专利名称：用于改进膜生物反应器系统的方法
技术领域：
本发明涉及用于改进膜生物反应器系统的方法，更具体地，本发明涉及用于在膜生物反应器(MBR)系统中调节微生物混合液(mixed liquor)和改进通量的方法。
背景技术：
来自市政和工业设备的废水可通过在膜生物反应器(MBR)系统中生物学处理废水来澄清。在MBR中，微生物消耗在废水中溶解的有机化合物，并且膜从经处理的废水(或混合液)筛分悬浮的固体或生物质，以产生澄清的水。澄清的水的优化的输出取决于MBR系统的效率和膜的通量。在MBR系统中微生物的生物学群落的条件和品质将影响MBR的操作和混合液的过滤性。混合液中的物质(例如细胞外聚合物质、胶态和可溶性有机物质)可沉积在膜上，堵塞膜，并引起提高的膜阻抗和降低的通量。可将无机凝结剂和惰性颗粒添加剂加入到MBR系统中，以通过凝结和絮凝胶体和其它物质来调节混合液，其降低混合液中的可溶性物质并改进过滤性和膜通量。然而，这些添加剂可需要特定的和窄的pH范围，可提高污泥浓度，由处理添加剂颗粒的磨损性引起膜磨损，或者当处理添加剂本身在膜的孔中堵塞时，引起另外的膜堵塞。水溶性阳离子聚合物也可用于在MBR中调节混合液和增强膜通量。然而，对于有效处理需要大量的阳离子聚合物。需要持续的努力来开发和找到更加改进的和成本高效的水溶性处理添加剂，用于在MBR系统中调节混合液，以增强膜通量和改进MBR效率。发明概述
在一个实施方案中，在膜生物反应器中调节混合液的方法包括在混合液中分散处理添加剂，其中所述处理添加剂包括水溶性嵌段共聚物。在另一实施方案中，在膜生物反应器中改进通量的方法包括通过在混合液中分散处理添加剂来调节混合液，和使经调节的混合液通过膜，其中所述处理添加剂包括水溶性嵌段共聚物。在另一实施方案中，使废水澄清的方法包括将废水加入到膜生物反应器中，通过在氧存在下向废水中加入微生物来制备混合液，通过在混合液中分散处理添加剂来调节混合液，使用膜过滤经调节的混合液，以产生澄清的废水，所述处理添加剂包括水溶性嵌段共聚物。通过提高污泥膜通量的过滤性，减少膜清洁和降低来自与处理峰值流量相关的问题的风险，各种实施方案提供改进的MBR效率。通过允许使用较少的膜、较高的膜通量和减少的膜清洁来操作MBR，改进的效率可降低成本。发明详述 除非上下文明确说明另外的情况，否则单数形式“一个”、“一”和“该”包括复数对象。描述相同特征的所有范围的端点独立地可组合，并且包括所述端点在内。所有参考文献通过引用结合到本文中。与数量结合使用的修饰语“约”包括所述数值，并且具有上下文规定的含义(例如，包括与具有数量的测量相关的公差范围)。“任选的”或“任选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或者可能不发生，或者随后鉴定的材料可能存在或者可能不存在，并且该描述包括事件或情况发生或者材料存在的情况，以及事件或情况不发生或者材料不存在的情况。“水溶性”是指描述为水溶性的化合物(例如聚合物、嵌段共聚物或单体)可溶于水或水溶液。在一个实施方案中，术语“水溶性”是指所描述的化合物、嵌段共聚物或单体在水或水溶液中完全混溶。“水不溶性”是指描述为水不溶性的化合物(例如聚合物或单体)在水或水溶液中不溶或者溶解性差。在一个实施方案中，在膜生物反应器中调节混合液的方法包括在混合液中分散处理添加剂，其中所述处理添加剂包括水溶性嵌段共聚物。混合液或活性污泥可为以下的混合物:废水、用于降解废水中的有机材料的微生物、衍生自细胞物类的含有机物的材料、细胞副产物或废产物或细胞碎屑。混合液可含有胶态和粒状材料(生物质或生物固体)、可溶性分子或生物聚合物，例如多糖或蛋白质。MBR系统偶联生物学废水处理和膜过滤。MBR可为任何类型的MBR系统。在一个实施方案中，MBR系统包括膜和含有微生物的 生物反应器槽，其生物降解废水中的有机材料。生物反应器槽可为需氧槽或反应器，并且可包括其它类型的反应器，例如厌氧反应器、缺氧反应器或另外的需氧反应器。流入废水可泵送或重力流入生物反应器槽，在此与微生物接触，以在氧或通风存在下形成混合液。过量的活性污泥可泵送出生物反应器槽进入污泥容纳槽，以在生物反应器中保持恒定的污泥龄。氧供应或通风可通过鼓风机提供。在一个实施方案中，将混合液通过膜过滤，从系统排放澄清的水。混合液可在压力下通过膜，或者可在真空下通过膜取出。膜模块可浸没在生物反应器槽中或包含在单独的膜槽中，废水从生物反应器槽连续泵送至该槽中。膜可为具有外壳微滤器或超滤器的空心纤维或平板(堆叠)微滤器或超滤器。膜材料可包括但不限于氯化聚乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚乙烯醇(PVA)、乙酸纤维素(CA)、再生纤维素(RC)以及无机物，例如金属和陶瓷。在一个实施方案中，混合液使用处理添加剂的分散体来调节。通过凝结和絮凝混合液中的可溶性有机化合物以防止膜积垢，处理添加剂增强膜通量。处理添加剂可包括水溶性嵌段共聚物。水溶性嵌段共聚物可包括水溶性单体和水不溶性单体。嵌段共聚物可包括与得自一种或多种水溶性单体的聚合的聚合物链连接的得自疏水性或水不溶性单体的聚合的聚合链段。在一个实施方案中，嵌段共聚物含有两个在下式中所示的链段:
-[E]-[D]-
其中E为得自一种或多种疏水性单体或水不溶性单体的聚合的聚合链段，D为得自一种或多种水溶性单体的聚合的聚合链段。疏水性聚合物为水不溶性的，并且可通过一种或多种疏水性单体的沉淀或乳液聚合技术来制备。在一个实施方案中，疏水性单体包括但不限于烷基丙烯酸酯、烷基甲基丙烯酰胺、烷基丙烯酰胺、烷基甲基丙烯酸酯、烷基苯乙烯、烯属不饱和羧酸的高级烷基酯、烯属不饱和羧酸的烧基芳基酯、烯属不饱和酰胺、乙烯基烧基化物(vinyl alkylate)(其中所述烷基具有至少8个碳原子，例如月桂酸乙烯酯和硬脂酸乙烯酯)、乙烯基烷基醚(例如十二烷基乙烯基醚和十六烷基乙烯基醚)、N-乙烯基酰胺，例如N-乙烯基和乙烯基烷基醚，和芳基烷基(例如叔丁基苯乙烯)。烯属不饱和羧酸的高级烷基酯包括但不限于丙烯酸烷基十二烧基酷、甲基丙稀酸十_二烧基酷、丙稀酸十二烧基酷、甲基丙稀酸十二烧基酷、丙稀酸十八烷基酯、甲基丙烯酸十八烷基酯、马来酸酐的乙基半酯、马来酸二乙酯和衍生自具有8-20个碳原子的链烷醇与烯属不饱和羧酸(例如丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐、富马酸、衣康酸和乌头酸)的反应的其它烷基酯。烯属不饱和羧酸的烷基芳基酯包括但不限于丙烯酸壬基-α -苯基酯、甲基丙烯酸壬基-α -苯基酯、丙烯酸十二烷基-α _苯基酯和甲基丙烯酸十二烷基-α -苯基酯。烯属不饱和酰胺包括但不限于N-十八烷基丙烯酰胺、N-十八烷基甲基丙烯酰胺、N, N- 二辛基丙烯酰胺和它们的类似的衍生物。疏水性单体可为丙烯酸烷基酯。丙烯酸烷基酯中的烷基具有4-16个碳原子。疏水性单体也可为丙烯酸2-乙基己基酯。丙烯酸2-乙基己基酯可通过二过氧化物引发剂2，5-二氢过氧-2，5-二甲基己烷聚合，以得到聚(丙烯酸2-乙基己基酯)(PEHA)。E可为聚(丙烯酸2-乙基己基酯)(PEHA)。在一个实施方案中，D为得自一种或多种水溶性单体的聚合的聚合链段。水溶性单体可为非离子或阳离子的。D可得自阳离子单体、非离子单体或阳离子单体和非离子单体的组合的聚合。在一个实施方案中，D具有下式:
-[A]x-[J]y-
其中A为非离子单体，J为阳离子聚合物，X为O或正整数,和y为O或正整数。在一个实施方案中，x:y的摩尔比为约0:100-约95:5。在另一实施方案中，x:y的摩尔比为约10:90-约 75:25。在一个实施方案中，非离子单体可为丙烯酰胺。A可具有下式:
权利要求
1.一种在膜生物反应器中调节混合液的方法，所述方法包括在混合液中分散处理添加剂，其中所述处理添加剂包含水溶性嵌段共聚物。
2.权利要求1的方法，其中在压力下将所述混合液通过在膜生物反应器中的膜。
3.权利要求1的方法，其中所述在膜生物反应器中的膜选自具有外壳微滤器或超滤器的空心纤维和平板超滤器。
4.权利要求1的方法，其中所述膜材料选自氯化聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、聚砜、聚醚砜、聚乙烯醇、乙酸纤维素和再生纤维素。
5.权利要求1的方法，其中所述水溶性嵌段共聚物包含水溶性单体和水不溶性单体。
6.权利要求5的方法，其中所述嵌段共聚物包含与得自一种或多种水溶性单体的聚合的聚合物链连接的得自疏水性或水不溶性单体的聚合的聚合链段。
7.权利要求6的方法，其中所述水不溶性单体选自烷基丙烯酸酯、烷基甲基丙烯酰胺、烷基丙烯酰胺、烷基甲基丙烯酸酯、烷基苯乙烯、烯属不饱和羧酸的高级烷基酯、烯属不饱和羧酸的烷基芳基酯、烯属不饱和酰胺、乙烯基烷基化物、乙烯基烷基醚、N-乙烯基酰胺和芳基烷基。
8.权利要求1的方法，其中所述嵌段共聚物含有两个如下式中所示的链段: -[E]-[D]- 其中E为得自疏水性单体或水不溶性单体的聚合的聚合链段，D为得自一种或多种水溶性单体的聚合的聚合链段。
9.权利要求8的方法，其中在一个实施方案中，所述水溶性单体可为非离子或阳离子的。
10.权利要求8的方法，其中E为聚(丙烯酸2-乙基己基酯)。
11.权利要求8的方法，其中D具有下式:_[A] x-[J]y- 其中A为非离子单体，J为阳离子聚合物，X为O或正整数,和y为O或正整数。
12.权利要求11的方法，其中x:y的摩尔百分比为约0:100-约95:5。
13.权利要求11的方法，其中所述非离子单体为酰胺。
14.权利要求11的方法，其中A具有下式:
15.权利要求11的方法，其中J具有下式:
16.权利要求15的方法，其中G具有下式:-NHR3N(R4R5iR6)+T 或-OR3N(RiR5iR6)+M- 其中R3为C1-C4直链或支链亚烷基，R4> R5和R6可相同或不同并且选自氢、C1-C4直链或支链烷基、C5-C8环烷基、芳族或烷基芳族基团，M-为阴离子，例如氯离子、溴离子或甲基硫酸根或硫酸氢根。
17.权利要求15的方法，其中G衍生自2-丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵、3-甲基丙`烯酰胺基丙基三甲基氯化铵、2-甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵和二烯丙基二甲基氯化铵。
18.权利要求15的方法，其中J具有以下结构:
19.权利要求1的方法，其中所述水溶性嵌段共聚物的数均分子量在约100，000-约8，000，000 范围。
20.权利要求1的方法，其中在膜的上游将所述处理添加剂加入到混合液中。
21.权利要求1的方法，其中在选自以下的位置将所述处理添加剂加入到混合液中:泵站、通风喷嘴和污泥或混合液再循环管。
22.权利要求1的方法，其中所述处理添加剂以约0.1 ppm体积活性聚合物-约100ppm体积活性聚合物的量加入,基于所述混合液的体积。
23.权利要求1的方法，其中所述处理添加剂还包含水溶性聚合物或无机凝结剂。
24.权利要求23的方法，其中所述另外的水溶性聚合物与水溶性嵌段共聚物共混，或者单独加入到混合液中。
25.权利要求23的方法，其中所述无机凝结剂与水溶性嵌段共聚物共混或单独加入到混合液中。
26.权利要求23的方法，其中所述另外的水溶性聚合物选自含丹宁的聚合物、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵、N，N-二甲基氨基乙基丙烯酸酯甲基氯化物和丙烯酰胺的共聚物。
27.权利要求26的方法，其中所述无机凝结剂选自含有Ca、Mg、S1、Al、Fe和它们的组合的无机化合物。
28.—种在膜生物反应器中改进通量的方法，所述方法包括在混合液中分散处理添加剂和使所述混合液通过膜，其中所述处理添加剂包含水溶性嵌段共聚物。
29.一种使废水澄清的方法，所述方法包括将废水加入到膜生物反应器中，向废水中加入微生物以制备混合液，使用处理添加剂调节所述混合液，使用膜过滤所述混合液以产生澄清的水，所述 处理添加剂包含水溶性嵌段共聚物。
全文摘要
在膜生物反应器中调节混合液的方法包括在混合液中分散处理添加剂。所述处理添加剂包括水溶性嵌段共聚物。还提供了在膜生物反应器中改进通量和使废水澄清的方法。
文档编号C02F5/00GK103201224SQ201080070181
公开日2013年7月10日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者王斯靖, S.R.瓦斯康塞罗斯, 王剑秋 申请人:通用电气公司