专利名称：一种控制膜生物反应器中膜污染的方法
技术领域：
本发明涉及一种为控制膜生物反应器的膜污染问题而调控混合液性质的方法，属 于水和废水处理技术领域。
背景技术：
膜生物反应器(membrane bioreaCtor，MBR)是将生物反应单元与膜分离技术很好 结合的一种高效废水处理技术，用微滤或者超滤膜组件进行固液分离，替代了活性污泥法 中的二沉池的作用，实现了水力停留时间(hydraulic retention time，HRT)和污泥停留时 间(sludge retention time, SRT)的完全分离，使运行条件更加灵活。且膜生物反应器装 置结构紧凑、易于实现自动控制，同时大大的节省了占地面积。在膜反应器的运行过程中， 膜污染始终都是阻碍膜反应器推广应用的最大障碍。膜污染导致过膜压力增加，膜通量的 减少，从而降低了处理能力，同时膜的清洗也使得费用增加，缩短膜的使用寿命，给运行管 理带来很大的不便。因此，要使MBR获得长期稳定的运行效果，必须对于膜污染进行控制。膜污染主要受到三个因素的影响，即膜固有性质、操作条件和活性污泥的混合液 性质。膜固有性质指的是膜材质、膜孔径大小、孔隙率、亲/硫水性、电荷性质和粗糙度等； 操作条件主要包括运行通量、SRT、曝气以及错流速率，运行温度等等；污泥混合液特性指悬 浮固体浓度(MLSS)、粒度分布、胞外聚合物浓度、粘度等。膜生物反应器混合液性质对膜污 染影响很大，其中混合液溶解性有机物浓度和污泥粒径对膜污染有重要的影响。当膜生物 反应器运行一段时间后，混合液的污泥粒径会下降，同时出现反应器内的胞外聚合物(EPS) 会出现积累，膜污染将会加重。
发明内容
本发明的目的通过投加絮凝剂改善污泥混合液的特性，减缓膜污染，为膜生物反 应器的膜污染控制提供一种有效的方法。为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提出一种控制膜生物反应器中膜污染 的混合液性质调控方法。即通过投加一定浓度的无机絮凝剂聚合硫酸铁，调控膜生物反应 器中污泥混合液的性质，同时排出适量的污泥混合液，即可实现控制膜污染。特别是对于经 长期运行，膜生物反应器内污泥颗粒细小、胞外聚合物(EPS)浓度高的污泥混合液，该方法 能够有效地调控污泥性能，减缓膜污染，延长膜的清洗周期。本发明所述的膜生物反应器为具有悬浮型活性污泥生物反应单元的一体式或者 分置式的膜生物反应器。利用聚合硫酸铁对膜生物反应器中的活性污泥混合液的絮凝作 用，促进污泥颗粒粒径变大，同时减少反应器中的有机物浓度。以改善混合液的过滤性，控 制膜污染，维持反应器稳定运行。本发明提出的利用混凝剂对膜生物反应器中的混合液进行有效处理，以改善混合 液性质从而控制膜污染的方法，其原理在于膜生物反应器是将膜分离技术和生物处理单 元很好结合的水和废水处理装置，出水水质高且稳定，反应器结构紧凑，易于自动化控制，膜生物反应器在运行过程中，膜污染始终都是阻碍膜反应器推广应用的最大障碍。膜污染 导致过膜压力增加，从而降低了处理能力，同时膜的清洗也使得费用增加，缩短膜的使用寿 命，给运行管理带来很大的不便。膜生物反应器混合液的特征是由于污泥浓度高，曝气强度 大，使得溶解性有机物和污泥浓度都高于普通的生物反应器，从而引起污泥粘度过高，絮体 颗粒粒径小，有机物浓度大等问题。因此采用投加聚合硫酸铁技术对膜生物反应器内的混 合液进行适当的处理，利用聚合硫酸铁的絮凝和电中和能力，可以改善混合液性质，以达到 减缓和控制膜污染的目的。絮凝剂对活性污泥混合液性质的调控效果主要体现在以下几个方面(1)增大了 污泥的粒径，污泥颗粒粒径越大，过膜阻力越小，对膜的污染越轻。(2)减少了反应器中的有 机物浓度，由于污泥颗粒的絮凝作用，大分子的胞外聚合物等物质在投加絮凝剂后被絮凝， 然后通过排泥排出反应器，从而大大减少了反应器中的有机物浓度。(3)聚合硫酸铁絮凝剂 具有较强的电中和能力，能将膜表面的带负电的胞外聚合物电中和和吸附，从而使其脱离 膜表面，进而减少膜的污染。以上几方面的综合作用使得混合液悬浮固体、胶体和溶解性有机物含量减少，粘 度降低，污泥颗粒粒径变大，从而增强了混合液的膜过滤性能，达到了控制膜污染，维持反 应器稳定运行的目的。基于以上原理，本发明可以直接将聚合硫酸铁溶液加入膜生物反应器中，对活性 污泥混合液进行直接处理以改善混合液的过滤性能，从而可以达到控制膜污染的目的。本发明方法具有如下优点(1)控制膜污染，使混合液的膜过滤性能增加，维持平稳较低的膜操作压力，延长 了膜冲洗周期，降低了膜清洗成本，保证膜生物反应器长期稳定的运行。(2)方法简单，借助膜生物反应器中的曝气，可实现絮凝剂与污泥的充分混合，不 需要另外的搅拌设备。
图1为本发明实施例1的膜生物反应器装置的结构2为本发明实施例1中的膜污染发展过程示意图
具体实施例方式本发明方法采用的好氧膜生物反应器见附图1。将好氧活性污泥投入反应器1，污 水和聚合硫酸铁絮凝剂从上部进入反应器1，废水和污泥在混合液反应区2中充分混合，通 过曝气装置3，进行生物好氧反应，出水经膜组件4过滤排出。剩余污泥由排泥阀门5控制 排放。膜生物反应器中混合液的污泥浓度为MLSS = 2 10g/L ；聚合硫酸铁的投加量为 0. 8mM。反应过程中不用控制溶解氧、温度和pH等条件。实施例1将硫酸铁配成水溶液，然后加入碳酸钠(Na2CO3)配制成聚合硫酸铁溶液，取反应 器中的污泥混合液500ml至烧杯中，进行短期间歇实验。快速搅拌中投加絮凝剂，先快搅 2min(200rpm)，然后慢速搅拌15min(60rpm)直至混凝反应完全，通过比较污泥比阻来确定 最佳投加量为0. 8mM。
将配好的28mM聚合硫酸铁溶液IL加入反应器中对混合液溶液进行处理，反应器 的有效体积为35L，使得反应器内的絮凝剂浓度达到最佳投加量0. 8mM,每天进行排泥，经 过以上处理的混合液膜过滤性增强，污泥浓度降低，可以达到减缓和控制膜污染的目的。在投加聚合硫酸铁前，反应器内的污泥粒径约为65 μ m,溶解性EPS浓度约为 76. 5mg/L，膜生物反应器投加絮凝剂聚合硫酸铁后共运行了 50天左右，絮凝过程中曝气量 为3L/min，每天排泥6_8g左右，同时每天投加IOOmL 28mM的聚合硫酸铁溶液使得反应器中 的絮凝剂浓度保持恒定。与未投加絮凝剂的污染周期相比较，混合液中的污泥粒径明显增大为76. 4μπι，而 溶解性EPS浓度减小为51. 3mg/L，投加铁盐后对膜生物反应器的生物活性没有产生影响， 膜生物反应器出水各项指标均没有发生太大变化，投加混凝剂后膜的污染周期延长了 20 天左右。投加聚合硫酸铁絮凝剂前后膜组件的过膜压力变化如图2所示，过滤周期显著延长。本发明的效果在于可降低膜生物反应器中有机物的累计，使膜通量恢复，明显延 长膜的使用寿命，降低膜生物反应器的运行费用，并且絮凝工艺的费用很低。本发明将直接 推动膜生物反应器的广泛应用，从而提高水资源的利用率，缓解水资源紧张的现状。
权利要求
一种控制膜生物反应器中膜污染的污泥混合液性质调控方法。其特征在于，向膜生物反应器中投加一定浓度的无机絮凝剂聚合硫酸铁，使混合液中污泥颗粒凝聚，同时从反应器中排出适量的混合液，使EPS含量降低，即可实现膜污染控制，延长膜的清洗周期。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的聚合硫酸铁的投加量为0.SmM ；膜 生物反应器中污泥混合液的浓度为2-10g/L。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，1)所述的聚合硫酸铁用Na2CO3和Fe3+配 制，Na2CO3与Fe3+的物质的量比为1 4，在超声条件(80W)下缓慢加入溶解。
全文摘要
本发明属于水和废水处理技术，特别涉及一种控制膜生物反应器中膜污染的方法。即通过投加一定浓度的无机絮凝剂聚合硫酸铁，调控膜生物反应器中污泥混合液的性质，然后排出适量的处理后的污泥混合液，即可实现控制膜污染。特别是对于经长期运行，膜生物反应器内污泥颗粒细小、胞外聚合物(EPS)浓度高的污泥混合液，该方法能够有效地调控污泥性能，减缓膜污染，延长膜的清洗周期。
文档编号C02F3/12GK101905918SQ200910085218
公开日2010年12月8日 申请日期2009年6月4日 优先权日2009年6月4日
发明者刘俊新, 欧阳科 申请人:中国科学院生态环境研究中心