CN110078304A - 一种膜生物反应器同步污泥处理***及其污泥处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膜生物反应器同步污泥处理***及其处理方法，其特点是该污泥处理***由反应池与膜‑生物反应器组成，所述膜生物反应器内设有平板膜，其下设有与曝气泵连接的曝气管，其污泥处理方法包括：污泥的预处理和膜生物反应等步骤。本发明与现有技术相比具有膜污染速率明显降较低，在降低膜污染速率的同时，同步去除COD，极大地提高了出水水质，进一步减少处置的负荷，降低了膜的清洗次数与成本，工艺流程简易，药剂价格低廉，为后续的膜‑生物反应器工艺提供了更好的应用空间。
Description
技术领域
本发明涉及膜生物反应器及膜分离技术领域，具体地说是一种膜生物反应器原位膜污染防控和同步污泥浓缩的处理***及其处理方法。
背景技术：
随着出水与回用的水质要求提高，膜生物反应器在实际工程使用中越来越普遍。膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor)是膜分离技术与生物处理技术有机结合的废水处理***，膜生物反应器具有处理效率高、出水水质好，易实现自动控制、运行管理简单。经过二十余年的发展，膜生物反应器已经成为先进废水处理的主要技术之一，然而膜污染问题却严重制约了膜生物反应器的推广和应用。
在污泥污水处理过程中，膜污染主要是由于污泥污水中的污泥微粒以及胶体粒子在膜表面沉淀积累或在膜孔内吸附，造成膜孔径变小，乃至堵塞，从而进一步使膜的透过流量能力与分离特性大幅度下降，因此膜污染将直接导致膜通量的下降继而迫使膜寿命缩短。微生物污染是膜污染中最重要的原因之一，污水中大量的腐殖质、聚糖脂以及微生物代谢产物会附着在膜上，形成一层生物膜，该生物膜可进一步吸附污水中的微生物，加剧生物膜中微生物的繁殖，加速生物膜的成熟和发育。生物膜的形成不仅自身是膜污染的重要组成部分，其导致了膜对混合物粘度的增加，使得污水中的颗粒物质更易吸附在膜表面，从而进一步造成膜污染。对于解决膜污染严重的问题，出现了诸多的方法，如中国专利文献《一种减轻膜生物反应器中膜污染的方法》（公开号 CN 102491505 A，公开日2012年06月13日）公开了一种减轻浸没式膜生物反应器中膜污染的方法，该方法将水溶性铁化合物加入在膜生物反应器前的进水中，加入量以三价铁离子计为10 ~ 150 mg/L，克服了现有技术向混合液中投加水溶性铁化合物，造成实际缓解膜污染效果不理想的缺点，可以明显降低膜污染，透膜压差的平均增长速率可以降低8 ~ 12%，快速降低透膜压差的增速，但药剂投加量较大，处理成本高。
中国专利文献《一种防止MBR膜污染的制剂及其应用》（公开号CN 107899428 A，公开日2018年4月13日）公开了一种防止膜生物反应器膜污染的制剂及其应用，该制剂包括了信号分子氧化剂50 ~ 60％；过滤助剂20 ~ 30％；絮凝剂10 ~ 20％；表面活性剂10 ~20％，该制剂可减缓膜-生物反应器的膜污染，提高污水处理效率，成本比较低、适用性广，但操作流程复杂，人员投入较高。
中国专利文献《一种臭氧混凝联用预处理防止膜污染的方法》（公开号 CN106587423 A，公开日2017年04月26日）公开了一种膜法水处理方法，该方法投加一定量的臭氧到原水中，停留一段时间后用纯氮气吹脱，然后水样进行混凝搅拌，其上清液用于MF或UF膜过滤，然后将氧化处理后的水过MF或UF膜，保持一定压力过滤，通过测定膜通量来考察膜通量的变化趋势。该方法投加的药剂环保绿色，不增加后续处理负担，但存在着过滤压力需保持不变，能耗较大，处理成本高。
中国专利文献《一种利用Fe3O4/C减缓MBR膜污染的方法》（公开号 CN 106698654A，公开日2017年5月24日）公开了一种利用Fe3O4/C减缓膜-生物反应器膜污染的方法，该方法在膜生物反应器中投加一定量的Fe3O4/C，改善活性污泥混合液的特性，能够有效改善膜污染问题，延长了膜清洗周期及膜的使用寿命，其优点在于Fe3O4/C因具有磁性，更易于回收再利用，大大降低了运行成本，有效避免了在膜-生物反应器***中产生二次污染，其缺点在于规模较小，较难大规模投入使用。
综上所述，现有技术存在着操作流程复杂，能耗较大，人员成本高，不但药剂投加量较大，而且价格昂贵，难以投入规模化应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而设计的一种膜生物反应器同步污泥处理***及其处理方法，采用膜生物反应器，以及原位膜污染防控和同步污泥浓缩相融合的处理方法，实现泥水的快速分离，以及连续进料和出水，在降低膜污染速率的同时，同步去除COD，极大地提高了出水水质，膜污染速率得到明显较低，透膜压差增速下降29 ~ 52%，进一步减少处置的负荷，降低了膜的清洗次数与成本，工艺流程简易，药剂价格低廉，为后续的膜-生物反应器工艺提供了更好的应用空间。
本发明的目的是这样实现的：一种膜生物反应器的污泥处理***，其特点是该污泥处理***由预处理反应池与膜生物反应器组成，所述膜生物反应器内设有平板膜，其下设有与曝气泵连接的曝气管；所述平板膜为板状的膜过滤器，其上端设有与出水蠕动泵连接的出水管；所述预处理反应池为设有搅拌器的倒置梯形槽，其顶盖上设有污泥进管、反应池出泥管和加药管；所述污泥进管为蓄泥池与预处理反应池的连接管道，其上设有污泥蠕动泵；所述反应池水管为膜生物反应器与预处理反应池的连接管道，其上设有反应器蠕动泵。
所述平板膜为垂直设置在膜生物反应器的对称轴线上。
一种膜生物反应器的污泥处理***的污泥处理方法，其特点是该污泥处理包括以下步骤：
（一）污泥的预处理
污泥蠕动泵将蓄泥池的泥水通过污泥进管连续加入预处理反应池中，然后依次加入以硫酸亚铁和过硫酸钾为药剂进行污泥预处理的搅拌反应，所述搅拌反应时间为1 ~ 3分钟，搅拌速度为200 ~ 500转/分钟；所述泥水的含泥量为5~ 10%重量比；所述硫酸亚铁投加量按Fe2+与干泥的质量比为0.031 ~ 0.062；所述过硫酸盐投加量按S2O8 2-与干泥的质量比为0.086 ~ 0.172。
（二）膜生物反应
反应器蠕动泵将预处理后的泥水由反应出泥管连续加入膜生物反应器中，通过与曝气泵连接的曝气管进行曝气均质处理，曝气后的污泥经平板膜的泥水分离，其清夜由出水蠕动泵连接的出水管排出***，所述平板膜的透膜压差为25~30KPa时应更换清洗；所述曝气速度为5 升/分钟。
所述污泥蠕动泵、反应器蠕动泵和出水蠕动泵的流速为10 ~ 30 mL/s。
本发明与现有技术相比具有以下优点和技术效果：
1）投加药剂以过硫酸盐以及硫酸亚铁为主，价格低廉、来源广泛，且药剂成分简单，不易产生二次污染，具有较好的经济效益与环境效益。
2）流程工艺简单，且以投加药剂、搅拌以及蠕动泵持续进料为主，反应时间在1 ~2分钟之内，搅拌能耗低，无需吹脱或反冲洗等操作，流程简易，节省大量设备及人力，节约能源，经济效益高。
3）硫酸亚铁和过硫酸盐与污泥水进行反应，激发了硫基自由基的产生，硫基自由基由于其极强的氧化性，将进一步攻击污泥颗粒，包括其中的大分子有机物以及细胞结构。细胞结构遭到破坏，大分子有机物例如蛋白以及多糖被降解为小分子，继而在阳离子（铁、亚铁例子）的正电荷作用下，通过网捕以及吸附架桥作用，将污泥小颗粒重新聚合为大型污泥颗粒，在这一过程中将结合水大量转化为了自由水，后者比例升高。通过预处理后的污泥进入到膜-生物反应器中，污泥颗粒大小在10 ~ 300 微米之间，而平板膜膜孔在0.2 ~0.45微米之间，污泥粒径大小不足以堵塞膜孔，而同时释放了尽可能多的结合水，从而极大地降低了膜污染速率，约为49.3%，效果更为出众。
4）污水处理的反应机理中的硫基自由基产生，凭借其极强的氧化性，在降低膜污染速率的同时，将有机物中肽键打断，同步去除COD，极大地提高了出水水质，减少了进一步处理处置的负荷，降低了膜的清洗次数与成本。
附图说明
图1为本发明的***结构示意图。
具体实施方式
参阅附图1，本发明***由预处理反应池8与膜生物反应器6组成，所述膜生物反应器6内设有平板膜7，其下设有与曝气泵10连接的曝气管11；所述平板膜7为板状的膜过滤器，其上端设有与出水蠕动泵23连接的出水管5；所述预处理反应池8为设有搅拌器9的倒置梯形槽，其顶盖上设有污泥进管2、反应池出泥管12和加药管4；所述污泥进管2为蓄泥池1与预处理反应池8的连接管道，其上设有污泥蠕动泵3；所述反应池出泥管12为膜生物反应器6与预处理反应池8的连接管道，其上设有反应器蠕动泵13；所述平板膜7为垂直设置在膜生物反应器6的对称轴线上。
参阅附图1，本发明的污泥处理包括以下步骤：
（一）污泥的预处理
污泥蠕动泵3将蓄泥池1的泥水通过污泥进管2连续加入预处理反应池8中，然后依次加入以硫酸亚铁和过硫酸钾为药剂进行污泥预处理的搅拌反应，所述搅拌反应时间为1 ~3分钟，搅拌速度为200 ~ 500转/分钟；所述泥水的含泥量为5~ 10%重量比；所述硫酸亚铁投加量按Fe2+与干泥的质量比为0.031 ~ 0.062；所述过硫酸盐投加量按S2O8 2-与干泥的质量比为0.086 ~ 0.172。
（二）膜生物反应
反应器蠕动泵13将预处理后的泥水由反应池出泥管12连续加入膜生物反应器6中，通过与曝气泵10连接的曝气管11进行曝气均质处理，均质后的污泥经平板膜7的泥水快速分离，其清夜由出水蠕动泵23连接的出水管5排出***，所述平板膜7的透膜压差为25~30KPa时应更换清洗；所述曝气速度为5 升/分钟；所述污水蠕动泵3、反应器蠕动泵13和出水蠕动泵23的流速为10 ~ 30 mL/s。
以下为某城市污水处理厂总固体量为21-22 g/L，挥发性固体量为14-15 g/L的污泥，在不加入硫酸亚铁和过硫酸钾药剂处理的情况下与本发明实施例进行对比，对本发明作进一步的详细说明。
对比例1
将10 L待处理污泥连续加入预处理反应池8中，搅拌时间（停留时间）设置为2分钟，搅拌速度设置为 300转/分钟，随后将处理好的污泥通过反应器蠕动泵13连续进样加入膜生物反应器6，然后通过出水蠕动泵23从反应器内部的平板膜7出水口持续排出***。调节出水蠕动泵23的泵速，将出水流速控制在22 mL/s/m2，曝气速度设定为5 L/min，反应过程中持续曝气进行泥水的均质处理，经过十分钟连续出水，平板膜7的透膜压差从2.5上升至28.4 KPa，其增幅为1036%。
实施例1
将10 L与对比例相同的污泥作为进样基质（总固体量为21~22 g/L，挥发性固体量为14~15 g/L）连续加入预处理反应池8中，同时按每克干泥加0.015克Fe2+投加七水合硫酸亚铁和按每克干泥加0.043克S2O8 2-投加过硫酸钾，搅拌时间（停留时间）设置为2分钟，搅拌速度设置为 300转/分钟。随后将处理好的污泥通过反应器蠕动泵13连续进样加入膜生物反应器6，然后通过出水蠕动泵23从反应器内部的平板膜7出水口持续出水排出***。调节出水蠕动泵23的泵速，将出水流速控制在22 mL/s/m2。曝气速度设定为5 L/min，反应过程中持续曝气进行均质处理。经过十分钟连续出水，平板膜7的透膜压差从2.2上升至26.9 KPa，相比对比例1，膜污染速率降低5.8%。
实施例2
将10 L与对比例相同的污泥作为进样基质（总固体量为21~22 g/L，挥发性固体量为14~15 g/L）连续加入预处理反应池8中，同时按每克干泥加0.031克Fe2+投加七水合硫酸亚铁和按每克干泥加0.086克S2O8 2-投加过硫酸钾，搅拌时间（停留时间）设置为2分钟，搅拌速度设置为 300转/分钟。随后将处理好的污泥通过反应器蠕动泵13连续进样加入膜生物反应器6，然后通过出水蠕动泵23从反应器内部的平板膜7出水口持续出水。调节出水蠕动泵23的泵速，将出水流速控制在22 mL/s/m2。曝气速度设定为5 L/min，反应过程中持续曝气进行均质处理。经过十分钟连续出水，平板膜7的透膜压差从2.2上升至16.4 KPa，相比对比例1，膜污染速率降低46.3%。
实施例3
将10 L与对比例相同的污泥作为进样基质（总固体量为21~22 g/L，挥发性固体量为14~15 g/L）连续加入预处理反应池8中，同时按每克干泥加0.046克Fe2+投加七水合硫酸亚铁和按每克干泥加0.129克S2O8 2-投加过硫酸钾，搅拌时间（停留时间）设置为2分钟，搅拌速度设置为 300转/分钟。随后将处理好的污泥通过反应器蠕动泵13连续进样加入膜生物反应器6，然后通过出水蠕动泵23从反应器内部的平板膜7出水口持续出水。调节出水蠕动泵23的泵速，将出水流速控制在22 mL/s/m2。曝气速度设定为5 L/min，反应过程中持续曝气进行均质处理。经过十分钟连续出水，平板膜7的透膜压差从2.5上升至14.9 KPa，相比对比例1，膜污染速率降低52.1%。
实施例4
将10 L与对比例相同的污泥作为进样基质（总固体量为21~22 g/L，挥发性固体量为14~15 g/L）连续加入预处理反应池8中，同时按每克干泥加0.092克Fe2+投加七水合硫酸亚铁和按每克干泥加0.258克S2O8 2-投加过硫酸钾，搅拌时间（停留时间）设置为2分钟，搅拌速度设置为 300转/分钟。随后将处理好的污泥通过反应器蠕动泵13连续进样加入膜生物反应器6，然后通过出水蠕动泵23从反应器内部的平板膜7出水口持续出水。调节出水蠕动泵23的泵速，将出水流速控制在22 mL/s/m2。曝气速度设定为5 L/min，反应过程中持续曝气进行均质处理。经过十分钟连续出水，平板膜7的透膜压差从2.5上升至20.8 KPa，相比对比例，膜污染速率降低29.3%。
以上只是对本发明做进一步说明，并非用以限制本专利，凡为本发明等效实施，均应包含于本专利的权利要求范围之内。
Claims (4)
1.一种膜生物反应器的污泥处理***，其特征在于该污泥处理***由预处理反应池与膜生物反应器组成，所述膜生物反应器内设有平板膜，其下设有与曝气泵连接的曝气管；所述平板膜为板状的膜过滤器，其上端设有与出水蠕动泵连接的出水管；所述预处理反应池为设有搅拌器的倒置梯形槽，其顶盖上设有污泥进管、反应池出泥管和加药管；所述污泥进管为蓄泥池与预处理反应池的连接管道，其上设有污泥蠕动泵；所述反应池出泥管为膜生物反应器与预处理反应池的连接管道，其上设有反应器蠕动泵。
2.根据权利要求1所述膜生物反应器的污泥处理***，其特征在于所述平板膜为垂直设置在膜生物反应器的对称轴线上。
3.一种权利要求1所述膜生物反应器的污泥处理***的污泥处理方法，其特征在于该污泥处理包括以下步骤：
（一）污泥的预处理
污泥蠕动泵将蓄泥池的泥水通过污泥进管连续加入预处理反应池中，然后依次加入以硫酸亚铁和过硫酸钾为药剂进行污泥预处理的搅拌反应，所述搅拌反应时间为1 ~ 3分钟，搅拌速度为200 ~ 500转/分钟；所述泥水的含泥量为5~ 10%重量比；所述硫酸亚铁投加量按Fe2+与干泥的质量比为0.031 ~ 0.062；所述过硫酸盐投加量按S2O8 2-与干泥的质量比为0.086 ~ 0.172；
（二）膜生物反应
反应器蠕动泵将预处理后的泥水由反应池出泥管连续加入膜生物反应器中，通过与曝气泵连接的曝气管进行曝气均质处理，曝气后的污泥经平板膜的泥水分离，其清夜由出水蠕动泵连接的出水管排出***，所述平板膜的透膜压差为25~30KPa时应更换清洗；所述曝气速度为5 升/分钟。
4.根据权利要求 3所述膜生物反应器的污泥处理***的污泥处理方法，其特征在于所述污泥蠕动泵、反应器蠕动泵和出水蠕动泵的流速为10 ~ 30 mL/s。
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