专利名称：应用预涂动态膜过滤活性污泥混合液的污水处理方法
技术领域：
本发明属于环境工程技术领域，涉及污水处理及中水回用技术，特别涉及应用预涂动态膜过滤活性污泥混合液的污水处理方法。
背景技术：
我国是世界上13个贫水国之一，600余座城市中已有400余座缺水，因缺水而减少的工业产值每年超过1200亿元。应用水质和水价较生活饮用水低的中水来绿化、洗车、冲洗卫生器具等，可以节约宝贵的水资源，缓和城市水的供需矛盾，还可减少城市排水系统的负担。膜生物反应器(membrane bioreactorMBR)被认为是最有发展前途的污水处理与回用技术之一，其本身可以替代传统污水处理中的活性污泥池、二沉池、滤池三项工艺，出水仅需投加少量消毒剂(避免发生二次污染)就可以实现回用，而且污泥产量低，占地面积小，操作方便。但一种工艺的广泛应用不仅取决于自身的技术可行性，还取决于其经济可行性，膜组件价格昂贵和膜污染不易控制是阻碍MBR推广应用的主要问题。处理规模为240m3/d的污水回用系统中，一体式膜生物反应器的进口膜组件费用占总投资比例为57.3％，膜的更换费用占运行费用的58％，动力费用占运行费用的21％；为延缓膜污染，膜生物反应器工艺气水比通常在40∶1左右，曝气的能耗占动力费用的96％以上。
为降低膜组件的价格，清华大学致力于研究在孔径为100μm的筛绢上利用微生物及其代谢产物形成的动态膜进行过滤。结果表明，系统对COD的总去除率基本上大于80％，但是，动态膜表面污染严重，而为避免操作压力过高而进行的下方曝气会使动态膜完全破坏，出水SS平均达到2270mg/l，35min后动态膜才会重新形成，因此需要增加将下方曝气后一段时间内的出水返回处理的装置，在出水水质和系统操作的稳定性方面还存在问题，距实际应用还有差距。Kiso等人发现在小于1KPa的操作压力下，无纺布可以有效地进行活性污泥的分离，而且在浊度、有机物等污染物的去除方面与膜生物反应器差距不大，但对大肠杆菌的去除效果不佳，表面污染现象比膜生物反应器要严重得多。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用预涂动态膜过滤活性污泥混合液的污水处理方法，其所需装置称为预涂动态膜—生物反应器。该种新型污水处理方法不仅具有膜生物反应器的所有优点，而且可从根本上解决桎梏膜生物反应器广泛推广应用的膜组件成本高和膜污染不易控制等问题。
实现本发明所述应用预涂动态膜过滤活性污泥混合液的污水处理方法的技术方案是采用工业滤布包裹刚性方框形成过滤组件，过滤组件上部留有出水口；为避免出水时抽吸力造成表面凹陷，组件内置铁丝架支撑。在盛装清水的预涂池中投加预涂剂，预涂剂采用粉末活性炭、硅藻土或高岭土，搅拌使其混合均匀，抽吸泵抽吸出水，出水循环回到预涂池。在剪切力和由抽吸引起的法向作用力的合力作用下，预涂剂逐渐附着于过滤组件表面，并形成均匀的预涂动态膜，预涂过程需时20-30min，预涂动态膜厚度1-3mm。
单个预涂动态膜组件通量维持在40-80L/h·m2之间，为保证预涂层均匀和便于拆洗，过滤面积≤4m2，生物反应器中预涂动态膜组件个数由处理水量除以单个膜组件通量和过滤面积的乘积确定。过滤组件预涂后，固定在框架上，框架置于生物反应器中，并使活性污泥混合液淹没框架。框架上部横跨一根总集水管，预涂动态膜组件按垂直方向平行设置，组件间隔适当距离，出水管与总集水管连接，污水经活性污泥降解和预涂动态膜过滤，在抽吸泵作用下进入膜组件中空的内部，由总集水管排出。生物反应器底部安置曝气管道，管道上有中气泡曝气头，曝气产生剪切力，延缓污染物质在预涂动态膜组件表面累积。生物反应器中设置滑道，便于框架的提取，预涂动态膜组件污染后可单独拆下，刷洗后，置于预涂池预涂，即可重新放入生物反应器中进行过滤。预涂池为长方形池子，能够容纳过滤组件和搅拌机，并使清水淹没过滤组件即可，没有水力停留时间的限制。处理生活污水COD浓度在300-500mg/l时，生物反应器内水力停留时间不小于6小时；处理生活污水COD浓度在600-1000mg/l时，生物反应器内水力停留时间不小于8小时。生物反应器容积满足水力停留时间要求同时，活性污泥混合液必须淹没预涂动态膜组件框架。
本发明的效果和益处是预涂动态膜对污染物质有吸附和截留作用，在进一步提高过滤精度的同时，可以防止污染物质与微生物向工业滤布纤维表面和内部扩散，减轻工业滤布污染程度；而预涂剂自身颗粒粒径大、形成的动态膜孔隙率高、可压缩性小，具有较强的液相渗透性能，从而延缓操作压力的提高；预涂动态膜易于从滤布表面分离，清洗时预涂剂连同所吸附的污染物质及微生物代谢产物一同洗脱，可使通量得到更有效的恢复；工业滤布价廉易得，10-15元/m2的价格与中空纤维膜500元/m2的价格相去甚远，从而可大幅度降低成本；预涂动态膜组件污染后只需刷洗，通量就可以恢复，无须消耗化学试剂。
应用预涂动态膜过滤活性污泥混合液的预涂动态膜—生物反应器工艺出水水质可满足中水回用要求，可用来洗车、绿化和冲厕，而且成本低廉、操作简单。预涂动态膜—生物反应器在污水处理和中水回用领域中具有广泛的应用前景，如无排水管网系统的地区，如度假区、旅游风景区；有中水回用需求的地区或场所，如宾馆、洗车业；现有的城市污水处理厂的更新升级等。
附图1是预涂动态膜—生物反应器工艺中生物反应器部分示意图。
图中1鼓风机；2中气泡曝气器；3预涂动态膜组件；4框架；5生物反应器；6真空表；7压力表；8抽吸泵。
附图2是预涂动态膜—生物反应器工艺中预涂池部分示意图。
图中9预涂池；10过滤组件；11搅拌机；12抽吸泵。
具体实施例方式
以下结合技术方案和附图，详细说明本发明具体实施方式
。
实施例处理生活污水水量按45m3/d计，COD浓度为600mg/l。单个预涂动态膜组件通量维持在80L/h·m2，过滤面积为3m2，单面面积为1.5m2，具体尺寸为高1.5m，长1.0m，则计算得到需要过滤组件8个。取单一过滤组件置于预涂池9中，池中盛装清水，并投加预涂剂，预涂剂采用粉末活性炭。预涂动态膜厚度按1mm计，则每个过滤组件需要预涂剂3L。开启搅拌机11使预涂剂混合均匀，抽吸泵12抽吸出水，出水循环回到预涂池9。循环25分钟，在过滤组件表面形成均匀的预涂动态膜。
8个预涂动态膜组件3平行安装于框架4中，预涂动态膜组件的出水管与框架上方总集水管连接，框架沿滑道放入生物反应器5，生物反应器中活性污泥混合液淹没框架4。启动鼓风机1曝气，产生剪切力，在延缓膜污染的同时，为反应器中微生物提供生长代谢必需的氧气。在抽吸泵8作用下，经活性污泥降解和预涂动态膜过滤的处理水进入预涂动态膜组件中空的内部，从总集水管排出。预涂动态膜组件3污染后可单独拆下，刷洗后，置于预涂池9预涂，即可重新放入生物反应器5中进行过滤。生物反应器内水力停留时间8小时，有效容积为15m3，生物反应器具体尺寸为长2m，宽3m，有效水深2.5m，超高0.5m，总高为3.0m。
权利要求
1.一种应用预涂动态膜过滤活性污泥混合液的污水处理方法，其特征为a)用滤布包裹刚性方框形成过滤组件，单一过滤组件过滤面积≤4m2；b)在盛装清水的预涂池中投加预涂剂，预涂剂采用粉末活性炭、硅藻土或高岭土；利用抽吸泵使预涂池出水循环，在剪切力和由抽吸引起的法向作用力的合力作用下，过滤组件表面形成预涂动态膜；预涂过程为20-30min，预涂动态膜厚度1-3mm；c)预涂动态膜组件按垂直方向平行设置，固定在框架上，框架置于生物反应器中，并使活性污泥混合液淹没框架；预涂动态膜组件出水管与框架上方总集水管连接，污水经活性污泥降解和预涂动态膜过滤，在抽吸泵作用下由总集水管排出。
2.根据权利要求1所述的一种应用预涂动态膜过滤活性污泥混合液的污水处理方法，其特征为预涂动态膜组件污染后可单独拆下，刷洗后，置于预涂池预涂，重新放入生物反应器中进行过滤。
3.根据权利要求1所述的一种应用预涂动态膜过滤活性污泥混合液的污水处理方法，其特征为在生物反应器中设置滑道。
全文摘要
本发明属于环境工程中污水处理及中水回用技术领域。其特征是应用工业滤布制作过滤组件；运用预涂方法在工业滤布表面形成动态膜来改善其过滤性能；预涂动态膜组件固定于框架上，置于生物反应器中，在抽吸泵作用下出水。本发明采用工业滤布制作过滤组件，成本低廉；动态膜对污染物质有吸附和阻留作用，在保证出水水质安全可靠的同时，可以防止污染物质与微生物向滤布纤维表面和内部扩散，减轻滤布污染程度；而预涂剂自身颗粒粒径大、形成的动态膜孔隙率高、可压缩性小，具有较强的液相渗透性能，从而延缓操作压力的提高；预涂动态膜组件污染后只需刷洗，通量就可以恢复，无须消耗化学试剂。
文档编号C02F3/10GK1562801SQ20041002128
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月9日 优先权日2004年4月9日
发明者张捍民, 杨凤林, 张兴文 申请人:大连理工大学