申请日2018.12.03
公开（公告）日2021.08.27
IPC分类号C02F3/12; C02F101/16
摘要
本发明涉及一种采用复合式MBR一体化处理生活污水的方法，该方法包括：a)闷曝：将生活污水置于一体式MBR的生物反应器中，投入软质活性生物悬浮填料，曝气使其流化，再接种活性污泥，闷曝后停止曝气并静置，排掉生物反应器中的悬浮污泥；b)挂膜：持续泵入生活污水并曝气使悬浮填料流化，间歇出水，至悬浮填料挂膜成熟，出水水质稳定；c)连续运行。所述软质活性生物悬浮填料是以聚氨酯海绵为基体经过亲水改性制备而成，具有良好的亲水性和生物相容性，极大的提高了挂膜速度，缩短了复合式MBR的启动时间，出水水质良好，处理效果佳；同时降低了膜组件的跨膜压差增长速度，延长膜组件的清洗周期和使用寿命，适合推广使用。
权利要求书
1.一种采用复合式MBR一体化处理生活污水的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a)闷曝：将生活污水置于一体式MBR的生物反应器中，投入软质活性生物悬浮填料，曝气使其流化，再接种活性污泥，控制混合液中溶解氧浓度为2.0-2.5mg/L，闷曝20-24h后停止曝气并静置40-50min，排掉生物反应器中的悬浮污泥；
b)挂膜：持续泵入生活污水并曝气使悬浮填料流化，控制混合液中溶解氧浓度为2.5-3.0mg/L，水力停留时间7-8h，间歇出水，抽停时间比按min计为(7-10):(2-3)，至悬浮填料挂膜成熟，出水水质稳定；
c)运行：持续泵入生活污水并曝气，控制混合液中溶解氧浓度为3.0-4.0mg/L，水力停留时间7-8h，间歇出水，抽停时间比按min计为(7-10):(2-3)，连续运行；
其中，所述软质活性生物悬浮填料是由包括以下步骤的方法制备的：
1)取三乙胺与二苯基甲烷二异氰酸酯分散在甲苯中制成混合液A，三乙胺与二苯基甲烷二异氰酸酯的质量比为1:(5.0-5.5)；将聚氨酯海绵基体浸入混合液A中，在50℃-55℃、搅拌条件下反应2.0-2.5h，取出、挤压脱液后清洗、干燥得接枝海绵A；
2)取微生物营养因子分散在水中制成质量浓度为1.0％-1.2％的混合液B；在1℃-3℃条件下，将步骤1)所得接枝海绵A浸入混合液B中，搅拌并保温反应30-40min，取出、挤压脱液后清洗、干燥得接枝海绵B；所述微生物营养因子为氨基葡萄糖与微生物生长因子的混合物，所述微生物生长因子为带有氨基的维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶、碱基中的任意一种或组合；
3)取三乙胺与丙烯酸分散于甲苯中制成混合液C，三乙胺与丙烯酸的质量比为1:(6.0-6.5)；将步骤2)所得接枝海绵B浸入混合液C中，在40℃-45℃、搅拌条件下反应10-12h；后在体系中加入丙烯酸与偶氮二异丁腈，丙烯酸与偶氮二异丁腈的质量比为1:(0.02-0.03)，升温至80℃-85℃、搅拌条件下反应2.0-2.5h，取出、挤压脱液后清洗、干燥，即得所述软质活性生物悬浮填料。
2.根据权利要求1所述的采用复合式MBR一体化处理生活污水的方法，其特征在于：所述一体式MBR所用膜组件为帘式中空纤维膜组件，膜孔径为0.01-0.3μm，过滤膜通量5-20L/(m2·h)。
3.根据权利要求1所述的采用复合式MBR一体化处理生活污水的方法，其特征在于：步骤a)中，所述软质活性生物悬浮填料的投料体积比为10％-30％。
4.根据权利要求1所述的采用复合式MBR一体化处理生活污水的方法，其特征在于：步骤a)中，接种活性污泥浓度为6.0-8.0g/L，接种量为生物反应器有效容积的30％-35％。
5.根据权利要求1所述的采用复合式MBR一体化处理生活污水的方法，其特征在于：步骤a)所述闷曝及步骤b)所述挂膜过程中，控制混合液的pH值为6.8-7.5。
6.根据权利要求1所述的采用复合式MBR一体化处理生活污水的方法，其特征在于：所述生活污水的CODCr≤1000mg/L，BOD5≤500mg/L，SS≤500mg/L。
7.根据权利要求1所述的采用复合式MBR一体化处理生活污水的方法，其特征在于：步骤1)中，所述聚氨酯海绵基体为立方体形或球形聚氨酯海绵，基体尺寸为10-100mm，密度为10-40kg/m3，孔隙率≥97％。
说明书
一种采用复合式MBR一体化处理生活污水的方法
技术领域
本发明属于复合式膜生物反应器技术领域，具体涉及一种采用复合式MBR一体化处理生活污水的方法。
背景技术
膜生物反应器(MBR)是将超滤、微滤膜分离技术与活性污泥法生物处理技术有机结合的污水处理新工艺，其原理是在生物反应器中利用大量的微生物(活性污泥)来有效降解有机污染物，用膜分离组件代替传统活性污泥法中的二沉池，从而提高固液分离效率，获得优质的出水。MBR的出水水质良好且稳定，几乎没有细菌和悬浮物，浊度近乎为零，可直接回用；同时MBR还具有占地面积小、抗负荷冲击能力强、生化效率高、排泥周期长、易实现自动化控制等优点，备受人们青睐。但是，MBR也存在不可避免的问题-膜污染致使维护费用高，制约了其应用和发展。
膜污染是指生物反应器内混合液中的微粒、胶体颗粒以及溶质大分子与膜存在物理、化学或机械作用，引起在膜表面或膜孔内吸附和沉积，造成膜孔径变小或堵塞，使膜通量及分离特性恶化的现象。膜污染主要由浓差极化、膜面吸附、膜孔堵塞及生物污染产生，在膜表面形成一层较厚的凝胶层与污泥沉积层，造成部分膜孔失去功能，膜出水通量下降。
MBR的基本结构包括进水系统、生物反应器、膜组件和自控系统。按照膜组件与生物反应器的相对位置，MBR分为分置式、一体式和复合式三种，其中分置式MBR是膜组件位于生物反应器外部，通过料液循环错流运行，容易操作管理，易于膜清洗更换，缺点是占地面积大，膜污染严重，运行成本高；一体式MBR是直接将膜组件置于生物反应器内并通过真空泵等抽吸得到过滤液，间断运行，能减少膜面污染和运行能耗；复合式MBR是基于一体式结构在生物反应器内加装填料，一方面为微生物提供载体，降低活性污泥的浓度，减小混合液的粘度，改善混合液的特性，另一方面通过填料与膜表面的摩擦作用和水流的剪切作用，防止和减少悬浮固体在膜表面形成滤饼层，减缓和控制膜污染。
现有技术中，复合式MBR所用悬浮填料的选取都是参照悬浮填料生物膜工艺进行的，分为硬质和软质两种，硬质悬浮填料一般以聚乙烯、聚丙烯材料为主，镂空圆柱状或圆球状，具有易于流化、孔隙发达、易于挂膜、性质稳定、价格低廉等特点，在曝气作用下填料处于流化状态，使得微生物与废水更好地接触，同时增加氧传质，但是硬质填料在流化过程中容易划碰损伤膜表面，造成出水水质恶化，同时还会严重切割破坏污泥絮体，产生大量的微小悬浮固体，易沉积在膜孔内造成不可逆膜污染。
软质悬浮填料一般是聚氨酯海绵或其他块状弹性材料，质地柔软，与膜碰撞不会损伤膜表面，也很少破坏污泥絮体，能有效降低膜污染阻力和跨膜压力，增加膜通量，延缓膜污染进程，提高膜组件的过滤性能。但是现有软质悬浮填料是由一般的聚氨酯海绵切割而成，亲水性和生物相容性不高，挂膜速度慢；在复合式MBR运行初期，从投加填料到填料完成挂膜时间过长，在此期间，不可逆膜污染及通量损失已经达到一定的程度，后期难以挽回。因此，如何提高软质悬浮填料的挂膜速度，缩短其在复合式MBR中的挂膜时间，提高污水处理效果，有效控制膜污染，是需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用复合式MBR一体化处理生活污水的方法，挂膜速度快，挂膜时间短，能快速稳定出水水质和控制膜污染，使用效果好。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种采用复合式MBR一体化处理生活污水的方法，包括以下步骤：
a)闷曝：将生活污水置于一体式MBR的生物反应器中，投入软质活性生物悬浮填料，曝气使其流化，再接种活性污泥，控制混合液中溶解氧浓度为2.0-2.5mg/L，闷曝20-24h后停止曝气并静置40-50min，排掉生物反应器中的悬浮污泥；
b)挂膜：持续泵入生活污水并曝气使悬浮填料流化，控制混合液中溶解氧浓度为2.5-3.0mg/L，水力停留时间7-8h，间歇出水，抽停时间比按min计为(7-10):(2-3)，至悬浮填料挂膜成熟，出水水质稳定；
c)运行：持续泵入生活污水并曝气，控制混合液中溶解氧浓度为3.0-4.0mg/L，水力停留时间7-8h，间歇出水，抽停时间比按min计为(7-10):(2-3)，连续运行；
其中，所述软质活性生物悬浮填料是由包括以下步骤的方法制备的：
1)取三乙胺与二苯基甲烷二异氰酸酯分散在甲苯中制成混合液A，三乙胺与二苯基甲烷二异氰酸酯的质量比为1:(5.0-5.5)；将聚氨酯海绵基体浸入混合液A中，在50℃-55℃、搅拌条件下反应2.0-2.5h，取出、挤压脱液后清洗、干燥得接枝海绵A；
2)取微生物营养因子分散在水中制成质量浓度为1.0％-1.2％的混合液B；在1℃-3℃条件下，将步骤1)所得接枝海绵A浸入混合液B中，搅拌并保温反应30-40min，取出、挤压脱液后清洗、干燥得接枝海绵B；所述微生物营养因子为氨基葡萄糖与微生物生长因子的混合物，所述微生物生长因子为带有氨基的维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶、碱基中的任意一种或组合；
3)取三乙胺与丙烯酸分散于甲苯中制成混合液C，三乙胺与丙烯酸的质量比为1:(6.0-6.5)；将步骤2)所得接枝海绵B浸入混合液C中，在40℃-45℃、搅拌条件下反应10-12h；后在体系中加入丙烯酸与偶氮二异丁腈，丙烯酸与偶氮二异丁腈的质量比为1:(0.02-0.03)，升温至80℃-85℃、搅拌条件下反应2.0-2.5h，取出、挤压脱液后清洗、干燥，即得所述软质活性生物悬浮填料。
所述一体式MBR所用膜组件为帘式中空纤维膜组件，膜孔径为0.01-0.3μm，过滤膜通量5-20L/(m2·h)。
步骤a)中，所述软质活性生物悬浮填料的投料体积比为10％-30％(软质活性生物悬浮填料占生物反应器有效容积的10％-30％)。
步骤a)中，接种活性污泥浓度为6.0-8.0g/L，接种量为生物反应器有效容积的30％-35％。
步骤a)所述闷曝及步骤b所述挂膜过程中，控制混合液的pH值为6.8-7.5。
所述生活污水的CODCr≤1000mg/L，BOD5≤500mg/L，SS≤500mg/L。
所述抽停时间比按min计为(7-10):(2-3)是指抽吸出水时间为7-10min，停止抽吸时间为2-3min，循环操作，间歇出水。
进一步的，在软质活性生物悬浮填料的制备方法中：
步骤1)中，所述聚氨酯海绵基体为立方体形、球形或缠丝螺旋形聚氨酯海绵，基体尺寸为10-100mm，密度为10-40kg/m3，孔隙率≥97％。
步骤1)所述混合液A中，二苯基甲烷二异氰酸酯的质量浓度为5.0％-5.5％。
步骤1)中，所述清洗是指用甲苯浸泡、清洗并挤压脱液；所述干燥是指在65℃-70℃条件下真空干燥。
步骤2)中，所用微生物营养因子为氨基葡萄糖与微生物生长因子的质量比为1:(1-1.2)的混合物。所述微生物生长因子为带有氨基的维生素、氨基嘌呤、氨基嘧啶的混合物，其中带有氨基的维生素的质量含量不低于50％。
优选的，所述微生物生长因子为B族维生素与6-氨基嘌呤、2-氨基嘧啶的混合物；所述维生素B与6-氨基嘌呤、2-氨基嘧啶的质量比为(0.5-0.7):0.25:0.25。
步骤2)中，所述清洗使用冷水洗，洗水温度不超过10℃；所述干燥采用真空冷干，干燥温度不超过10℃。所述洗水为去离子水。步骤2)中采用低温的原因是抑制海绵基体表面的异氰酸根与羟基或水的反应，从而促进其与带氨基的化合物的反应。
步骤3)所述混合液C中，丙烯酸的质量浓度为6.0％-6.5％。
步骤3)中，第二次加入丙烯酸的质量为第一次加入丙烯酸质量的60％-70％。
步骤3)中，所述清洗是指用甲苯浸泡、清洗并挤压脱液；所述干燥是指在65℃-70℃条件下真空干燥。
在制备软质活性生物悬浮填料过程中，每次浸渍改性时，浸渍物(海绵基体或接枝海绵)的堆集体积不超过混合液体积的50％。优选的，浸渍物(海绵基体或接枝海绵)的堆集体积为混合液体积的35％。
本发明所用的软质活性生物悬浮填料，以切割成悬浮填料尺寸大小的立体聚氨酯海绵为基体，对其进行亲水改性。首先，以甲苯为溶剂，在催化剂三乙胺存在的条件下，将聚氨酯海绵基体浸入二苯基甲烷二异氰酸酯溶液中，通过二苯基甲烷二异氰酸酯与聚氨酯硬段上的氨基甲酸酯键反应，使聚氨酯海绵的孔隙结构表面异氰酸根官能化，得到接枝海绵A；然后利用异氰酸酯与含氮氢键(N-H)化合物的反应活性及反应速度大于其与水的反应的原理，将异氰酸根官能化的接枝海绵A在较低温度(1℃-3℃)下浸入含有微生物营养因子混合液B中，微生物营养因子中的氨基葡萄糖与维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶、碱基中的任意一种或组合所带的氨基与异氰酸根反应键合，接枝到海绵基体上，从而占据一部分异氰酸根，得到接枝海绵B；接着，以甲苯为溶剂，在催化剂三乙胺存在的条件下，将接枝海绵B浸入含丙烯酸的混合液C中，将含双键的丙烯酸接枝到剩余部分的异氰酸根上，得到接枝海绵C；最后，再在体系上加入丙烯酸，在引发剂偶氮二异丁腈和高温的作用下，新加入的丙烯酸与已经接枝到海绵基体上的丙烯酸发生双键聚合，从而将聚丙烯酸接枝到海绵基体的孔隙结构表面形成亲水层，得到所述的软质活性生物悬浮填料。
本发明所用的软质活性生物悬浮填料中含有微生物营养因子，能引发和诱导微生物的快速生长和增殖，使微生物种群多样化，提高活性污泥中的微生物在聚氨酯海绵内部孔隙结构表面的蔓延和定植速度。该软质活性生物悬浮填料表面为聚丙烯酸亲水层，与微生物具有良好的相容性，将该悬浮填料置于水中时，水能很快浸润并占领其内部孔隙结构，排出多余气体，具有较好的流化效果。检测结果证明，本发明的亲水改性方法在聚氨酯海绵基体的孔隙结构表面接枝改性物质，并不会大幅改变悬浮填料的密度、高孔隙率和大比表面积等性质，不影响悬浮填料的基本使用性能；改性所得软质活性生物悬浮填料的表面接触角仅为10°-14°，属于强亲水范畴，与活性污泥的相容性好。所得软质活性生物悬浮填料接种活性污泥后，泥水中的微生物能很快随水流达到海绵内部的孔隙结构中定植并生长、繁殖，挂膜速度快，挂膜成熟需要的时间短，挂膜效果好。
本发明的复合式MBR一体化处理生活污水的方法，采用上述的软质活性生物悬浮填料，首先在生物反应器中投料和接种活性污泥后闷曝20-24h，使活性污泥驯化，微生物随泥水进入悬浮填料的孔隙结构内部，初步定植和增殖，在这期间控制混合液中溶解氧浓度为2.0-2.5mg/L，减小水流冲击作用，低溶解氧量促进悬浮填料挂膜的内层多为兼性/厌氧微生物定植，表层为兼性/好氧微生物，形成初始挂膜基础；闷曝结束后排掉生物反应器中的悬浮污泥，仅留已经进入或定植在悬浮填料上的污泥，可大幅度减少膜污染。在挂膜期间，控制混合液中溶解氧浓度为2.5-3.0mg/L，提高兼性/好氧微生物的活性，提高悬浮填料的挂膜速度，能尽快使得出水水质稳定。挂膜结束正式运行时，继续增大溶解氧量，维持生物反应器内较高的微生物活性和良好的出水水质。
经检测，本发明采用所制备的软质活性生物悬浮填料与一体式MBR相结合形成复合式MBR用于处理生活污水，挂膜天数在第9天时，CODCr的去除率已经达到97％左右，氨氮的去除率已经达到95％左右，此时生物反应器内挂膜已经成熟，出水水质稳定，可见本发明的复合式MBR一体化处理生活污水的方法的挂膜天数为9-10天；膜组件在第12天时的跨膜压差为24.65-25.04kPa，在第15天时的跨膜压差为25.99-26.36kPa，增长趋势明显放缓，与相同时期的对照组相比，跨膜压差仅为对照组的75％左右。实验结果表明，本发明所用的软质活性生物悬浮填料因其良好的亲水性和生物相容性，极大的提高了挂膜速度，缩短了挂膜时间和复合式MBR的启动时间，出水水质能较快的达到稳定且出水水质良好，处理效果佳；同时由于软质活性生物悬浮填料及其成熟微生物膜及时且较早的起到控制膜污染的作用，降低了复合式MBR的膜组件的跨膜压差增长，延长膜组件的清洗周期和使用寿命，降低运行和维护成本，适合推广使用。
（发明人：魏科峰）