专利名称：一种适用于生活污水处理动态膜自流出水固液分离方法
技术领域：
本项发明涉及ー种适用于生活污水处理动态膜自流出水固液分离方法，可实现重カ驱动下动态膜自流出水，无需动カ设备作用，节省能耗，属于生活污水处理领域新型膜固液分离技术。
背景技术：
由膜分离与生物反应器相结合而形成的新型膜生物反应器凭借其出水水质可靠，操作方式便捷及结构紧凑、占地面积小等优点，被认为是21世纪最有发展前景的污水处理与回用技术之一。浸没式膜生物反应器结合膜技术与生物反应器技术是高效污水处理系统的一个新亮点。但浸没式膜生物反应器在大型污水处理中应用的实例不多，造成这种现状的原因主要是过高的运营成本、能耗消耗高、膜通量的下降以及某些不确定因素导致的运行和操作的困难等。需要对其进行深入研究和改进，使其在更广阔领域的实际工程中得以推广和应用。动态膜技术是分离膜中比较特殊的ー种，利用待过滤混合液中颗粒物在大孔支撑体表面形成的滤饼来起到固液分离作用。动态膜生物反应器是使用大孔径网膜代替传统膜生物反应器中的微滤或超滤膜，利用运行过程中在大孔径网膜表面形成的污泥层起到截留作用的ー种新エ艺。该エ艺保留了传统膜生物反应器的优点，同时大幅降低了膜组件的造价，膜污染更容易得到有效控制。根据膜组件放置方式的不同，可将膜生物反应器分为分体式和一体式两种。分体式系统的膜通量较高，膜组件易于清洗维护，但能耗较高；一体式系统的能耗低，但清洗维护困难。本发明结合了分体式膜组件清洗维护方便和一体式能耗低的优点，构建一体式重力出流式动态膜固液分离方法，将大孔不锈钢网支撑体(平板式或管式)作为膜组件浸没于生物反应装置内，利用反应装置内液位与出水ロ之间的液位差驱动动态膜过滤出水，省去了出水抽吸泵，大大降低了能耗；同时也可降低生物反应装置内污泥颗粒向膜表面迁移的速度，減少污泥颗粒在膜表面沉淀，从而延缓膜污染发生的时间。此外，膜组件下方的曝气不仅提供微生物消耗的氧源，所产生的气泡对膜表面进行冲刷作用，在一定程度上减缓了膜表面的污染。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种适用于城市污水处理动态膜自流出水固液分离方法，该方法利用反应装置内浸没式膜组件上部液面与出水ロ之间的液面水位差所形成的固定重力作用水头进行固液分离出水，从而简化操作，节约能耗。本发明的目的在于克服城市污水处理中膜生物反应器动力能耗高的不足，开发ー种适用于生活污水处理的动态膜自流出水固液分离方法，通过向活性污泥中投加具有良好透水性能的粉体颗粒(如粉末烧结硅藻土、粉末活性炭等)，形成生物強化粉体混合液，改善活性污泥结构；结合动态膜分离技术，极大改善了动态膜泥饼的过滤透水能力；可以实现利用反应装置内浸没式动态膜组件上部液面与出水ロ之间的液面水位差所形成的固定重力作用水头驱动动态膜组件(平板式或管式)进行固液分离出水，无需外加动力作用，运行操作简便且能耗低。本发明提出的适用于生活污水处理动态膜自流出水固液分离方法，所述方法分为生物強化粉体首次投加自生培养启动阶段和生物強化粉体混合液培养成熟后的装置稳定运行阶段；前述两个阶段中均包含动态膜重力预涂、动态膜重力过滤出水和动态膜空气反冲洗三个阶段，采用生物強化粉体颗粒在动态膜组件表面形成动态膜进行固液分离，所述动态膜组件浸没式安装在动态膜生物反应装置中，鼓风机通过曝气管向动态膜生物反应装置底部曝气，曝气管位于动态膜组件下方，搅拌机插入动态膜生物反应装置内，进水泵通过 管道和阀门连接动态膜生物反应装置上部一端进水ロ，并通过继电器控制进水方式，进水ロ高于动态膜生物反应装置内液面，动态膜生物反应装置内浸没式动态膜组件上部液面与出水ロ之间的液面水位差所形成固定重力作用水头；具体步骤如下
(O生物強化粉体首次投加自生培养启动阶段
向位于动态膜生物反应装置内的MLSS浓度为4900-5100mg/L的城市污水厂活性污泥中投加粉体颗粒改善活性污泥混合液特性，并作为微生物载体，采用微生物自生培养法培养生物強化粉体颗粒；粉体颗粒投加第一天，向动态膜生物反应装置内一次投加5000mg/L粉体颗粒，此阶段内进水、出水采用连续流运行方式，控制动态膜生物反应装置内溶解氧浓度为2-3mg/L，水力停留时间8-10小时；通过开始添加的活性污泥和未培养好的硅藻土/活性炭在动态膜组件表面形成动态膜进行过滤出水，完成动态膜组件的预涂过程；经过10-15天的培养驯化，动态膜生物反应装置内的MLSS浓度维持在10000-12000 mg/L,生物強化粉体混合液形成；之后，装置进入稳定运行阶段；在整个生物強化粉体首次投加自生培养启动阶段内，动态膜连续出水运行过程包括动态膜重力预涂、动态膜重力过滤出水和动态膜空气反冲洗；粉末颗粒为10-35微米粉末烧结硅藻土或40-80微米粉末活性炭；
(2)生物強化粉体混合液培养成熟后的动态膜稳定运行阶段
进水、出水均采用连续流运行方式，进水通过进水泵先经动态膜生物反应装置中的生物強化烧结硅藻土混合液进行降解，控制动态膜生物反应装置溶解氧浓度为O. 5-1. Omg/L,污泥龄控制在28-32d，根据物料平衡计算需要补充的粉体颗粒重量；此阶段内生物強化粉体动态膜运行过程包括动态膜重力预涂、动态膜重力过滤出水和动态膜空气反冲洗；
其中生物強化粉体首次投加自生培养启动阶段和生物強化粉体混合液培养成熟后的动态膜稳定运行阶段均包括动态膜重力预涂、动态膜重力过滤出水和动态膜空气反冲洗，具体操作如下
1)动态膜重力预涂
动态膜预涂时，动态膜组件开始在真空泵抽吸作用下出水，之后动态膜组件在固定重力作用水头驱动下持续出水；生物強化粉体首次投加自生培养启动阶段通过未完全培养好的生物強化粉体混合液在动态膜组件表面形成动态膜，预涂时间为15-20min ;生物強化粉体混合液培养成熟后的动态膜稳定运行阶段生物強化粉体混合液逐渐被支撑网截留形成动态膜，动态膜预涂完成持续15-20min ；
2)动态膜重力过滤出水
动态膜预涂结束后，通过管道阀门切換，进入动态膜重力过滤出水阶段，在反应装置内浸没式动态膜组件上部液面与出水ロ之间 的液面水位差所形成固定重力作用水头驱动下，保证形成的生物強化粉体动态膜可以自流过滤出水；因投加粉体颗粒不同和采用的动态膜组件结构的差异，动态膜重力过滤自流出水时通量会有不同，一般控制动态膜组件的単位面积膜过滤通量稳定在20L/m2 h-60L/m2 h以上，连续运行时间超过120h以上；
动态膜过滤过程中，动态膜表面的错流由支撑体底部曝气方式形成，为混合液充氧并同时控制动态膜厚度的增长。气水比根据需氧量计算确定，最少不低于I : I。3)动态膜空气反冲洗
当动态膜重力过滤出水通量下降到预先设定值(投加粉末烧结硅藻土颗粒时40L/m2h-60L/m2 h ;投加粉末活性炭颗粒时15L/m2 h_30L/m2 h)吋，需对动态膜进行反冲洗，采用空气反冲洗时间I min-2 min、进气压力9. 8_49 kPa,可使动态膜完全脱落；动态膜组件不需要定期化学清洗；控制和操作可以全程自动化控制。本发明中，采用180-200目不锈钢网或尼龙网作为动态膜组件，支撑体结构采用平板式或管式，根据设计通量计算确定所需支撑网总面积，井根据单只支撑网尺寸，选择支撑网组件数量。本发明中，采用透水性好的烧结硅藻土粉末或活性炭粉末作为微生物载体，提高动态膜泥饼的透水性能，从而实现固定重力水头作用下动态膜自流出水。本发明中，动态膜预涂时，动态膜组件开始在真空泵抽吸作用下出水，之后通过阀门切换，动态膜组件在固定重力作用水头驱动下持续出水，生物硅藻土 (或生物活性炭)混合液逐渐被支撑网截留形成动态膜。预涂期间的出水悬浮物浓度较高，需回流到反应器装置内。本发明中，所述重力作用水头高度为O. 2-0. 4米。与传统エ艺相比，本发明的突出优点
I.整套系统结合动态膜固液分离技术，系统结构简单紧凑、能耗低。2.反应装置中投加的具有良好透水性能的粉体颗粒(如粉末烧结硅藻土、粉末活性炭等)，极大改善了动态膜泥饼的过滤透水能力，可以实现在反应装置内浸没式动态膜组件上部液面与出水ロ之间的液面水位差所形成的固定重力作用水头驱动下，实现动态膜过滤自流出水，无需外加动力作用，省去传统的出水抽吸泵或间歇出水的控制单元，且具有作用水头低、过滤出水通量大和稳定运行时间长的特点；同时可作为微生物载体，极大程度上增强了微生物吸附与附着的场所，使反应器内微生物活性大大增强，提高污染物去除效果。3.膜组件采用大孔不锈钢网或尼龙网做支撑体，投资成本低、固液分离效果好；在重力水头作用下动态膜泥饼及大孔不锈钢网或尼龙网膜污染较轻、易控制、反冲洗方便。
图I为实施例Iエ艺流程图。图中标号1为动态膜生物反应装置；2为进水泵；3为搅拌机；4为动态膜组件；5为鼓风机；6为动态膜自流出水口 ；7时间继电器；H为反应装置内浸没式动态膜组件上部液面与出水ロ之间的液面水位差所形成的固定重力作用水头。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图进ー步说明本发明。实施例I
本实施例中城镇污水处理动态膜反应装置投加粉末烧结硅藻土改善混合液特性并作为微生物载体，混合液中MLSS浓度为10000mg/L，在液位压差为4 KPa下进行重力自流出水。具体实施方法如下
I.采用200目不锈钢网作为动态膜组件4的支撑体结构，支撑体结构采用管式，将管式动态膜组件4固定浸没于动态膜生物反应装置I内。2.动态膜预涂吋，由时间继电器7开始控制进水泵2不进水，支撑体开始在真空泵抽吸作用下出水，预涂出水回流至动态膜生物反应装置I内。之后时间继电器7控制开始 进水，混合液逐渐被支撑网截留形成动态膜，经过30min后，动态膜预涂完成。3.动态膜预涂结束后，通过管道阀门切换进入动态膜重力过滤出水阶段。在4 KPa固定重力水头作用下，实现动态膜自流出水。通量从最初开始预涂时高达2610 L/m2 h，经过30min预涂后衰减至930 L/m2 h,经过28h运行,通量可以稳定在65 L/m2 h,之后可以稳定运行至120h,且出水水质优。4.当通量开始低于65 L/m2 h时,需对动态膜进行反冲洗,采用空气反冲洗2min,进气压力20 kPa时可时动态膜泥饼完全脱落。实施例2
本实施例中城镇污水处理动态膜反应装置投加粉末烧结硅藻土改善混合液特性并作为微生物载体，混合液中MLSS浓度为10000mg/L，在液位压差为2 KPa下进行重力自流出水。具体实施方法如下
I.采用200目不锈钢网作为动态膜组件4的支撑体结构，支撑体结构采用管式，将管式动态膜组件固定浸没于反应装置内。2.动态膜预涂吋，由时间继电器7开始控制进水泵2不进水，支撑体开始在真空泵抽吸作用下出水，预涂出水回流至动态膜生物反应装置I内。之后时间继电器7控制开始进水，混合液逐渐被支撑网截留形成动态膜，经过30min后，动态膜预涂完成。3.动态膜预涂结束后，通过管道阀门切换进入动态膜重力过滤出水阶段。在2 KPa固定重力水头作用下，实现动态膜自流出水。通量从最初开始预涂时高达1440 L/m2 h，经过30min预涂后衰减至485 L/m2 h,经过48h运行,通量可以稳定在58 L/m2 h,之后可以稳定运行至120h,且出水水质优。4.当通量开始低于58 L/m2 h时，需对土动态膜进行反冲洗，采用空气反冲洗2min，进气压力20 kPa时可时动态膜泥饼完全脱落。实施例3
本实施例中城镇污水处理动态膜反应装置投加粉末活性炭改善混合液特性并作为微生物载体，混合液中MLSS浓度为12000mg/L，在液位压差为4 KPa下进行重力自流出水。具体实施方法如下
I.采用200目不锈钢网作为动态膜组件4，支撑体结构采用管式，将管式动态膜组件固定浸没于反应装置内。2.动态膜预涂吋，由时间继电器7开始控制进水泵不进水，支撑体开始在真空泵抽吸作用下出水，预涂出水由真空泵回流反应器装置。之后时间继电器控制开始进水，混合液逐渐被支撑网截留形成动态膜，经过30min后，动态膜预涂基本完成。3.动态膜预涂结束后，通过管道阀门切换进入动态膜重力过滤出水阶段。在4 KPa固定重力水头作用下，实现硅藻土动态膜自流出水。通量从最初开始预涂时高达450 L/m2h,经过30min预涂后衰减至112. 5 L/m2 h,经过32h运行,通量可以稳定在22. 5 L/m2 h,之后可以稳定运行至120h，且出水水质优。4.当通量开始低于22. 5 L/m2 h吋，需对动态膜进行反冲洗，采用空气反冲洗2min，进气压力20 kPa时可时动态膜泥饼完全脱落。实施例4
本实施例中城镇污水处理动态膜反应装置投加粉末活性炭改善混合液特性并作为微生物载体，混合液中MLSS浓度为12000mg/L，在液位压差为2 KPa下进行重力自流出水。具体实施方法如下
I.采用200目不锈钢网作为动态膜组件4，支撑体结构采用管式，将管式动态膜组件固定浸没于反应装置内。2.动态膜预涂吋，由时间继电器7开始控制进水泵不进水，支撑体开始在真空泵抽吸作用下出水，预涂出水回流至反应装置内。之后时间继电器控制开始进水，混合液逐渐被支撑网截留形成动态膜，经过30min后，动态膜预涂完成。3.动态膜预涂结束后，通过管道阀门切换进入动态膜重力过滤出水阶段。在2 KPa固定重力水头作用下，实现硅藻土动态膜自流出水。通量从最初开始预涂时高达315 L/m2h,经过30min预涂后衰减至64. 7 L/m2 h,经过69h运行,通量可以稳定在15. 2 L/m2 h,之后可以稳定运行至120h，且出水水质优。4.当通量开始低于15. 2 L/m2 h时,需对生物娃藻土动态膜进行反冲洗,采用空气反冲洗2min，进气压力20 kPa时可时动态膜泥饼完全脱落。
权利要求
1.一种适用于生活污水处理动态膜自流出水固液分离方法，其特征在于所述方法分为生物强化粉体首次投加自生培养启动阶段和生物强化粉体混合液培养成熟后的装置稳定运行阶段；两个阶段中均包含动态膜重力预涂、动态膜重力过滤出水和动态膜空气反冲洗三个阶段，采用生物强化粉体颗粒在动态膜组件表面形成动态膜进行固液分离，所述动态膜组件浸没式安装在动态膜生物反应装置中，鼓风机通过曝气管向动态膜生物反应装置底部曝气，曝气管位于动态膜组件下方，搅拌机插入动态膜生物反应装置内，进水泵通过管道和阀门连接动态膜生物反应装置上部一端进水口，并通过继电器控制进水方式，进水口高于动态膜生物反应装置内液面，动态膜生物反应装置内浸没式动态膜组件上部液面与出水口之间的液面水位差所形成固定重力作用水头驱动动态膜自流出水；具体步骤如下 (1)生物强化粉体首次投加自生培养启动阶段 向位于动态膜生物反应装置内的MLSS浓度为4900-5100mg/L的城市污水厂活性污泥中投加粉体颗粒改善活性污泥混合液特性，并作为微生物载体，采用微生物自生培养法培养生物强化粉体颗粒；粉体颗粒投加第一天，向动态膜生物反应装置内一次投加5000mg/L粉体颗粒，此阶段内进水、出水采用连续流运行方式，控制动态膜生物反应装置内溶解氧浓度为2-3mg/L，水力停留时间8-10小时；通过开始添加的活性污泥和未培养好的硅藻土/活性炭在动态膜组件表面形成动态膜进行过滤出水，完成动态膜组件的预涂过程；经过10-15天的培养驯化，动态膜生物反应装置内的MLSS浓度维持在10000-12000 mg/L,生物强化粉体混合液形成；之后，装置进入稳定运行阶段；在整个生物强化粉体首次投加自生培养启动阶段内，动态膜连续出水运行过程包括动态膜重力预涂、动态膜重力过滤出水和动态膜空气反冲洗；粉末颗粒为10-35微米粉末烧结硅藻土或40-80微米粉末活性炭； (2)生物强化粉体混合液培养成熟后的动态膜稳定运行阶段 进水、出水均采用连续流运行方式，进水通过进水泵先经反应装置中的生物强化烧结硅藻土混合液进行降解，装置溶解氧浓度为O. 5-1. Omg/L，污泥龄控制在28-32d，根据物料平衡计算需要补充的粉体颗粒重量；此阶段内生物强化粉体动态膜运行过程包括动态膜重力预涂、动态膜重力过滤出水和动态膜空气反冲洗； 其中生物强化粉体首次投加自生培养启动阶段和生物强化粉体混合液培养成熟后的动态膜稳定运行阶段动态膜固液分离均包括动态膜重力预涂、动态膜重力过滤出水和动态膜空气反冲洗，具体操作如下 1)动态膜重力预涂 动态膜预涂时，动态膜组件开始在真空泵抽吸作用下出水，之后动态膜组件在固定重力作用水头驱动下持续出水；生物强化粉体首次投加自生培养启动阶段通过未完全培养好的生物强化粉体混合液在动态膜组件表面形成动态膜，预涂时间为15-20min ;生物强化粉体混合液培养成熟后的动态膜稳定运行阶段生物强化粉体混合液逐渐被支撑网截留形成动态膜，动态膜预涂完成持续15-20min ； 2)动态膜重力过滤出水 动态膜预涂结束后，通过管道阀门切换，进入动态膜重力过滤出水阶段，在反应装置内浸没式动态膜组件上部液面与出水口之间的液面水位差所形成固定重力作用水头驱动下，保证形成的生物强化粉体动态膜可以自流过滤出水；因投加粉体颗粒不同和采用的动态膜组件结构的差异，动态膜重力过滤自流出水时通量会有不同，一般控制动态膜组件的单位面积膜过滤通量稳定在20L/m2 h-60L/m2 h以上，连续运行时间超过120h以上； 动态膜过滤过程中，动态膜表面的错流由支撑体底部曝气方式形成，为混合液充氧并同时控制动态膜厚度的增长；气水比根据需氧量计算确定，最少不低于I : I; . 3)动态膜空气反冲洗 当动态膜重力过滤出水通量下降到预先设定值时，即投加粉末烧结硅藻土颗粒时40L/m2 h-60L/m2 h ;投加粉末活性炭颗粒时15L/m2 h-30L/m2 h，需对动态膜进行反冲洗，采用空气反冲洗时间I min-2 min、进气压力9. 8-49 kPa，可使动态膜完全脱落；动态膜组件不需要定期化学清洗；控制和操作可以全程自动化控制。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于动态膜组件采用180-200目不锈钢网或尼龙网，支撑体结构采用平板式或管式。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述重力作用水头高度为O.2-0. 4米。
全文摘要
本发明提供一种适用于生活污水处理动态膜自流出水固液分离方法。通过向活性污泥中投加具有良好透水性能的粉体颗粒，形成生物强化粉体混合液，改善活性污泥结构；结合动态膜分离技术，极大改善了动态膜泥饼的过滤透水能力；可以实现利用反应装置内浸没式动态膜组件上部液面与出水口之间的液面水位差所形成的较低固定重力作用水头驱动动态膜组件进行固液分离出水，控制动态膜组件的单位面积膜过滤通量稳定在20L/m2h-60L/m2h以上，连续运行时间超过120h，无需外加动力作用；采用空气反冲洗时间1min-2min、进气压力9.8-49kPa，可使动态膜完全脱落；动态膜组件不需要定期化学清洗；控制和操作可以全程自动化控制。该动态膜固液分离技术可实现低液位水头压差下的自流出水，大大降低能耗、简化操作过程，且出水水质优。
文档编号C02F9/14GK102616986SQ201210076839
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月22日 优先权日2012年3月22日
发明者周雪飞, 张亚雷, 张海, 苑辉, 褚华强 申请人:同济大学