专利名称：利用膜式生物反应器处理废水的方法
技术领域：
本发明涉及利用膜式生物反应器处理废水的方法。
已知在进行这种处理时，需要对来自反应器的生物污泥进行脱水操作，这些污泥事先经过了化学调理，以保证其絮凝作用。这种调理是使用聚合物，更一般地是使用聚合电解质来进行的，尤其是为了在澄清的间隙水中获得大体积、易于区分的絮凝物。脱水操作产生的液体流出物被再循环到膜式生物反应器的前部。
将该流出物返回到膜式生物反应器的前部所带来的主要风险是污泥脱水操作产生的这种流出物包含有较大残余量的聚合电解质，所述聚合电解质可能引起生物反应器的膜严重的，甚至是不可逆的堵塞。
当使用膜式生物反应器处理废水时，返回到前部的每日流量，即脱水操作产生的液体流出物的每日流量通常是城市废水供给的每日流量的1-5％，而且在处理工业废水时，有时甚至是高于10％的每日流量。
当污泥脱水处理操作和该脱水处理产生的液体流出物再循环到前部的操作是以间断方式进行时(情况常常如此)，脱水操作产生的流出物与生物反应器的废水进料之间的比例在一定情况下可能会非常高，从而进一步加重了水处理系统(filière)(即膜式生物反应器)的膜堵塞的风险。
为了克服这个缺点，本领域技术人员目前提出了两种解决方案1)避免堵塞的风险。在这种情况下，不允许液体流出物再循环到前部。对膜式生物反应器产生的污泥的处理因而被转移到了附近的常规站中。实际上，从系统地角度来讲，不可能在废水处理站的附近建立这样的污泥处理站，并且，无论如何，这种解决方案意味着当该站的规模非常大时，要转运的污泥量可能是难以接受的。
2)通过下述方式控制风险
a)尽可能减少用于调理进行脱水处理的污泥的聚合电解质的量(即配比量(dosage))，这是通过下述操作来实施的，即确保在离生物反应器膜最远的位置将污泥脱水处理产生的再循环液体流出物再次引入到生物反应器的前部，并且随着时间而分配这些再循环操作，以保证利用供给膜式生物反应器的废水进行最大可能的稀释。这尤其会导致需要提供在流出物再循环到前部之前用于临时储存该流出物的缓冲槽。
这种替代方案可以管理生物反应器膜堵塞的风险，但其不能消除在污泥处理时聚合电解质偶然过量的风险。由于返回到前部的物质中包含的残余聚合电解质的定量分析目前在技术上是复杂的，甚至是不可能的，因而这种风险变得更加难以控制。
b)对污泥脱水处理产生的流出物进行预处理，以破坏残余量的聚合电解质。但这种解决方案的缺点是非常昂贵，因为除去每升几毫克的残余量聚合电解质通常意味着要至少部分除去污泥脱水处理所产生的流出物的污染。因而，例如利用臭氧进行的残余量聚合电解质的氧化处理由于流出物的臭氧需求(有机物质的氧化)而需要非常大量且不经济的配比量。更普遍地，对这些流出物进行氧化处理还可能产生氧化副产物，该副产物通过水系统难以除去，如果所述水系统没有设计用于处理这类诱发的污染的话。
最后，在不存在真正“物理屏障”的情况下，目前提出的预处理操作不能完全消除水处理系统膜堵塞的风险。
假定这些膜被聚合电解质严重堵塞，本领域技术人员可能会采用化学洗涤操作来恢复膜的性能。但是，这些操作的效率是随机的，它们所采用的化学品对膜具有侵蚀性，这会损害其使用寿命。而且，这些操作牵扯到繁重、昂贵的维护，并导致一部分膜表面不可用，该膜表面因而不能再用来过滤废水。这种缺陷导致需要将膜过滤部分的尺寸过量。
因而，本发明确定的目的是允许来自污泥系统的流出物，即来自水系统的过量污泥的脱水步骤所产生的流出物再循环到用膜式生物反应器处理废水的设备中的水系统前部，同时完全消除水系统的膜被来自污泥系统的残余聚合电解质堵塞的风险。
因此，本发明涉及一种用膜式生物反应器处理废水的方法，包括污泥脱水步骤和该污泥脱水步骤产生的液体流出物再循环到生物反应器前部的步骤，其特征在于-将从生物反应器提取的生物污泥与污泥脱水步骤产生的液体流出物接触，这样，在所述流出物中在脱水步骤期间调理污泥用的聚合电解质的残余含量转移到了生物污泥中；-将该生物污泥与液体流出物分离，从而一方面获得无聚合电解质的液体流出物，另一方面获得载有聚合电解质的生物污泥；-将无聚合电解质的液体流出物再循环到膜式生物反应器的前部；并且-将载有聚合电解质的生物污泥输送到脱水步骤。
根据本发明，生物污泥与液体流出物的分离是通过在微过滤或超过滤膜上的过滤来实施的。通过选择明显小于在污泥脱水期间使用的聚合电解质的分子量的截止阈值，污泥系统的膜起到了真正物理屏障的作用，并且获得无痕量聚合电解质的流出物，该流出物可被再循环到水系统，即生物反应器的前部，而且不存在其膜堵塞的风险，载有聚合电解质的生物污泥或絮凝物被输送到污泥脱水步骤。
通过参考用于说明本发明非限制性实施方案的附图的以下描述，本发明的其它特征和优点将会更加清晰。在附图中-
图1是采用本发明方法的设备的示意图，并且-图2是类似于图1的示意图，用于表示本发明方法的一个实施方式。
在图1中，用1表示用于处理城市或工业废水的水系统，该系统包括膜式生物反应器。该设备包括水系统产生的污泥的脱水单元，其总体用编号4表示，其中注入调理污泥用的聚合电解质，该单元一方面获得脱水的污泥，另一方面获得用管道6排出的脱水流出物。
在接触器2中，来自水系统的过量污泥与通过管道6提供的脱水流出物接触。在此接触过程中，通过在远未达到饱和水平的吸附、吸收和絮凝作用，脱水流出物中含有的残余量聚合电解质从液相转移到了来自水系统的絮凝物或污泥中。固定聚合电解质的效率接近100％。
因而，本发明方法可以使从膜式生物反应器提取的大量的过量生物污泥(浓度约为8-12g/l)与在脱水流出物中存在的少量残余聚合电解质密切接触。在脱水单元4中聚合电解质的损耗可以接近初始配比量的10％，或者在过量的情况下更多。
接触器2例如可以是在DEGREMONT(第50版，1989)出版的MementoTechnique de l’Eau，第2卷，第638页中描述的“TURBACTOR”快速混合反应器。
随后通过过滤将生物污泥与液相分离，以获得通过管道7再循环到水系统前部的无聚合电解质的液体流出物，并获得通过管道5传送到脱水单元4的载有聚合电解质的生物污泥。如上所述，这种分离可通过在作为物理屏障的微过滤或超过滤膜上进行过滤来实施，从而获得无痕量聚合电解质的流出物。这种流出物因而可以被再循环至水系统中，而不存在其膜堵塞的风险。污泥系统的膜可具有任意几何形状(平面、管状、中空纤维)，可由任何合适的材料(有机或陶瓷材料)制造，并且可以具有任何操作配置(外部系统或者浸没系统)。
图2表示本发明方法的一个实施方案。在图2中示出了在此应用期间使用的设备的特征值以及所获得的数据。
通过查看该附图可以看到，在污泥脱水单元4中的聚合电解质的“流失”是200克/天。该残余聚合电解质被传送到接触器2中由水系统1产生的200千克生物污泥上，比例为1000。
装备在污泥系统中的膜3的表面积(60米2)只占水系统中生物反应器的膜表面积(2000米2)的3％。这意味着膜的偶发性堵塞的风险被限制在了处理设备总膜面积的3％。而且，将水系统1的膜和污泥系统的膜3分开的事实可以使污泥系统的膜的化学洗涤成为可能，同时不会降低水系统的过滤能力。考虑到该污泥系统的膜的小表面积，因而还可以在污泥系统上提供两套膜(一套用于操作，另一套用于洗涤或备用)；而由于生物反应器膜的大表面积，出于经济上的原因，这对于水系统来说显然是不可能的。
该图显示，再循环到水系统前部的脱水流出物不含聚合电解质，从而消除了水系统膜堵塞的任何风险。
而且，本发明可减少在脱水单元4中调理污泥时使用的聚合电解质的消耗。实际上，水系统产生的污泥的脱水作用所需的聚合电解质的配比量是10千克/TMeS。“流失”的聚合电解质再循环到脱水单元中(管道5)可以将聚合电解质的消耗降低10％，所述消耗因而是1.8千克/天，而不是2千克/天。
本发明所带来的优点尤其是以下这些-通过将少量聚合电解质传送到大量生物絮凝物中(比例为500-4000)，它可以控制由污泥脱水步骤产生的液体流出物的堵塞特性；-它确保再循环到水系统前部的液体流出物中不存在痕量聚合电解质，从而消除了该系统的膜堵塞的风险；-由于流失的聚合电解质再循环到来自水系统的污泥上(在其被调理之前)，因而它降低了在污泥脱水过程中的聚合电解质的配比量。
显然，本发明并不限于上面描述和示出的实施方案，而是包含了其所有的变化形式。
权利要求
1.用膜式生物反应器处理废水的方法，包括污泥脱水步骤和该污泥脱水步骤产生的液体流出物再循环到生物反应器前部的步骤，其特征在于-将从生物反应器(1)提取的生物污泥与污泥脱水步骤产生的液体流出物接触，这样，在所述流出物中在脱水步骤(4)期间调理污泥用的聚合电解质的残余含量转移到了生物污泥中；-将该生物污泥与液体流出物分离，从而一方面获得无聚合电解质的液体流出物，另一方面获得载有聚合电解质的生物污泥；-将无聚合电解质的液体流出物再循环到膜式生物反应器的前部；并且-将载有聚合电解质的生物污泥输送到脱水步骤。
2.权利要求1的方法，其特征在于生物污泥与液体流出物的分离是通过在微过滤或超过滤膜(3)上的过滤来实施的，所述膜的截止阈值明显小于在污泥脱水期间使用的聚合电解质的分子量。
全文摘要
本发明涉及用膜式生物反应器(1)处理废水的方法，包括污泥脱水步骤(4)和该污泥脱水步骤产生的液体流出物再循环到生物反应器前部的步骤(6，7)，其特征在于－将从生物反应器(1)提取的生物污泥与污泥脱水步骤产生的液体流出物(6)接触(在接触器(2)中)，这样，在所述流出物中在脱水步骤(4)期间调理污泥用的聚合电解质的残余含量转移到了生物污泥中；－将来自接触器(2)的生物污泥与液体流出物分离，从而一方面获得无聚合电解质的液体流出物(7)，另一方面获得载有聚合电解质的生物污泥(5)；－将无聚合电解质的液体流出物(7)再循环到膜式生物反应器(1)的前部；并且，－将载有聚合电解质的生物污泥(5)输送到脱水步骤。
文档编号C02F3/12GK1684913SQ03822787
公开日2005年10月19日 申请日期2003年9月23日 优先权日2002年9月24日
发明者C·朗格莱, M·科尔迪耶 申请人:底格里蒙公司