CN111704317A

CN111704317A - 一种好氧颗粒污泥膜生物反应器减缓膜污染的方法

Info

Publication number: CN111704317A
Application number: CN202010600013.8A
Authority: CN
Inventors: 张冰; 黄冬梅; 时文歆; 潘雅戈梅斯·阿维万; 暹娜塔·塞拉帕帕; 高旭; 申渝; 徐伟; 周月明; 齐高相
Original assignee: Chongqing Nanxiangtai Environmental Protection Technology Research Institute Co ltd; Chongqing University; Chongqing Technology and Business University
Current assignee: Chongqing Nanxiangtai Environmental Protection Technology Research Institute Co ltd; Chongqing University; Chongqing Technology and Business University
Priority date: 2020-06-28
Filing date: 2020-06-28
Publication date: 2020-09-25
Anticipated expiration: 2040-06-28
Also published as: CN111704317B

Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，公开了一种好氧颗粒污泥膜生物反应器减缓膜污染的方法，包括如下步骤：S1：构建好氧颗粒污泥膜生物反应器；S2：向好氧颗粒污泥膜生物反应器内通入粒径分布为18～26μm的微气泡，微气泡对好氧颗粒污泥膜生物反应器内曝气；S3：完成S2后，向好氧颗粒污泥膜生物反应器内通入粒径分布为35～47μm的微气泡持续曝气；S4：重复S2和S3，1～2d后，停止曝气，将好氧颗粒污泥膜生物反应器1/4体积的膜出水进行循环；S5：膜出水循环过程中，向循环的膜出水内加入絮凝剂，并回流至好氧颗粒污泥膜生物反应器内。本发明方法简单，利用多次曝气，减缓膜污染，延长膜组件的使用寿命。

Description

一种好氧颗粒污泥膜生物反应器减缓膜污染的方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及好氧颗粒污泥膜生物反应器减缓膜污染的方法。

背景技术

膜生物反应器是一种将生物处理单元和膜分离技术相结合的污水处理技术，其技术优势是其对生物质的高效截留，可实现废水的高效处理，具有占地面积小、剩余污泥产量少等诸多优点。然而，膜污染所带来的频繁膜清洗和膜更换以及氮磷去除率低是限制膜生物反应器广泛应用的关键问题。与活性污泥相比，好氧颗粒污泥是微生物细胞通过自身固定化形成的一种特殊形式的生物团聚体，可在同一反应器中实现有机物、氮和磷的同步去除。此外，好氧颗粒污泥较大的粒径和致密的结构可提高混合液的过滤性能，增加膜通量，减缓膜污染进程，延长膜的使用寿命。

相比于传统膜生物反应器，好氧颗粒污泥膜生物反应器在污染物去除和膜污染减缓方面表现优异，但系统面临不可逆膜阻力(EPS、好氧污泥分解、颗粒物等吸附在膜组件上)的增加而导致工艺难以稳定运行的问题，成为阻碍该工艺大规模应用的技术瓶颈，亟待进一步解决。

发明内容

本发明旨在提供一种好氧颗粒污泥膜生物反应器减缓膜污染的方法，以降低好氧颗粒污泥膜生物反应器中不可逆膜污染，延长膜的使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种好氧颗粒污泥膜生物反应器减缓膜污染的方法，包括如下步骤：

S1：向膜生物反应器内接种成熟的好氧颗粒污泥，以构建好氧颗粒污泥膜生物反应器；

S2：向好氧颗粒污泥膜生物反应器内注入污水，并向好氧颗粒污泥膜生物反应器内通入粒径分布为18～26μm的微气泡，微气泡对好氧颗粒污泥膜生物反应器内曝气；

S3：完成S2后，通过蠕动泵间歇性抽滤好氧颗粒污泥膜反应器膜组件内的水，在抽滤期间，向好氧颗粒污泥膜生物反应器内通入粒径分布为35～47μm的微气泡持续曝气；

S4：重复S2和S3，1～2d后，停止曝气，将好氧颗粒污泥膜生物反应器1/4体积的膜出水进行循环；

S5：膜出水循环过程中，向循环的膜出水内加入絮凝剂，并回流至好氧颗粒污泥膜生物反应器内。

本发明的原理以及有益效果：(1)现有技术中，膜生物反应器中的膜组件容易发生堵塞的主要原因是污水中含有大量的污泥、胞外聚合物(Extracellular polymericsubstance,EPS)以及悬浮物，导致膜组件被污染，无法长期使用。S1，在膜生物反应器内接种好氧颗粒污泥，可降低膜组件的污染，延长膜组件的使用寿命。

(2)S2中，通过粒径分布在18～26μm的微气泡对好氧颗粒污泥膜生物反应器内进行曝气。普通曝气具有表面积大、内部压力高、上浮速度慢等特点，而采用微气泡曝气可以显著提高气体传质速率和持气率，同时，在粒径分布18～26μm的微气泡的作用下，可降低EPS等粘附在膜组件上，从而减缓膜污染。

(3)S3中，膜抽滤过程中，通过粒径分布为35～47μm的微气泡对好氧颗粒污泥膜生物反应器持续曝气，相比于S2的微气泡，增大微气泡的粒径，减小微气泡的作用，进而降低微气泡对好氧颗粒污泥的水剪切力，降低好氧颗粒污泥的分解，减少EPS等的含量，进而减缓膜污染。

(4)S4和S5中，将好氧颗粒污泥膜生物反应器内1/4体积的膜出水进行循环，絮凝剂可使EPS及悬浮物等絮凝沉降来减缓膜污染；并可增强好氧颗粒污泥的沉降能力，提高好氧颗粒污泥对氨氮物质的处理能力。

综上所述，在好氧颗粒污泥膜反应器使用过程中，通过多次对好痒颗粒污泥进行处理，降低膜组件上的膜污染，提高膜组件的使用寿命。

进一步，S1中好氧颗粒污泥的粒径分布为0.6～1.5mm。

有益效果：好氧颗粒污泥粒径分布在0.6～1.5m内，好氧颗粒污泥较大的粒径和致密的结构可提高污泥混合液的过滤性能，增加膜通量，减缓膜污染进程，延长膜的使用寿命。

进一步，还包括S6：好氧颗粒污泥膜生物反应器工作1～5d后，测定好氧颗粒污泥膜生物反应器内的跨膜压差，根据跨膜压差的值改变加入絮凝剂的浓度。

有益效果：测定跨膜压差，若跨膜压差增量较大，则可提高加入絮凝剂的量，以提高絮凝效果，若跨膜压差的增量较小，则可维持絮凝剂的量，通过絮凝剂浓度的调节，以适应不同程度的膜污染。

进一步，S2中，微气泡对好氧颗粒污泥膜生物反应器内曝气时间为0.5～3.5h。

有益效果：通过微气泡在0.5～3.5h内充分曝气，可保证膜表面的充分冲刷和电性调控，从而减缓膜污染。同时，可加强好氧颗粒污泥膜生物反应器内的有机物与微生物及溶解氧充分接触。

进一步，S5中，膜出水循环过程中，待好氧颗粒污泥沉淀后，加有絮凝剂的循环膜出水再回流至好氧颗粒污泥膜生物反应器内，并且待循环膜出水进入好氧颗粒污泥膜生物反应器后，再注入污水。

有益效果：通过膜出水作为絮凝剂的载体回流到好氧颗粒污泥膜反应器内，一方面絮凝剂可以增强好氧颗粒污泥、悬浮物以及EPS等絮凝沉降，另一方面膜出水作为回用水可以节约水资源，并且可以稀释反应器中污染物的浓度，从而减缓膜污染。

进一步，S5中，膜出水循环过程中，将膜出水输送至搅拌池内，并将膜出水和絮凝剂进行搅拌。

有益效果：在搅拌池内对絮凝剂和膜出水进行搅拌，以使得膜出水和絮凝剂充分混合。

进一步，所述絮凝剂为聚合硫酸铁，且聚合硫酸铁的浓度为0.6～4.2mM。

有益效果：浓度为0.6～4.2mM的聚合硫酸铁便于将EPS以及悬浮物等絮凝。

进一步，聚合硫酸铁制备方式如下：按照生产量和所需要的盐基度，在反应釜中加入硫酸亚铁、水和硫酸混合液，当温度达到30～45℃时，通过加料管在反应釜内缓慢加入H₂O₂，10～20min后，取样分析亚铁浓度，当亚铁浓度降至规定浓度时，完成制备。

有益效果：利用本法生产聚合硫酸铁，生产周期短，反应不用催化剂，产品不含杂质，稳定性高。

进一步，S5中，将膜组件转动，并使得膜组件经过振动机构和负压机构，振动机构将膜组件上的污染物进行剥离，负压机构将污染物从膜组件排至好氧颗粒污泥混合液中。

有益效果：通过振动机构将膜组件上的污染物剥离，减少膜组件上的污染物，并通过吸附机构将污染物排至污泥混合液中，在絮凝剂的作用下，将剥离的污染物沉降。

进一步，S1中，接种好氧颗粒污泥后，将好氧颗粒污泥的浓度调节至4.2～6.7g/L。

有益效果：在该浓度范围内，好氧颗粒污泥与污水的接触面积大，对污水的处理效率高。

附图说明

图1为本发明实施例十一中管式膜组件的轴侧图；

图2为本发明实施例十一中管式膜组件的正视图；

图3为图2的E-E向剖视图；

图4为图3的A部分放大图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：底座1、支撑片2、过滤膜3、过滤孔31、安装座32、主齿轮33、水管34、电机4、转轴41、上齿轮42、下齿轮43、密封块44。

一种好氧颗粒污泥膜生物反应器减缓膜污染的方法，实施例一至实施例十中，涉及的参数如下表：

表1

(注明：以上微气泡的粒径选取数值，占比为微气泡总量的70％以上，后表中污泥均指:好氧颗粒污泥)

以实施例一为例，阐述本发明一种好氧颗粒污泥膜生物反应器减缓膜污染的方法，包括如下步骤：

S1：向膜生物反应器内接种成熟的好氧颗粒污泥，好氧颗粒污泥的粒径分布为0.6～1.5mm，并将好氧颗粒污泥的浓度调节至4.2～6.7g/L，以构建好氧颗粒污泥膜生物反应器，初始时，好氧颗粒污泥膜生物反应器的跨膜压差为0；

S2：向好氧颗粒污泥膜生物反应器内注入污水，并向好氧颗粒污泥膜生物反应器内通入粒径为18μm的微气泡，微气泡对好氧颗粒污泥膜生物反应器内曝气0.5～3.5h；

S3：完成S2后，通过蠕动泵间歇性抽滤膜组件内的水，在抽滤期间，向好氧颗粒污泥膜生物反应器内通入粒径为35μm的微气泡持续曝气；

S5：膜出水循环过程中，将膜出水排放至搅拌池内，操作人员向搅拌池内加入0.6mM的聚合硫酸铁进行搅拌，本实施例中，聚合硫酸铁制备方式如下：按照生产量和所需要的盐基度，在反应釜中加入硫酸亚铁、水和硫酸混合液，当温度达到30～45℃时，通过加料管在反应釜内缓慢加入H₂O₂，10～20min后，取样分析亚铁浓度，当亚铁浓度降至规定浓度(可参考GB 14591-2006)时，完成制备。待好氧颗粒污泥沉淀在好氧颗粒污泥膜生物反应器的底部，再将加有絮凝剂的循环膜出水回流至好氧颗粒污泥膜生物反应器内，并且待循环膜出水进入好氧颗粒污泥膜生物反应器后，再注入污水。

S6：好氧颗粒污泥膜生物反应器工作1～5d后，测定好氧颗粒污泥膜生物反应器内的跨膜压差，根据跨膜压差的值改变加入絮凝剂的浓度，当跨膜压差增大，则加入膜出水内的絮凝剂浓度增大。

试验方式如下：选取如下表成分的污水通入到好氧颗粒污泥膜生物反应器内：

表2

项目	范围	平均值
			COD/mg·L<sup>-1</sup>	246～398	373.62.
氨氮/mg·L<sup>-1</sup>	35～44	39.40
			总氮/mg·L<sup>-1</sup>	36～64	42.77
总磷/mg·L<sup>-1</sup>	5～9	7.00

好氧颗粒污泥膜生物反应器运行20d后(初始时，污泥混合液中EPS含量为144.78mg·g^-1，跨膜压差为0)记录实施例一至实施例十(此时，未加入聚合硫酸铁)，跨膜压差、EPS的含量以及好氧颗粒污泥粒径分布(占好氧颗粒污泥总量65％以上)，如下表：

表3

由表3可知，在未加入聚合硫酸铁时，在S1至S3的处理方式下，好氧颗粒污泥的粒径分布变化较小，并且跨膜压差变化较小，则使用本方法可明显降低膜污染。

按照表1中的量向实施例一至实施例十，加入聚合硫酸铁后，好氧颗粒污泥膜生物反应器运行20d后，测定跨膜压差(kPa)以及EPS的量，如下表：

表4

由表4可知，进行膜出水循环时，并向循环膜出水中加入聚合硫酸铁，提高了EPS的沉降效率，有效地降低了跨膜压差。

综合表3和表4，可以明显看出本方案可以有效的降低污水中EPS的含量，并且降低好氧颗粒污泥膜生物反应器的跨膜压差，这有利于减缓膜污染。

对照试验，采用实施例一的方法，但省略S3/S4/S5。在排水期间，持续向好氧颗粒污泥膜生物反应器内通入粒径分布为18～26μm的微气泡，微气泡对好氧颗粒污泥膜生物反应器内曝气0.5～1h，测定好氧颗粒污泥膜生物反应器运行20天后，好氧颗粒污泥的主要粒径分布(含量占好氧污泥总量60％)以及EPS沉降的量，如下表：

表5

通过表3和表5可以看出，仅采用持续通入粒径分布为18～26μm的微气泡，在较大的水力剪切力的作用下，好氧颗粒污泥解体加速，好氧颗粒污泥膜生物反应器内的EPS沉降量比初始时有所下降，导致好氧颗粒污泥分解的EPS基本处于污水中。S2中采用粒径分布为18～26μm的微气泡，可使得污水快速处理；S3中采用粒径分布为35～47μm的微气泡在抽滤期间进行曝气，这降低了水力剪切力对好氧颗粒污泥的作用；两种方式配合，可减小好氧颗粒污泥解体速度，保证了好氧颗粒污泥的处理能力，明显减缓膜污染，并且仅采用S2跨膜压差的增量也相对较大，采用S2和S3增量相对较小。

实施例十一：

实施例十一与实施例一的不同之处在于，如附图1、附图2、图3和图4所示，S5中，采用一种管式膜组件，包括横截面为圆形的上座和横截面为圆形的底座1，底座1与上座之间设置若干支撑片2，支撑片2沿底座1的周向均布，并且支撑片2的两端分别焊接在上座和底座1上。

上座上开有凹槽，凹槽内滑动连接有开有通孔的安装座32，安装座32的底部通过螺钉固定有过滤膜3，过滤膜3上开有过滤孔31，过滤膜3围成一个圆形。本实施例中圆筒式膜组件，还包括转动机构、振动机构和负压机构，转动机构包括固定在过滤膜3底部且与底座1转动连接的转动座。转动座的底部固定有转动轴，转动轴上同轴螺栓固定有主齿轮33，底座1上螺栓固定有电机4，电机4的输出轴上同轴螺栓固定有与主齿轮33啮合的下齿轮43，主齿轮33与从齿轮的齿数相同，下齿轮43与上齿轮42的齿数相同，输出轴上同轴焊接有转轴41，转轴41与底座1转动连接且转动连接处螺栓固定有密封块44，转轴41上部同轴螺栓固定有上齿轮42，安装座32上同轴螺栓固定有从齿轮(图中未示出)。

负压机构包括负压泵和水管34，支撑片2中空且支撑片2上开有朝向过滤膜3的通孔(图中未示出)，水管34与支撑片2连通，负压泵螺栓固定在好氧颗粒污泥膜生物反应器的壳体上，负压泵的排水口朝向好氧颗粒污泥。振动机构包括若干超声波振动器，超声波振动器分别螺栓固定在支撑片2上，支撑片2与超声波振动器的数量相同。

具体实施过程如下：

在好氧颗粒污泥膜生物反应器内通入循环膜出水时，操作人员可启动电机4和超声波振动器，通过电机4驱动转轴41和下齿轮43同步转动，转轴41带动上齿轮42与从齿轮转动，下齿轮43带动主齿轮33转动，进而主齿轮33和从齿轮同步转动，以使得过滤膜3发生转动。

过滤膜3转动时，过滤膜3会经过支撑片2，支撑片2上的超声波振动器会对过滤膜3产生振动，进而使得过滤膜3上的污染物从过滤膜3上脱离，通过转动使得过滤膜3的各位置可以均可以与支撑片2上的超声波振动器接触，进而提高剥离效率。由于，支撑片2可以挡住部分过滤膜3，虽然过滤膜3的过滤位置被阻挡，降低了过滤膜3对污水过滤的效率，但是，由于本实施例采用间歇性排水的方式，对于过滤水排放影响较低。

污染物从过滤膜3上剥离后，负压泵将剥离的悬浮物和EPS等混合在水中，通过负压泵将以上杂质送入到好氧颗粒污泥混合液内。此时，正好在进行膜出水循环(含有聚合硫酸铁)，循环膜出水进入到好氧颗粒污泥膜生物反应器内，污染物与循环污水中的聚合硫酸铁接触，进而使得污染物发生沉降。本实施例与直接排放到外部相比，本方案可以减少该类污水的再处理，减小了处理成本。

以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本发明所省略描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims

1.一种好氧颗粒污泥膜生物反应器减缓膜污染的方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥膜生物反应器减缓膜污染的方法，其特征在于：S1中，好氧颗粒污泥的粒径分布为0.6～1.5mm。

3.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥膜生物反应器减缓膜污染的方法，其特征在于：还包括S6：好氧颗粒污泥膜生物反应器工作1～5d后，测定好氧颗粒污泥膜生物反应器内的跨膜压差，根据跨膜压差的值改变加入絮凝剂的浓度。

4.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥膜生物反应器减缓膜污染的方法，其特征在于：S2中，微气泡对好氧颗粒污泥膜生物反应器内曝气时间为0.5～3.5h。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的好氧颗粒污泥膜生物反应器减缓膜污染的方法，其特征在于：S5中，膜出水循环过程中，待好氧颗粒污泥沉淀后，加有絮凝剂的循环膜出水再回流至好氧颗粒污泥膜生物反应器内，并且待循环膜出水进入好氧颗粒污泥膜生物反应器后，再注入污水。

6.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥膜生物反应器减缓膜污染的方法，其特征在于：S5中，膜出水循环过程中，将膜出水输送至搅拌池内，并将膜出水和絮凝剂进行搅拌。

7.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥膜生物反应器减缓膜污染的方法，其特征在于：所述絮凝剂为聚合硫酸铁，且聚合硫酸铁的浓度为0.6～4.2mM。

8.根据权利要求7所述的好氧颗粒污泥膜生物反应器减缓膜污染的方法，其特征在于：聚合硫酸铁制备方式如下：按照生产量和所需要的盐基度，在反应釜中加入硫酸亚铁、水和硫酸混合液，当温度达到30～45℃时，通过加料管在反应釜内缓慢加入H₂O₂，10～20min后，取样分析亚铁浓度，当亚铁浓度降至规定浓度时，完成制备。

9.根据权利要求5所述的好氧颗粒污泥膜生物反应器减缓膜污染的方法，其特征在于：S5中，将膜组件转动，并使得膜组件经过振动机构和负压机构，振动机构将膜组件上的污染物进行剥离，负压机构将污染物从膜组件排至好氧颗粒污泥混合液中。

10.根据权利要求3所述的好氧颗粒污泥膜生物反应器减缓膜污染的方法，其特征在于：S1中，接种好氧颗粒污泥后，将好氧颗粒污泥的浓度调节至4.2～6.7g/L。