CN118908408A - 一种改善mbr膜堵塞的污水处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水处理技术领域，具体而言，涉及一种改善MBR膜堵塞的污水处理方法及系统。改善MBR膜堵塞的污水处理方法包括以下步骤：S1.生化处理，利用活性污泥中微生物的生物降解作用分解污水中的污染物；S2.MBR膜处理，将经过所述生化处理后的污水进行MBR膜处理，实现泥水分离，在MBR膜处理过程中加入钠基膨润土和聚季铵盐，并进行曝气，将污泥的絮体粒径控制在60‑120μm。本发明方法通过向MBR处理工段投加钠基膨润土和聚季铵盐，合理控制污泥的絮体粒径，并配合曝气，能够有效延缓MBR膜的污堵，延长整个系统的运行周期。

Description

一种改善MBR膜堵塞的污水处理方法及系统

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体而言，涉及一种改善MBR膜堵塞的污水处理方法及系统。

背景技术

MBR又称膜生物反应器，是一种将膜分离技术与生物技术结合的水处理技术，也称作膜分离活性污泥法。是一种膜过滤取代传统生化处理技术中二次沉淀池和砂滤池的处理技术。MBR膜与传统污水生化处理相比，具有出水水质好、剩余污泥少等优点。

由于MBR膜显著的优势特点，各个企业开始在污水处理过程广泛采用MBR膜技术，对污水处理排水的改善起到了显著的作用。但是MBR采用的是物理精密过滤处理污水，各种污染物易造成MBR膜的堵塞，进而引起产水量的下降影响污水处理效率。造成MBR工艺膜堵塞的主要物质为：污水混合液中的污泥絮体、胶体物质、溶解性的有机物、无机盐结垢物等物质。

目前解决MBR膜堵塞的方法主要是清洗，例如反洗、使用药剂在线清洗和离线清洗，其中，反洗和在线清洗的清洗效果有限，膜表层的细菌和有机物的粘附性较强，无法有效的去除，更无法有效的延长膜的清洗周期；离线清洗，需将膜组从系统中拆除，用药剂进行泡洗，此法虽然可以有效的去除膜表层及孔隙附着的污染物，但是此法操作费时费力，膜组拆卸清洗时，系统将停运或处理规模变小。目前，MBR膜的清洗周期较短，会影响生化系统的处理能力及效果。因此，提供一种能改善MBR膜堵塞的新型水处理方法及系统具有重要意义。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种改善MBR膜堵塞的污水处理方法，以解决现有技术中存在的MBR膜易堵塞、清洗周期短会影响生化系统的处理能力及处理效果的技术问题，本发明方法通过向MBR处理工段投加钠基膨润土和聚季铵盐，合理控制污泥的絮体粒径，并配合曝气，能够有效延缓MBR膜的污堵，延长整个系统的运行周期。

本发明的第二目的在于提供一种改善MBR膜堵塞的污水处理系统，适用于如上所述的改善MBR膜堵塞的污水处理方法。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种改善MBR膜堵塞的污水处理方法，包括以下步骤：

S1.生化处理，利用活性污泥中微生物的生物降解作用分解污水中的污染物；

S2.MBR膜处理，将经过所述生化处理后的污水进行MBR膜处理，实现泥水分离，在MBR膜处理过程中加入钠基膨润土和聚季铵盐，并进行曝气，将污泥的絮体粒径控制在60-120μm。

一种改善MBR膜堵塞的污水处理系统，适用于前述实施方式中所述的改善MBR膜堵塞的污水处理方法，包括依次连接的生化反应器、MBR膜反应器和自吸泵，所述MBR膜反应器的进水管路上设有钠基膨润土加药装置和聚季铵盐加药装置，所述MBR膜反应器内设有第一曝气管，所述第一曝气管与第一曝气风机连接，所述第一曝气管上设有第一调节阀。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明方法通过曝气措施，利用气泡的上浮错流切力将MBR膜表层的粘附物质剥离，同时在MBR膜处理过程中加入钠基膨润土和聚季铵盐，利用聚季铵盐改善活性污泥中微生物胞外多聚物的亲疏水性，使其变得更容易结合，不易破碎，并利用钠基膨润土较强的吸附性和粘结性，将污泥絮体的粒径控制在合适范围内，避免细小絮体进入MBR膜过滤孔隙中造成堵塞，通过钠基膨润土、聚季铵盐和曝气措施的协同配合，能够有效延缓MBR膜堵塞，延长MBR膜的清洗周期，提高系统的污水处理能力和处理效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例提供的污水处理系统的结构示意图；

图2为本发明另一个实施例提供的污水处理系统的结构示意图。

附图标记：

1-反应沉淀池；11-除硬药剂加药装置；12-中和药剂加药装置；2-生化反应器；21-碳源加药装置；22-第二曝气管；221-第二调节阀；3-MBR膜反应器；31-钠基膨润土加药装置；32-聚季铵盐加药装置；33-第一曝气管；331-第一调节阀；4-自吸泵；5-第一曝气风机；6-第二曝气风机。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明的第一方面提供了一种改善MBR膜堵塞的污水处理方法，包括以下步骤：

S1.生化处理，利用活性污泥中微生物的生物降解作用分解污水中的污染物；

S2.MBR膜处理，将经过生化处理后的污水进行MBR膜处理，实现泥水分离，在MBR膜处理过程中加入钠基膨润土和聚季铵盐，并进行曝气，将污泥的絮体粒径控制在60-120μm。

MBR在运行过程中，由于自吸泵的抽吸作用，水、活性污泥、污染物会在水流作用下，向膜表面进行富集和压缩，为减缓膜表面污堵物的粘附，通常采用曝气措施，利用大气泡的上浮错流切力，将表层的粘附物质剥离。但是由于活性污泥的絮体大小受曝气强度的影响，曝气强度不能过大，因为过度曝气会导致絮体粒径减小，如果絮体粒径过小，即使MBR膜池内有空气和水冲刷，也无法避免细小的絮体更容易进入MBR的过滤孔隙中，仍然会造成MBR膜堵塞，因此单靠曝气改善MBR膜污堵效果并不理想，本发明通过在MBR膜处理过程中投加钠基膨润土和聚季铵盐，通过两者配合，将絮体粒径控制在60-120μm，再配合曝气措施，可有效延缓MBR膜污堵，延长MBR膜的清洗周期，提高系统的污水处理能力和处理效果。

在生化处理及MBR膜处理过程中，活性污泥微生物会在表层分泌胞外多聚物，该胞外多聚物具有双层结构，表现为内层疏水性和外层亲水性的双重性质。位于外层的有机物物质高度亲水特性，含量过高时，阻止细胞、絮体接近，使絮体变得松散、微小絮体多，对MBR膜污堵产生不良影响。本发明利用聚季铵盐的杀菌性破坏外层的亲水性结构，将内层的疏水性结构外露，调节活性污泥微生物表层结构，使污泥的絮体结构更容易团聚、絮凝，并且可更好的吸附上清液中的溶解性有机胶体物质，同时加入钠基膨润土，钠基膨润土的细小颗粒具有出色的吸附架桥作用，能吸附水中的细小悬浮体和水中溶解的有机胶体物质，利用其较强的吸附性和粘结性，与聚季铵盐协同配合，将活性污泥的絮体粒径控制在合适范围内，再通过曝气可有效减缓MBR膜表层被细小絮体、自由溶解性胶体富集堵塞的风险。

本发明所用钠基膨润土相比其他膨润土离解性能更好，助凝效果更强，并且不会影响水的硬度，采用钠基膨润土与聚季铵盐配合，絮体粒径控制效果更好。

在本发明的一些具体实施方式中，步骤S2中，钠基膨润土的加入量为0.03-0.08g/g活性污泥固体物质量，例如，钠基膨润土的加入量可以为0.03g/g活性污泥固体物质量、0.04g/g活性污泥固体物质量、0.05g/g活性污泥固体物质量、0.06g/g活性污泥固体物质量、0.07g/g活性污泥固体物质量、0.08g/g活性污泥固体物质量中的任一点值或任两个点值组成的范围值。

钠基膨润土用量过少，活性污泥的絮体粒径小，无法达到合适的粒径范围，容易产生膜污堵；钠基膨润土用量过多，絮体粒径过大，又会导致比表面积降低，减小微生物与水的接触，水处理效果会降低，因此，需要合理控制钠基膨润土的用量。

在本发明的一些具体实施方式中，步骤S2中，聚季铵盐的加入量为0.02-0.06mg/g活性污泥固体物质量，例如，聚季铵盐的加入量可以为0.02mg/g活性污泥固体物质量、0.03mg/g活性污泥固体物质量、0.04mg/g活性污泥固体物质量、0.05mg/g活性污泥固体物质量、0.06mg/g活性污泥固体物质量中的任一点值或任两个点值组成的范围值。

聚季铵盐用量过少无法达到调节活性污泥微生物表层胞外多聚物结构的作用，絮体结构不易团聚，粒径难以达到合适范围；聚季铵盐用量过多，杀菌性强，可能会杀灭活性污泥中的微生物，导致系统崩溃，因此，需合理控制聚季铵盐的用量。

在本发明的一些具体实施方式中，步骤S2中，曝气采用的气体是空气，MBR膜处理过程的溶解氧浓度为2-6mg/L，例如，可以为2mg/L、3mg/L、4mg/L、5mg/L、6mg/L中的任一点值或任两个点值组成的范围值。

溶解氧浓度与曝气强度有关，而活性污泥絮体大小又受曝气强度影响，当过度曝气时，会造成活性污泥絮体变小，即使MBR膜池内有空气和水冲刷，也无法避免细小的絮体更容易进入MBR的过滤孔隙中；曝气强度过小，又会降低其对膜表面粘附物的剥离作用；因此，曝气强度需要根据MBR膜池内絮体粒径的变化情况与絮体大小进行平衡，将溶氧量保持在2-6mg/L范围内，既能保持曝气上浮错流切力的效果，又能保障絮体处于适宜的粒径范围内，减少小絮体进入膜过滤孔隙的情况。

在本发明的一些具体实施方式中，步骤S1中，碳氮比C/N≥100：4，例如，C/N可以为100：4、100：3.5、100：3中的任一点值或任两个点值组成的范围值。

当来水中可降解有机物比例低时，活性污泥的生化细菌由于缺乏食物、氧气，容易进入内源呼吸状态，如果不加以控制细菌将进入衰退，甚至自溶。死亡或者自溶的细菌释放出的有机物和胶体，将加速MBR膜的堵塞，造成系统无法运行，大幅缩短运行周期。本发明通过控制碳氮比C/N≥100：4，使水中的可降解有机物满足活性污泥中细菌的活性需求，可避免因细菌内源呼吸导致的MBR膜堵塞。

在本发明的一些具体实施方式中，步骤S1中，生化处理过程的溶解氧浓度为2-6mg/L，例如，可以为2mg/L、3mg/L、4mg/L、5mg/L、6mg/L中的任一点值或任两个点值组成的范围值；控制生化处理过程中溶解氧浓度的主要目的是使水中的活性污泥细菌处于适宜的环境，增加活性污泥中生化细菌的活性，同时不会因过度曝气导致絮体粒径过小。

在本发明的一些具体实施方式中，步骤S1中，在生化处理前还包括除硬处理，除硬处理包括以下步骤：向污水中加入除硬药剂，去除钙离子，经沉淀后进行中和处理。硬度较高的污水容易结构，而无机盐结垢物也会导致MBR膜堵塞，因此，对于硬度较高的污水，需要先进行除硬处理，去除污水中的钙离子，避免结垢造成的污堵；通常情况下，以碳酸钙计，进水硬度建议不超过300mg/L，当进水硬度大于300mg/L时需预先进行除硬处理。

在本发明的一些具体实施方式中，除硬药剂可以为碳酸钠。

如图1所示，本发明的第二方面提供了一种改善MBR膜堵塞的污水处理系统，适用于前述实施方式中任一项所述的改善MBR膜堵塞的污水处理方法，包括依次连接的生化反应器2、MBR膜反应器3和自吸泵4，MBR膜反应器3的进水管路上设有钠基膨润土加药装置31和聚季铵盐加药装置32，MBR膜反应器3内设有第一曝气管33，第一曝气管33与第一曝气风机5连接，第一曝气管33上设有第一调节阀331。

生化反应器2用于进行生化处理，经生化反应器2处理后的污水进入MBR膜反应器3进行泥水分离，通过钠基膨润土加药装置31和聚季铵盐加药装置32向MBR膜反应器3的进水中加入钠基膨润土和聚季铵盐，利用聚季铵盐对活性污泥微生物表层的胞外多聚物进行结构改性，使其易于团聚，同时利用钠基膨润土优异的吸附性能使细小絮体团聚，将活性污泥絮体粒径控制在合适范围内，通过第一曝气风机5和第一曝气管33向MBR膜反应器3中曝气，同时利用第一调节阀331调节曝气量，使曝气强度能保持曝气上浮错流切力效果的同时能保障絮体处于合适的粒径范围内；在一些实施方式中，第一调节阀331可以为电动调节阀。

在本发明的一些具体实施方式中，生化反应器2上设有碳源加药装置21，用于向生化反应器2中投加碳源，避免活性污泥微生物由于缺乏食物而进入内源呼吸状态，生化反应器2内设有第二曝气管22，第二曝气管22与第二曝气风机6连接，第二曝气管22和第二曝气风机6用于向生化反应器2内曝气，使溶解氧含量能满足活性污泥中微生物的活性需求，第二曝气管22上设有第二调节阀221，用于调节生化反应器2中的曝气量，在一些实施方式中，第二调节阀221可以为电动调节阀。

如图2所示，在本发明的一些具体实施方式中，生化反应器2的上游还设有反应沉淀池1，反应沉淀池1上设有除硬药剂加药装置11，用于向反应沉淀池1的进水中添加除硬药剂，以去除钙镁离子，避免形成无机结垢物造成MBR膜污堵，反应沉淀池1的出水口设有中和药剂加药装置12，用于添加酸，将污水调节至中性或近中性，使污水处于合适的PH满足系统去除COD、脱氮的反应需求。

下面结合具体实施例，对本发明的一些实施方式作详细说明。实施例中所采用的原料物质，如无特殊说明均可通过市售购买得到。

实施例1

待处理污水的水质为：水样1：PH为7.2，COD为450mg/L，钙离子为200mg/L(以碳酸钙计，硬度为500mg/L)，总氮20mg/L。

污水处理方法如下：

(1)除硬处理：向污水中投加碳酸钠212mg/L，使污水中钙离子与碳酸钠反应形成碳酸钙并通过沉淀池沉淀去除，以降低污水的硬度，并在出水处投加盐酸，将污水pH调节至7-9。

(2)生化处理：除硬后的污水进入生化处理器进行生化处理，投加乙酸钠96.15mg/L(乙酸钠的BOD5当量为0.52,0.52mgBOD5/mg乙酸钠)，使碳氮比C/N达到100:4，通过第二曝气风机和第二曝气管向生化反应器内曝气，使水中溶解氧浓度为2mg/L。

(3)MBR膜处理：经生化处理后的污水进入MBR膜反应器进行MBR膜处理，向MBR膜反应器的进水处投加钠基膨润土0.03g/g活性污泥固体物质量和聚季铵盐0.02mg/g活性污泥固体物质量，并通过第一曝气风机和第一曝气管向MBR膜反应器中曝气，使水中的溶解氧浓度为2mg/L。

实施例2

待处理污水的水质同实施例1_。

污水处理方法如下：

(1)除硬处理：同实施例1

(2)生化处理：除硬后的污水进入生化处理器进行生化处理，投加乙酸钠230.77mg/L(乙酸钠的BOD5当量为0.52，0.52mgBOD5/mg乙酸钠)，使碳氮比C/N达到100:3.5，通过第二曝气风机和第二曝气管向生化反应器内曝气，使水中溶解氧浓度为2mg/L。

(3)MBR膜处理：经生化处理后的污水进入MBR膜反应器进行MBR膜处理，向MBR膜反应器的进水处投加钠基膨润土0.03g/g活性污泥固体物质量和聚季铵盐0.02mg/g活性污泥固体物质量，并通过第一曝气风机和第一曝气管向MBR膜反应器中曝气，使水中的溶解氧浓度为2mg/L。

实施例3

待处理污水的水质同实施例1_。

污水处理方法如下：

(1)除硬处理：同实施例1

(2)生化处理：除硬后的污水进入生化处理器进行生化处理，投加乙酸钠403.85mg/L(乙酸钠的BOD5当量为0.52，0.52mgBOD5/mg乙酸钠)，使碳氮比C/N达到100:3，通过第二曝气风机和第二曝气管向生化反应器内曝气，使水中溶解氧浓度为2mg/L。

(3)MBR膜处理：经生化处理后的污水进入MBR膜反应器进行MBR膜处理，向MBR膜反应器的进水处投加钠基膨润土0.03g/g活性污泥固体物质量和聚季铵盐0.02mg/g活性污泥固体物质量，并通过第一曝气风机和第一曝气管向MBR膜反应器中曝气，使水中的溶解氧浓度为2mg/L。

实施例4

实施例4与实施例2类似，区别仅为：步骤(3)中，钠基膨润土的添加量为0.05g/g活性污泥固体物质量，其余条件均与实施例2相同。

实施例5

实施例5与实施例2类似，区别仅为：步骤(3)中，钠基膨润土的添加量为0.08g/g活性污泥固体物质量，其余条件均与实施例2相同。

实施例6

实施例6与实施例2类似，区别仅为：步骤(3)中，聚季铵盐的添加量为0.04mg/g活性污泥固体物质量，其余条件均与实施例2相同。

实施例7

实施例7与实施例2类似，区别仅为：步骤(3)中，聚季铵盐的添加量为0.06mg/g活性污泥固体物质量，其余条件均与实施例2相同。

实施例8

实施例8与实施例2类似，区别仅为：步骤(2)(3)中，溶解氧控制在4mg/L，其余条件均与实施例2相同。

实施例9

实施例9与实施例2类似，区别仅为：步骤(2)(3)中，溶解氧控制在6mg/L，其余条件均与实施例2相同。

对比例1

对比例1与实施例2类似，区别仅为：步骤(1)中，未加碳酸钠，不去除硬度，其余条件均与实施例2相同。

对比例2

对比例2与实施例2类似，区别仅为：步骤(3)中，未加入钠基膨润土，其余条件均与实施例2相同。

对比例3

对比例3与实施例2类似，区别仅为：步骤(3)中，未加入聚季铵盐，其余条件均与实施例2相同。

对比例4

对比例4与实施例2类似，区别仅为：步骤(3)中，将钠基膨润土替换成等量的钙基膨润土，其余条件均与实施例2相同。

试验例

测试按各实施例和各对比例中条件处理后，MBR膜反应器中的絮体粒径、运行初期的跨膜压差以及运行3周后的跨膜压差，结果见表1。

表1

由表1中的数据可知，在曝气的情况下，加入钠基膨润土和聚季铵盐有助于改善MBR膜的污堵情况，并且碳氮比、钠基膨润土和聚季铵盐的用量、曝气强度及污水硬度均会影响MBR膜的污堵情况。具体而言，由有实施例2和对比例2-3对比可知，加入钠基膨润土和聚季铵盐，在改善污泥絮体大小及形态上，具有良好效果，能实现减缓MBR膜的堵塞的效果；由实施例2和对比例4对比例可知，钠基膨润土在改善污泥絮体大小及形态上，优于钙基膨润土的处理效果；由实施例2和对比例1对比可知，在污水硬度过高时，通过去除水中的硬度，可减缓结垢物质在膜表面的附着，实现减缓MBR膜的堵塞的效果；由实施例1-3中的数据可知，水中COD与TN的比值过大或过小均会影响MBR膜堵塞的改善情况，需控制在合理范围内，才能有效减缓MBR膜堵塞；由实施例2与实施例4-5中的数据对比可知，水中投加适量的钠基膨润土，能提高污泥的絮凝效果，有利于使絮体控制在合理大小，实现减缓MBR膜的堵塞的效果，钠基膨润土用量过高或过低均会降低改善效果；由实施例3与实施例6-7中的数据对比可知，聚季铵盐的投加量过大或过小均会影响MBR膜堵塞的改善效果，只有合理控制聚季铵盐的用量，才能较好地改善细胞表层胞外有机物的亲水特性，使絮体粒径控制在合理大小，有效减缓MBR膜堵塞；由实施例2和实施例8-9对比可知，适度的控制溶解氧含量，控制曝气强度，能保持絮体粒径大小合适，实现减缓MBR膜的堵塞的效果。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。

Claims (10)

1.一种改善MBR膜堵塞的污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.生化处理，利用活性污泥中微生物的生物降解作用分解污水中的污染物；

S2.MBR膜处理，将经过所述生化处理后的污水进行MBR膜处理，实现泥水分离，在MBR膜处理过程中加入钠基膨润土和聚季铵盐，并进行曝气，将污泥的絮体粒径控制在60-120μm。

2.根据权利要求1所述的改善MBR膜堵塞的污水处理方法，其特征在于，所述钠基膨润土的加入量为0.03-0.08g/g活性污泥固体物质量。

3.根据权利要求1所述的改善MBR膜堵塞的污水处理方法，其特征在于，所述聚季铵盐的加入量为0.02-0.06mg/g活性污泥固体物质量。

4.根据权利要求1所述的改善MBR膜堵塞的污水处理方法，其特征在于，步骤S2中，所述曝气采用的气体是空气，MBR膜处理过程的溶解氧浓度为2-6mg/L。

5.根据权利要求1所述的改善MBR膜堵塞的污水处理方法，其特征在于，步骤S1中，碳氮比C/N≥100：4。

6.根据权利要求1所述的改善MBR膜堵塞的污水处理方法，其特征在于，步骤S1中，所述生化处理过程的溶解氧浓度为2-6mg/L。

7.根据权利要求1所述的改善MBR膜堵塞的污水处理方法，其特征在于，步骤S1中，在所述生化处理前还包括除硬处理，所述除硬处理包括以下步骤：向污水中加入除硬药剂，去除钙镁离子，经沉淀后进行中和处理。

8.一种改善MBR膜堵塞的污水处理系统，其特征在于，适用于权利要求1-7任一项所述的改善MBR膜堵塞的污水处理方法，包括依次连接的生化反应器、MBR膜反应器和自吸泵，所述MBR膜反应器的进水管路上设有钠基膨润土加药装置和聚季铵盐加药装置，所述MBR膜反应器内设有第一曝气管，所述第一曝气管与第一曝气风机连接，所述第一曝气管上设有第一调节阀。

9.根据权利要求8所述的改善MBR膜堵塞的污水处理系统，其特征在于，所述生化反应器上设有碳源加药装置，所述生化反应器内设有第二曝气管，所述第二曝气管与第二曝气风机连接，所述第二曝气管上设有第二调节阀。

10.根据权利要求8所述的改善MBR膜堵塞的污水处理系统，其特征在于，所述生化反应器的上游还设有反应沉淀池，所述反应沉淀池上设有除硬药剂加药装置，所述反应沉淀池的出水口设有中和药剂加药装置。