專利名稱：一種預防分置式mbr平板膜污染的方法
技術領域：
本發明涉及一種預防分置式MBR平板膜污染的方法，及一種可以控制膜污染的分置式膜生物反應器。
背景技術：
膜生物反應器(Membrane Bio-Reactor, MBR)工藝是一種將高效膜分離技術與活性污泥生物處理單元相結合的水處理技術。它的最大特點是把水處理廣泛應用的物化處理和生物處理兩大處理方法結合成一體。MBR工藝對污染物的去除是基于活性污泥的生化機理和膜過濾的物化機理，活性污泥的代謝作用是去除污染物的中心環節，而生化降解與膜分離之間又存在著協同作用。 活性污泥工藝是當前世界各國應用最廣的一種二級生物處理技術，而將膜分離技術引入活性污泥法中，使活性污泥法的泥水分離技術發生了本質變化，克服了傳統法的污泥流失和膨脹的弊病，徹底分離了水力停留時間(HRT)和污泥停留時間(SRT)，有利于難降解有機物分解菌等增殖緩慢的微生物的增長。與傳統生物處理工藝相比，MBR具有流程簡單、效率高、污泥濃度高、剩余污泥產量低、出水水質好、設備占地面積小、抗沖擊負荷能力強等優點。出水水質可達到或優于《中華人民共和國生活雜用水水質標準(GJ25. 1-89)》，可直接作為中水回用、城市園林綠化、掃除、消防等用水。并且膜的截留作用使生長緩慢的微生物菌種得以繁殖生長，擴大MBR工藝的應用范圍，該技術是近年來迅速發展的一種污水治理技術，已成為目前研究和應用的熱
；ο依據膜組件與生物反應器結合方式的不同，目前主要有兩種MBR工藝構型浸沒式和分置式。水力學操作模式也包括兩種泵提式和氣提式。此外，還存在其他兩種膜工藝模式，即萃取式和擴散式，但這兩種模式中膜的作用不是將微生物從水中分離出來。膜元件方面，盡管膜市場上有不同幾何形狀和構型的膜產品，但在商業化MBR技術中占主導地位的有三種，即平板膜、中空纖維和多管膜。浸沒式MBR是將膜組件直接浸沒在活性污泥反應內進行分離，無需外置式膜生物反應器的混合液環路，滲濾液通過負壓抽吸或重力水頭驅動，經過膜表面分離排出。通常在膜組件下方進行曝氣，氣泡的上升運動可引發液體的內部循環流動，產生足夠的氣液混合剪切力，對膜表面進行沖刷，從而可以減少污泥在膜表面的沉積，一定程度上可以達到控制和減緩膜污染的目的。在分置式MBR中，膜組件獨立于生物反應器。泥水混合液由循環泵送入環路中的膜組件單元，在壓力差的驅動下，滲濾液通過膜過濾分離后排放，截留混合液又返回反應池中。分置式MBR通過料液循環錯流運行，其特點是運行穩定可靠，操作管理容易，膜組件易于更換及增設。分置式MBR的膜驅動壓力(Transmembrane Pressure, TMP)和錯流速率均由泵產生，通常為了減少污染物在膜面的沉積，需要循環泵提供較大的料液流速，故此類MBR的動力消耗較大，同時頻繁高速的污泥回流形成的的剪切力會破壞污泥絮體，影響微生物的生長和活性。膜組件形式主要有平板式、管式、中空纖維式、螺旋式、毛細管式等。在分置式中， 平板式、管式應用較多在一體式中，多采用中空纖維式和平板式。MBR工藝作為一項新的工藝，在近兩年被較多的研究，其中在市政污水中水回用方面的研究更多，已經有MBR工程實例，也取得了很好的效果。MBR技術上的優勢，如污泥濃度高，污泥齡長，決定了它可以對常規方法難處理的污水進行有效的處理，該工藝除在市政污水回用方面有了較為廣泛的應用外，在垃圾滲濾液、制藥廢水等高濃度、難處理廢水中也有了成功的應用。膜生物反應器是一高效的水處理技術，然而作為一種新型的技術其仍然存在自身的缺陷。由于膜在運行過程中容易受到污染，造成膜通量下降，增加了膜清洗頻率和膜的更換頻率，直接影響了膜組件的效率和使用壽命，阻礙了其在實際中的廣泛應用。膜污染是指被過濾料液中的某些組分在膜表面或膜孔中沉積導致膜滲透量下降的現象，包括膜孔吸附小分子溶質、膜孔被大分子溶質堵塞引起膜過濾阻力增加，膜表面形成濾餅層增加傳質阻力。膜污染后其滲透通量嚴重下降，過膜壓力增大，截留效率下降。膜污染的影響因子紛繁復雜，中膜污染因子主要來自三個方面膜的性質、操作條件和活性污泥混合液性質。在工程運行過程中，主要通過控制操作條件來降低膜污染對系統的影響。現階段膜污染控制的方案可以歸納為以下幾類
曝氣控制方案，主要通過控制曝氣方式與強度對膜表面污染物形成剪切力去除。例如， 一種射流氣提式分置膜生物反應器的方法與裝置(申請號/專利號200810110776)，采用射流曝氣產生的劇烈攪動作用又增加混合液中的傳質速率，加速生化反應，降低膜污染。其局限性在于曝氣方式的改變對能耗要求會比較大，且對應剪切力需要的相對能耗可能大于采用其他介質沖洗需要的能耗。外加電場或超聲波抗污染方案，主要通過外加能量產生對膜污染物的排斥與洗脫。例如，一種利用弱電場提高膜的抗污染性能和通量的方法(申請號/專利號 201010259595)，其特征是利用同性相斥原理，在膜面附近施加弱負電場增加對這些污染物的排斥作用，將膜污染物推離膜表面，因此具有延緩濾餅層形成，增加膜抗污染性能，提高通量、延長過濾運行周期的效果。或者是一種利用超聲在線控制膜污染發展的方法(申請號 /專利號200510011799)，采用超聲波可實現在較低的膜表面錯流速度下，有效地在線控制膜污染發展。此類方法主要依靠外加能源進行抗污染，需要額外增加設備與能耗，增加操作與日常運行維護的難度。投加藥劑等抗污染方案，主要添加混凝藥劑沉淀活性污泥或依靠沸石粉與污泥的協同作用，減輕平板膜表面的污染。如減輕膜污染的強化混凝一氣提一膜的一體化方法及裝置(申請號/專利號201010101535)，混凝活性污泥防止污泥結體產生的膜污染物。或者是一種減輕平板膜-膜生物反應器膜污染的方法(申請號/專利號20041005^43)，投加一定量的沸石粉，依靠沸石粉與污泥的協同作用，減輕平板膜表面的污染，有效減緩膜通量的下降速度。投加藥劑會增加運行成本，投加混凝絮凝可能對活性污泥的性狀產生影響，絮凝劑本身屬于高分子化合物，可能加重膜污染。投加沸石可能只是強化脫氮的效果而對膜污染物去除效率不大，且不能回收，經濟性較差。
膜污染的產生的主要原因是微生物產生的高分子有機物吸附在膜表面造成的通量下降，現有的膜污染控制技術用于減輕膜污染也主要是防止這種有機污染在膜表面的累積。這種高分子有機物在處理過程中難以生物降解，因此，需要對這些污染進行富集與轉移才能從根本上減輕膜污染。由于這些高分子有機物吸附能力很強，曝氣形成的剪切力還不足以對表面吸附物進行去除，而外加能源或藥劑會提升噸水處理成本且可能影響污泥性狀。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種預防分置式MBR平板膜污染的方法。本發明的另一個目的是提供一種可以減輕膜污染的分置式膜生物反應器。本發明所采用的技術方案是
一種預防分置式MBR平板膜污染的方法，包括在膜組件箱中增加底部和頂部篩網，篩網之間加入顆粒填料，顆粒填料的直徑大于篩網的網孔直徑。優選的，所述顆粒填料為圓形，可以減少間隙堵塞現象的產生。優選的，所述顆粒填料的密度為1. Γ1. 2kg/m3。優選的，顆粒填料的體積為上下篩網之間箱體體積的109Γ20%。優選的，所述顆粒填料為陶粒、果殼、聚氨酯類、聚丙烯中的至少一種。優選的，所述顆粒填料的直徑為2 4mm。優選的，所述篩網的網孔直徑為0. 5 2mm，進一步優選的，網孔直徑為廣2mm，保證產生的氣泡剪切力能夠推動填料層。優選的，膜組件箱上設置有填料更換口。一種分置式膜生物反應器，包括生化池和膜池，膜組件箱置于膜池中，所述膜組件箱底部與頂部各有一層篩網1，兩層篩網之間的箱體內放置有平板膜組2，在兩層篩網之間的箱體內加入顆粒填料3，顆粒填料的直徑大于篩網的網孔直徑。優選的，所述分置式膜生物反應器的平板膜組中各平板膜之間的間隙為2(T30mm， 當氣泡攪動時，6-8倍的間隙率不容易產生堵塞。本發明的有益效果在于
(1)本發明的方法是在膜生物反應器增加了填料顆粒，使其在膜組件中循環攪動，彌補了普通曝氣對于膜表面剪切力的不足，提高對于膜表面的清洗作用。在不多增加曝氣量，不破壞膜表面，不影響出水水質的前提下，降低了膜污染發生的風險，有效降低化學清洗的頻率，延長膜清洗的間隔時間30%左右。是一種低成本、高效的防治膜污染的方法。(2)所用顆粒成本低，有剛性介質存在可以強化汽水在膜表面的剪切力，并且能夠吸附形成污染的膠體、蛋白質、脂類。填料價格便宜，可以更換或者取出清洗自然風干后繼續使用。


圖1是本發明的分置式膜生物反應器結構示意圖； 圖2是本發明的膜組件箱結構示意圖3是本發明實施例1的MBR系統與對照系統在相同運行條件下膜間壓差比較；
5圖4是本發明實施例1的MBR系統與對照系統在相同運行條件下化學清洗時間點與對應膜通量回收率比較；
圖5是采用本發明的膜生物反應器處理實際印染廢水的效果； 圖6是本發明實施例2的MBR系統與對照系統在相同運行條件下膜間壓差比較。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步的說明，但并不局限于此。實施例1預防分置式MBR平板膜污染的方法1
一種分置式膜生物反應器，由生化池和膜池兩部分組成，膜組件箱置于膜池中(見圖 1)。如圖2所示，本發明在膜組件箱底部與頂部各設置一層篩網1，兩層篩網之間的箱體內放置有平板膜組2，在兩層篩網之間的箱體內加入顆粒填料3，顆粒填料的直徑大于篩網的網孔直徑，底部篩網下放置曝氣管4，膜組件箱上設置有填料更換窗口 5，用于填料的更換與篩網清理。在本實施例中，篩網的網孔直徑為2mm ；所用顆粒填料為圓形陶粒，密度為1. Ikg/ m3，直徑為2. 5 3mm，填料總體積為上下篩網之間的箱體體積的12. 5% ；所用平板膜組，各平板膜之間的間隙為25mm，當氣泡攪動時，該間隙率不容易產生堵塞。底部曝氣采用高壓曝氣，降低進氣量提高進氣壓力。增加曝氣對填料的循環攪拌力度。效果實驗
以下實驗中均是一本發明實施例1的裝置與對照系統作比較，對照系統為實施例1的裝置沒有上下篩網，不加顆粒填料。1.本發明的膜生物反應器對相通透過流量情況下的膜間壓差
由圖3中可以看出，在相通的透過流量下，加填料顆粒系統的膜間壓差在相同運行條件下，可以有效的降低膜污染產生的時間。對照系統運行200天膜間壓差就高達69 kpa，而加入顆粒填料的系統膜間壓差為34 kpa，有效的降低了膜污染程度。加入顆粒的系統可以降低膜清洗的頻率，相通操作條件下，可以將運行清洗時間間隔延長30%。2.化學清洗頻率與回收率
通過本發明的膜生物反應器與對照系統穩定運行600天的清洗頻率與清洗后膜通量回收率的比較來看。加入顆粒填料的系統，清洗時間間隔延長，且膜通量回收率可以提高 3-5% (見圖 4)。3.本發明的膜生物反應器對COD去除效率與MLSS負荷
用本發明的膜生物反應器建設一套產水量30m3/d的系統，其COD去除率與MLSS負荷見圖5。中試系統穩定運行6個月，180天的出水穩定，當污泥容積負荷平均為^gC0D/m3. d 時，COD平均去除率在95%的以上。這說明顆粒系統不會對膜產生負面影響，同時能保證出水效率與污染物去除能力。實施例2預防分置式MBR平板膜污染的方法2
在本實施例中，分置式膜生物反應器，篩網的網孔直徑為1.5mm;所用顆粒填料為圓形果殼填料(山核桃殼為主)，密度范圍為1.廣1.25 kg/m3，平均密度1. 15 kg/m3，直徑為 1.纊3mm，平均直徑2. 2mm。填料總體積為上下篩網之間的箱體體積的20% ；所用平板膜組， 各平板膜之間的間隙為20mm。底部曝氣采用高壓曝氣，降低進氣量提高進氣壓力。增加曝氣對填料的循環攪拌力度。膜生物反應器對相通透過流量情況下的膜間壓差
由圖6中可以看出，在相通的透過流量下，加填料顆粒系統的膜間壓差在相同運行條件下，可以有效的降低膜污染產生的時間。系統運行700天，加入顆粒填料的系統膜間壓差較對照系統升高的速率較低，有效的降低了膜污染程度。加入顆粒的系統可以降低膜清洗的頻率，相通操作條件下，可以將運行清洗時間間隔延長。以上實施例僅為介紹本發明的優選案例，對于本領域技術人員來說，在不背離本發明精神的范圍內所進行的任何顯而易見的變化和改進，都應被視為本發明的一部分。
權利要求
1.一種預防分置式MBR平板膜污染的方法，包括在膜組件箱中增加底部和頂部篩網， 篩網之間加入顆粒填料，顆粒填料的直徑大于篩網的網孔直徑。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述顆粒填料為圓形。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述顆粒填料的密度為1.Γ1. ^cg/rn3。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，顆粒填料的體積為上下篩網之間箱體體積的10% 20%。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述顆粒填料為陶粒、果殼、聚氨酯類、聚丙烯中的至少一種。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述顆粒填料的直徑為2 4mm。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述篩網的網孔直徑為0.5 2mm。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，膜組件箱上設置有填料更換口。
9.一種分置式膜生物反應器，包括生化池和膜池，膜組件箱置于膜池中，其特征在于 所述膜組件箱底部與頂部各有一層篩網(1)，兩層篩網之間的箱體內放置有平板膜組(2)， 在兩層篩網之間的箱體內加入顆粒填料(3)，顆粒填料的直徑大于篩網的網孔直徑。
10.根據權利要求9所述的分置式膜生物反應器，其特征在于平板膜組中各平板膜之間的間隙為2(T30mm。
全文摘要
本發明公開了一種預防分置式MBR平板膜污染的方法，包括在膜組件箱中增加底部和頂部篩網，篩網之間加入顆粒填料，顆粒填料的直徑大于篩網的網孔直徑。本發明的方法是在膜生物反應器增加了填料顆粒，使其在膜組件中循環攪動，彌補了普通曝氣對于膜表面剪切力的不足，提高對于膜表面的清洗作用。在不多增加曝氣量，不破壞膜表面，不影響出水水質的前提下，降低了膜污染發生的風險，有效降低化學清洗的頻率，延長膜清洗的間隔時間30%左右。是一種低成本、高效的防治膜污染的方法。
文檔編號B01D65/04GK102553450SQ20121002732
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月8日 優先權日2012年2月8日
發明者伍珂, 曹姝文 申請人:廣州市環境保護工程設計院有限公司