物添加至MBR中，则优选将其添加至MBR的生物处理步骤中的生物反应器槽中。
在膜生物反应器(MBR)之前、进入其中和/或在其反硝化步骤之后，本发明的组合物可与待处理的废水一起添加。
可在膜生物反应器(MBR)之前、进入其中和/或在其硝化步骤之后添加本发明的组合物。
可在膜生物反应器(MBR)之前、和/或在其有机碳去除步骤中添加本发明的组合物。
在一个实施例中，该反硝化步骤之后是该膜生物反应器(MBR)的硝化步骤。
如果在MBR过程中使用反硝化与硝化步骤，则可能优选的是，在硝化步骤中经处理的废水的一部分被再循环回到在前的反硝化步骤。还任选地，将在膜过滤中截留的污泥的至少一些部分再循环回到在前的反硝化步骤(具有随后的硝化步骤)。
应注意的是，可将根据本发明的组合物在选自以下项的任何位置进行添加：任选的反硝化之前、之中或之后，任选的反硝化之前、之中或之后，在任选的反硝化与硝化之间，在进入MBR的生物处理步骤时，以及进入MBR的生物处理步骤中，或其任何组合。由于该MBR过程的任选的生物净化步骤仅是任选的，所以可在该MBR之前或进入其中添加该组合物，意味着在该MBR之前添加和/或添加至其生物处理步骤中。
该膜生物反应器可包括一体式膜或外置式膜。
可将根据本发明的组合物以约1-1000mg/l、优选30-250mg/l、优选40-150mg/l的剂量添加至待处理的废水中。应注意到的是，该剂量与废水的流入量有关。
可将本发明的组合物连续或间歇地添加至废水流中。随着时间推移连续的添加使反应保持改进。然而，已经发现的是，还观察到了通过间歇添加的积极效果，特别是如果从膜分离中获得的污泥的一些部分被再次引入废水处理过程中。
因此，可将渗余物(在膜生物反应器的膜上截留的材料，即污泥)全部地或部分地再循环回待使用MBR处理的废水流中。如果硝化步骤和/或反硝化步骤存在于MBR过程中，则可将来自膜的渗余物的再循环前进到此类在前步骤的至少一个，优选过程流水线的第一个，优选反硝化步骤。
本发明提供了本发明的组合物用于在膜生物反应器(MBR)中处理废水的用途。进一步地，本发明提供了本发明的方法用于处理市政或工业废水的用途。
实例
将根据本发明的组合物在当地市政废水处理厂的中试设备中测试约三周。该中试设备具有两条平行流水线并且流至每条流水线的流入量为1.5m3/h。试验方案在图1中呈现。
将本发明的组合物在反硝化槽之前给予或直接加到其中。将本发明的组合物以约80ppm的剂量每天几次添加进流水线B，同时在另一条流水线中分别以50mg/l和150mg/l的剂量率连续地添加包含硫酸亚铁的参比产品。
结果
结果示出了甚至间歇添加新产品也改进了水处理效果和膜的性能。
相比于参比流水线的83％，磷去除是84％。对于80ppm的本发明的组合物，总的氮去除是42％，而对于150ppm的参比产品，其是33％。尽管添加了多得多的参比产品，但本发明的组合物的效果是显著更有效的。与不添加化学品相比，在使用本发明的组合物时的渗透物通量从160l/(m2h巴)增加至340l/(m2h巴)，导致膜通量上112％的增加。参比流水线的渗透物通量仅增加16％。
表1.
Figure BDA0001731692250000071
如从这些结果中可以看出的，本发明的组合物和方法改进了膜性能以及水处理效率。

Claims (17)

1.一种预混合的共混产品组合物，该共混产品组合物在膜生物反应器的废水处理中有效地用于沉淀磷并且增加膜通量，该共混产品组合物包含无机凝聚剂和有机水溶性聚合物的混合物，其中，该无机凝聚剂选自含有铁和/或铝的化合物并且该有机水溶性聚合物是阴离子型聚合物，其中所述阴离子型有机水溶性聚合物选自基于选自以下项的组的化合物的聚合物：丙烯酰胺(AMD)、(2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸)(AMPS)和丙烯酸(AA)。
2.根据权利要求1所述的共混产品组合物，其中，这些含有铁和/或铝的化合物选自下组，该组由以下各项组成：硫酸铝、聚合硫酸铝、氯化铝、聚合氯化铝、聚合氯代硫酸铝、聚合羟基氯代硫酸铝、水合氯化铝、铝酸钠、硫酸铁、聚合硫酸铁、氯化铁、氯化硫酸铁、聚合氯化铁、硫酸亚铁、氯化硫酸亚铁、氯化亚铁、三甲酸铝、聚合甲酸铝和聚合硝酸铝。
3.根据权利要求1或2所述的共混产品组合物，其中，该一种或多种阴离子型有机水溶性聚合物选自基于丙烯酰胺(AMD)和(2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸)(AMPS)的组合和/或丙烯酸(AA)和(2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸)(AMPS)的组合的聚合物。
4.根据权利要求1或2所述的共混产品组合物，其中，在该共混产品组合物中的作为活性聚合物的阴离子型聚合物的量为0.01-40wt％。
5.根据权利要求4所述的共混产品组合物，其中在该共混产品组合物中的作为活性聚合物的阴离子型聚合物的量为0.01-20wt％。
6.根据权利要求5所述的共混产品组合物，其中在该共混产品组合物中的作为活性聚合物的阴离子型聚合物的量为0.01-0.6wt％。
7.根据权利要求1或2所述的共混产品组合物，其中，在无机凝聚剂中呈铁和/或铝的形式的金属的量为1-15wt％。
8.根据权利要求7所述的共混产品组合物，其中，在无机凝聚剂中呈铁和/或铝的形式的金属的量为4-14wt％。
9.一种用于在膜生物反应器中处理废水的方法，该方法包括以下步骤：
向膜生物反应器中提供废水流，
向在该膜生物反应器之前的和/或进入其中的废水添加根据权利要求1-8中任一项所述的共混产品组合物，
使该共混产品组合物和废水在该膜生物反应器的一个或多个生物处理步骤中反应，
通过使用该膜反应器的膜分离该废水并获得干净的水渗透物。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在该膜反应器的该一个或多个生物处理步骤中，在生物反应器槽中将该共混产品组合物添加至该废水中。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，该膜生物反应器包括一体式膜或外置式膜。
12.根据权利要求9或10所述的方法，其中，将该共混产品组合物以1-1000mg/l待处理的废水的剂量添加至该废水中。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，将该共混产品组合物以30-250mg/l待处理的废水的剂量添加至该废水中。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，将该共混产品组合物以40-150mg/l待处理的废水的剂量添加至该废水中。
15.根据权利要求9或10所述的方法，其中，将该共混产品组合物连续地或间歇地添加至待处理的废水流中。
16.根据权利要求1-8中任一项所述的共混产品组合物用于在膜生物反应器中处理废水的用途。
17.根据权利要求9-15中任一项所述的方法用于处理市政或工业废水的用途。
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