CN110028209B - 一种mbr工艺在生活污水处理中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MBR工艺在生活污水处理中的应用，具体过程如下：污水流经机械格栅处理后流入污水调节池内，经过调节池处理后的污水由污水提升泵提升至初沉池，经过初沉池处理后的污水自流至缺氧池，缺氧池处理后的污水自流至MBR池，然后将MBR池处理后的污水经紫外线消毒装置进行消毒杀死毒菌后达标外排；MBR池中的污泥一部分排入污泥池，一部分回流入缺氧池，为缺氧段提供硝酸盐，达到脱氮的目的。本发明通过将MBR技术引入污水处理过程中，提高了污水处理质量，同时MBR技术中使用的改性过滤膜具有较高的水通量和抗污性能，在长期使用过程中水通量不会有太大变化，能够实现长期有效的利用，且污水处理效率升高。
Description
技术领域
本发明属于污水处理领域，涉及一种MBR工艺在生活污水处理中的应用。
背景技术
MBR是一种将高效膜分离技术与传统活性污泥法相结合的新型高效污水处理工艺，它用具有独特结构的浸没式膜组件置于曝气池中，经过好氧曝气和生物处理后的水，由泵通过滤膜过滤后抽出。它与传统污水处理方法具有很大区别，取代了传统生化工艺中二沉池和三级处理工艺。由于膜的存在大大提高了系统固液分离的能力，从而使系统出水水质和容积负荷都得到大幅度提高，出水可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。由于膜的过滤作用，微生物被完全截留在生物反应器中，实现了水力停留时间与活性污泥泥龄的彻底分离，消除了传统活性污泥法中污泥膨胀问题。膜生物反应器具有对污染物去除效率高、硝化能力强，可同时进行硝化、反硝化、脱氮效果好、出水水质稳定、剩余污泥产量低、设备紧凑、操作简单等优点。目前广泛应用于生活污水和各种可生化工业废水的处理及回用中。
现有的MBR技术中，通常使用的高分子有机膜材料有聚烯烃类、聚乙烯类、聚丙烯腈、聚砜类、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等，这些高分子生物膜能够满足高韧性，高强度的要求，但是其水通量较低，进而降低了污水处理效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种MBR工艺在生活污水处理中的应用，通过将MBR技术引入污水处理过程中，提高了污水处理质量，同时MBR技术中使用的改性过滤膜具有较高的水通量和抗污性能，在长期使用过程中其水通量不会有太大变化，能够实现长期有效的利用，同时制备的改性过滤膜的强度和韧性没有降低，且污水处理效率升高。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种MBR工艺在生活污水处理中的应用，具体过程如下：
第一步，污水流经机械格栅，机械格栅自动捞除污水中大颗粒的悬浮物及杂质；
第二步，将第一步中处理后的污水流入污水调节池内，在调节池内进行水质、水量调节，经过调节池处理后的污水由污水提升泵提升至初沉池；
第三步，在初沉池中投加聚合氯化铝，通过聚合氯化铝除去污水中的磷，经过初沉池处理后的污水自流至缺氧池，生活污水中有机氮含量高，在进行生物降解时会以氨氮的形式出现，所以排入水中的氨氮的指标会升高，而氨氮也是一个污染控制指标，因此在膜池前加缺氧池，缺氧池可利用回流的混合液中带入的硝酸盐和进水中的有机物碳源进行反硝化，使进水中NO2 -、NO3 -还原成N2达到脱氮作用，在去除有机物的同时降解氨氮值；
第四步，第三步中缺氧池处理后的污水自流至MBR池，利用MBR池中的膜分离设备将污水中的活性污泥和大分子有机物质截留住，活性污泥浓度因此大大提高，处理污水的效果也得到大大提高，然后将MBR池处理后的污水经紫外线消毒装置进行消毒杀死毒菌后达标外排；
第五步，MBR池中的污泥一部分排入污泥池，一部分回流入缺氧池，MBR反应池中的微生物将污水中的可生化污染物进行同化和异化，异化产物多数成为无害的CO2和H2O，同化产物成为微生物的组成物质，MBR反应池中膜单元部分主要用于固液分离，微生物固体可有效地被截留在反应器中，保证了出水水质的稳定，MBR池中的污泥流入缺氧池，为缺氧段提供硝酸盐，达到脱氮的目的；
第六步：本处理系统污泥产量很少，因此不设污泥浓缩脱水设备，由处理系统产生的污泥进入污泥池，经停留3个月以后，采用粪车抽吸外运还田，污泥池上清液回至污水处理系统再处理。
其中MBR池中的膜分离设备使用平板膜，其中平板膜中改性过滤膜的具体制备过程如下：
步骤1：称取一定量的马来酸酐和对甲苯磺酸加入反应釜中，同时向其中加入乙二醇，升温至200-220℃回流反应8-9h，得到不饱和聚酯溶液，然后将不饱和聚酯溶液降温至90-95℃，并向其中加入过氧化苯甲酰，搅拌混合均匀后逐滴向反应釜中加入丙烯酸三氟乙酯和3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠盐，边滴加边剧烈搅拌，滴加完全后升温至120-125℃回流反应6-8h，得到原液；其中马来酸酐和乙二醇按照物质的量之比为1：1的比例混合，同时每千克不饱和聚酯溶液中加入丙烯酸三氟乙酯163-165g，加入3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠盐231-234g，加入过氧化苯甲酰208-209g；由于马来酸酐与乙二醇进行开环反应，生成不饱和酯，在引发剂过氧化苯甲酰的作用下，不饱和聚酯中的不饱和键与丙烯酸三氟乙酯和3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠盐均发生聚合反应，进而使得三氟乙酯和磺酸钠基团引入不饱和聚酯链上，进而使得制备的复合膜具有一定的抗污性能和吸水性；
步骤2：将步骤1中制备的原液与二丙二醇丁醚和十二醇混合均匀后得到铸膜液，并且得到的铸膜液在模具中压延成膜，然后将模具放置在室温下固化成膜，然后将固化后的膜放入无水乙醇中，萃取其中的二丙二醇丁醚和十二醇，然后惊醒烘干得到氟化磺酸盐微孔膜；其中原液与二丙二醇丁醚和十二醇按照质量比为1：0.21-0.23：0.16-0.18份比例混合；
步骤3：将步骤2中制备的氟化磺酸盐微孔膜加入四氯化钛溶液中浸泡1h后取出，然后进行挤压除去吸附的多余四氯化钛溶液，并将挤压后的微孔膜放入水中，浸泡30-40min，此时有大量白烟生成，然后将微孔膜取出烘干，得到改性过滤膜；由于氟化磺酸盐微孔膜浸泡在四氯化钛溶液中，使得微孔膜上吸附大量的四氯化钛溶液，由于四氯化钛与水反应形成纳米二氧化钛沉淀，进而使得在微孔膜的表面形成纳米二氧化钛沉淀，提高了微孔膜的抗污性能和吸水性能，进而提高了微孔膜的水通量。
本发明的有益效果：
1、通过将MBR技术引入污水处理过程中，提高了污水处理质量，同时MBR技术中使用的改性过滤膜具有较高的水通量和抗污性能，在长期使用过程中其水通量不会有太大变化，能够实现长期有效的利用，同时制备的改性过滤膜的强度和韧性没有降低，且污水处理效率升高。
2、本发明通过在不饱和聚酯链上直接引入磺酸盐基团，使得制备的铸膜液高分子聚合物中含有大量的磺酸盐，进而大大提高了改性过滤膜的水通量，实现了高效率的污水处理过程。
3、本发明通过沉积法，将纳米二氧化钛直接沉积在过滤膜的表面，使得纳米二氧化钛与过滤膜结合牢固，并且分布均匀，通过二氧化钛的吸水性能，能够提高过滤膜的水通量，同时提高过滤膜抗污性能，并且长期使用过程中二氧化钛含量不会降低。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明污水处理过程流程图。
具体实施方式
实施例1：
一种MBR工艺在生活污水处理中的应用，如图1所示，具体过程如下：
第一步，污水流经机械格栅，机械格栅自动捞除污水中大颗粒的悬浮物及杂质；
第二步，将第一步中处理后的污水流入污水调节池内，在调节池内进行水质、水量调节，经过调节池处理后的污水由污水提升泵提升至初沉池；
第三步，在初沉池中投加聚合氯化铝，通过聚合氯化铝除去污水中的磷，经过初沉池处理后的污水自流至缺氧池，生活污水中有机氮含量高，在进行生物降解时会以氨氮的形式出现，所以排入水中的氨氮的指标会升高，而氨氮也是一个污染控制指标，因此在膜池前加缺氧池，缺氧池可利用回流的混合液中带入的硝酸盐和进水中的有机物碳源进行反硝化，使进水中NO2 -、NO3 -还原成N2达到脱氮作用，在去除有机物的同时降解氨氮值；
第四步，第三步中缺氧池处理后的污水自流至MBR池，利用MBR池中的膜分离设备将污水中的活性污泥和大分子有机物质截留住，活性污泥浓度因此大大提高，处理污水的效果也得到大大提高，然后将MBR池处理后的污水经紫外线消毒装置进行消毒杀死毒菌后达标外排；
第五步，MBR池中的污泥一部分排入污泥池，一部分回流入缺氧池，MBR反应池中的微生物将污水中的可生化污染物进行同化和异化，异化产物多数成为无害的CO2和H2O，同化产物成为微生物的组成物质，MBR反应池中膜单元部分主要用于固液分离，微生物固体可有效地被截留在反应器中，保证了出水水质的稳定，MBR池中的污泥流入缺氧池，为缺氧段提供硝酸盐，达到脱氮的目的；
第六步：本处理系统污泥产量很少，因此不设污泥浓缩脱水设备，由处理系统产生的污泥进入污泥池，经停留3个月以后，采用粪车抽吸外运还田，污泥池上清液回至污水处理系统再处理。
实施例2：
MBR池中的膜分离设备使用平板膜，其中平板膜中使用的过滤膜为改性过滤膜，其中改性过滤膜的具体制备过程如下：
步骤1：称取980g马来酸酐和5kg对甲苯磺酸加入反应釜中，同时向其中加入620g乙二醇，升温至200-220℃回流反应8-9h，得到不饱和聚酯溶液，然后将1kg不饱和聚酯溶液降温至90-95℃，并向其中加入208g过氧化苯甲酰，搅拌混合均匀后逐滴向反应釜中加入163g丙烯酸三氟乙酯和231g3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠盐，边滴加边剧烈搅拌，滴加完全后升温至120-125℃回流反应6-8h，得到原液；
步骤2：将1kg步骤1中制备的原液与210g二丙二醇丁醚和160g十二醇混合均匀后得到铸膜液，并且得到的铸膜液在模具中压延成膜，然后将模具放置在室温下固化成膜，然后将固化后的膜放入无水乙醇中，萃取其中的二丙二醇丁醚和十二醇，然后惊醒烘干得到氟化磺酸盐微孔膜；
步骤3：将步骤2中制备的氟化磺酸盐微孔膜加入四氯化钛溶液中浸泡1h后取出，然后进行挤压除去吸附的多余四氯化钛溶液，并将挤压后的微孔膜放入水中，浸泡30-40min，此时有大量白烟生成，然后将微孔膜取出烘干，得到改性过滤膜。
实施例3：
改性过滤膜的具体制备过程如下：
步骤1：称取980g马来酸酐和5kg对甲苯磺酸加入反应釜中，同时向其中加入620g乙二醇，升温至200-220℃回流反应8-9h，得到不饱和聚酯溶液，然后将1kg不饱和聚酯溶液降温至90-95℃，并向其中加入208g过氧化苯甲酰，搅拌混合均匀后逐滴向反应釜中加入163g丙烯酸三氟乙酯，边滴加边剧烈搅拌，滴加完全后升温至120-125℃回流反应6-8h，得到原液；
步骤2：将1kg步骤1中制备的原液与210g二丙二醇丁醚和160g十二醇混合均匀后得到铸膜液，并且得到的铸膜液在模具中压延成膜，然后将模具放置在室温下固化成膜，然后将固化后的膜放入无水乙醇中，萃取其中的二丙二醇丁醚和十二醇，然后惊醒烘干得到氟化磺酸盐微孔膜；
步骤3：将步骤2中制备的氟化磺酸盐微孔膜加入四氯化钛溶液中浸泡1h后取出，然后进行挤压除去吸附的多余四氯化钛溶液，并将挤压后的微孔膜放入水中，浸泡30-40min，此时有大量白烟生成，然后将微孔膜取出烘干，得到改性过滤膜。
实施例4：
改性过滤膜的具体制备过程如下：
步骤1：称取980g马来酸酐和5kg对甲苯磺酸加入反应釜中，同时向其中加入620g乙二醇，升温至200-220℃回流反应8-9h，得到不饱和聚酯溶液，然后将1kg不饱和聚酯溶液降温至90-95℃，并向其中加入208g过氧化苯甲酰，搅拌混合均匀后逐滴向反应釜中加入163g丙烯酸三氟乙酯和231g3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠盐，边滴加边剧烈搅拌，滴加完全后升温至120-125℃回流反应6-8h，得到原液；
步骤2：将1kg步骤1中制备的原液与210g二丙二醇丁醚和160g十二醇混合均匀后得到铸膜液，并且得到的铸膜液在模具中压延成膜，然后将模具放置在室温下固化成膜，然后将固化后的膜放入无水乙醇中，萃取其中的二丙二醇丁醚和十二醇，然后惊醒烘干得到氟化磺酸盐微孔膜即为改性过滤膜。
实施例5：
改性过滤膜的具体制备过程如下：
步骤1：称取980g马来酸酐和5kg对甲苯磺酸加入反应釜中，同时向其中加入620g乙二醇，升温至200-220℃回流反应8-9h，得到不饱和聚酯溶液，然后将1kg不饱和聚酯溶液降温至90-95℃，并向其中加入208g过氧化苯甲酰，搅拌混合均匀后逐滴向反应釜中加入163g丙烯酸三氟乙酯和231g3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠盐，边滴加边剧烈搅拌，滴加完全后升温至120-125℃回流反应6-8h，得到原液；
步骤2：将1kg步骤1中制备的原液与210g二丙二醇丁醚和160g十二醇混合均匀后得到铸膜液，并且得到的铸膜液在模具中压延成膜，然后将模具放置在室温下固化成膜，然后将固化后的膜放入无水乙醇中，萃取其中的二丙二醇丁醚和十二醇，然后惊醒烘干得到氟化磺酸盐微孔膜；
步骤3：将步骤2中制备的氟化磺酸盐微孔膜浸渍在纳米二氧化钛分散液中30-40min，捞出后烘干，得到改性复合膜。
实施例6：
将实施例2-5中制备的改性复合膜使用5次、10次、30次、50次时的纯水通量，结果如表1所示：
表1改性复合膜的纯水通量(L/(m2.h))
| 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 5次 | 3865.2 | 3415.6 | 2835.6 | 3841.5 |
| 10次 | 3863.5 | 3414.8 | 2835.1 | 3791.8 |
| 30次 | 3862.8 | 3413.9 | 2834.5 | 3721.1 |
| 50次 | 3862.3 | 3413.6 | 2834.2 | 3661.6 |
由表1可知，实施例2中制备的改性复合膜具有较高的纯水通量，达到3865.2，并且经过多次使用后水通量变化不到，而实施例3中由于复合膜上没有引入磺酸基基团，进而使得水通量降低，同时实施例4中的改性膜上没有复合二氧化钛降低了其吸水性能，同时实施例5中由于直接将氟化磺酸盐微孔膜浸渍在纳米二氧化钛分散液，虽然氟化磺酸盐微孔膜的表面黏附有纳米二氧化钛，但是经过多次使用后纳米二氧化钛的含量减少，进而导致其吸水性能降低，水通量进一步减少。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (3)
1.一种MBR工艺在生活污水处理中的应用，其特征在于，具体过程如下：
第一步，污水流经机械格栅，机械格栅自动捞除污水中大颗粒的悬浮物及杂质；
第二步，将第一步中处理后的污水流入污水调节池内，在调节池内进行水质、水量调节，经过调节池处理后的污水由污水提升泵提升至初沉池；
第三步，在初沉池中投加聚合氯化铝，通过聚合氯化铝除去污水中的磷，经过初沉池处理后的污水自流至缺氧池，缺氧池利用回流的污泥中带入的硝酸盐和进水中的有机物碳源进行反硝化，使进水中NO2 -、NO3 -还原成N2达到脱氮作用，在去除有机物的同时降解氨氮值；
第四步，第三步中缺氧池处理后的污水自流至MBR池，利用MBR池中的膜分离设备将污水中的活性污泥和大分子有机物质截留住，然后将MBR池处理后的污水经紫外线消毒装置进行消毒杀死毒菌后达标外排；
第五步，MBR池中的污泥一部分排入污泥池，一部分回流入缺氧池，为缺氧段提供硝酸盐，达到脱氮的目的；
第四步中MBR池中的膜分离设备使用平板膜，其中平板膜中改性过滤膜的具体制备过程如下：
步骤1：称取一定量的马来酸酐和对甲苯磺酸加入反应釜中，同时向其中加入乙二醇，升温至200-220℃回流反应8-9h，得到不饱和聚酯溶液，然后将不饱和聚酯溶液降温至90-95℃，并向其中加入过氧化苯甲酰，搅拌混合均匀后逐滴向反应釜中加入丙烯酸三氟乙酯和3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠盐，边滴加边剧烈搅拌，滴加完全后升温至120-125℃回流反应6-8h，得到原液；
步骤2：将步骤1中制备的原液与二丙二醇丁醚和十二醇混合均匀后得到铸膜液，并且得到的铸膜液在模具中压延成膜，然后将模具放置在室温下固化成膜，然后将固化后的膜放入无水乙醇中，萃取其中的二丙二醇丁醚和十二醇，然后进行 烘干得到氟化磺酸盐微孔膜；
步骤3：将步骤2中制备的氟化磺酸盐微孔膜加入四氯化钛溶液中浸泡1h后取出，然后进行挤压除去吸附的多余四氯化钛溶液，并将挤压后的微孔膜放入水中，浸泡30-40min，此时有大量白烟生成，然后将微孔膜取出烘干，得到改性过滤膜。
2.根据权利要求1所述的一种MBR工艺在生活污水处理中的应用，其特征在于，步骤1中马来酸酐和乙二醇按照物质的量之比为1：1的比例混合，同时每千克不饱和聚酯溶液中加入丙烯酸三氟乙酯163-165g，加入3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠盐231-234g，加入过氧化苯甲酰208-209g。
3.根据权利要求1所述的一种MBR工艺在生活污水处理中的应用，其特征在于，步骤2中原液与二丙二醇丁醚和十二醇按照质量比为1：0.21-0.23：0.16-0.18份比例混合。
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