专利名称：自生动态膜组件快速及稳定运行方法
技术领域：
本发明涉及一种可以确保早期出水快速达标、稳定运行通量大周期长、反洗速度快清洗彻底效果好的自生动态膜组件快速及稳定运行方法。
背景技术：
动态膜(Dynamicmem-brane)为通过在膜基材表面形成污泥层起到精密截留作用的一种新型膜组件，其中自生动态膜是在过滤过程中由污泥絮体(微生物及其代谢产物) 为涂膜材料累积形成膜层。其形成时间及厚度及生物量等与运行条件密切相关，有文献报导污泥絮体累积速率约为(T50g/(m2h)，因而“膜层”形成相对较慢并且难以稳定，导致动态膜形成时间较长，通常在30分钟至几小时不等，由此初期水质难以满足要求(有效过滤作用只有在污泥层形成至一定厚度才能发挥作用)，只能采用大回流量至成膜，从而增加了前道池负荷；其次，动态膜在运行时因高污泥浓度易出现膜层增长过快，导致出水通量下降，有效运行周期相对较短，并且缺乏有效的控制措施；再就是，动态膜反洗效果差，出水通量恢复率低，导致正常产水量小，时间长后很容易产生不可逆污染，导致药洗频繁，增加了运行成本和操作复杂程度。此三大缺陷成为制约自生动态膜组件有效利用主要障碍。同济大学，2005 [动态膜生物反应器工艺研究]，提出以高通量(>0.85m/h)出水 2、min，后在稍低通量<0. 3m/h下出水，达到快速成膜。其成膜后仍然采用高通量出水，易使形成的动态膜过于致密而稳定通量锐减，稳定时间短一般为纩12h。同济大学，2007 [高效自生动态膜技术的初步研究]，提出了变水头、变通量运行方式，即利用初始液位高增大初始通量(0.6、. 7 m/h)，挂膜成功后靠水位下降自动调低稳定运行通量(0.05、. 06 m/ h)。此法成膜早期大通量是通过抬高液位实现，成膜后通过降低液位保持所需通量，使得生化池建造容积大大增加，降低了池容的有效利用率；其次，成膜通量与运行通量差距过大达 10倍以上，形成的动态膜过于致密，难以长期稳定运行，且稳定运行通量缺乏准确的测定方法。中国专利CN 1168680C动态膜生物反应器，采用20cm以下水位差驱动过滤从而形成动态膜；出现膜污染时，通过加大膜面错流流速方式清除膜面污染。该方法不仅形成动态膜速度较慢的缺点依然存在；而且通过加大膜面流速方式清洗膜面污染，只能达到膜表面清洗再生，对于累积在膜孔内部的堵塞污染难以达到理想效果，导致膜有效利用周期短。中国专利CN 100349805C动态膜微滤膜组件及水处理工艺方法。将膜组件置于混合液中，在一定表面错流下，使微生物在滤网表面粘附形成动态膜。反洗方式为气泡冲刷后进行水力反洗。该方法仅依靠表面吸附形成动态膜，速度很慢；气泡冲刷可去除动态膜表面滤饼层，用水反洗去除膜孔内堵塞。由于动态膜基材孔径较大，水力反洗耗水量会很大，且需较大压力，造成清洗能耗较高，实际对外产出水量减少很多。中国专利CN 100558655C动态膜生物反应器反洗运行方法，在需要反洗时， 关闭出水口，采用逆反应器出水方向进行曝气，使气体通过出水口进入膜组件，强度为 1. 6^8. 0m3/ (!^，!^，反洗时间为^巧!^!!。连续逆向曝气反洗，因清洗导致膜堵塞逐渐降低，难以保证在气洗时间内基材内外高的压力差，导致气洗后期效果降低，使得整体反洗效果不理想。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种成膜时间短，可以确保早期出水快速达标，大通量稳定运行时间长，反洗时速度快清洗彻底效果好的自生动态膜组件快速及稳定运行方法。本发明目的实现，主要改进一是在动态膜形成初期，加大过流通量(例如为正常过滤通量的2-6倍)，通过加大通量增加截留污泥量达到快速成膜，因成膜时间短，回流对调节或生化池影响小；二是在动态膜形成后转入正常过滤运行时，降低过流通量至略小于 (0. 8 — 0. 95倍)临界通量状态，在保持高通量下延长动态膜的清洗周期，克服了通常运行在临界通量以上造成运行周期短的不足；三是在需要反清洗时利用底部曝气、逆向曝气和逆向进水联合进行间隙和/或脉冲式清洗，底部曝气冲刷基材表面，逆向曝气、逆向进水采用间隙和/或脉冲式清洗，有利于保持在气洗时间内基材内外的高压力差，提高了清洗效果，从而实现动态膜运行初期的快速成膜，以及成膜后大通量长周期稳定运行，并且清洗彻底效果好，克服了现有技术的不足，实现本发明目的。具体说，本发明自生动态膜组件快速及稳定运行方法，其特征在于动态膜形成初期采用运行通量的2-6倍通量实现3 - 5分钟快速成膜；动态膜形成后转入正常运行降低过流通量，保持通量0. 8 — 0. 95倍临界通量运行；气、水清洗采用底部曝气、逆向曝气和逆向进水联合间隙和/或脉冲式清洗。本发明中。临界通量，通过在动态膜形成后，测定不同出水压头下的出水流量，折算为平均膜通量，绘制不同出水压头下的膜通量曲线，曲线中明显拐点所对应的膜通量值即为该动态膜的临界通量，即临界通量采用工作曲线法进行测定。试验表明，如果长期运行在临界通量以上，则运行清洗周期明显缩短；而运行在临界通量以下较多，出水量就大降低。并且试验还表明，同一污水、同一动态膜生物反应器，每次清洗后的临界通量大致接近，因此对于具体应用，只需测定一次，因而具有很强的操作实施性。底部曝气、逆向曝气和逆向进水联合间隙和/或脉冲式清洗，底部曝气主要用于冲刷基材表面，清除基材表面污染物；逆向曝气、逆向进水，形成的逆向冲击力，有利于将嵌入膜基材内部的污染物冲出。三者配合提高了清洗效果，清洗彻底。逆向曝气、逆向进水， 既可以采用间隙进行，也可以采用强弱脉冲进行，还可以两者混合进行，这样虽然因清洗导致膜堵塞逐渐降低，但由于逆向曝气、逆向进水采用间隙和/或脉冲式，有利于保持在气洗时间内基材内外的高压力差，从而保证高的清洗效果，稳定运行通量大，连续运行周期长。动态膜形成初期的大通量，可以通过在膜组件上设置上下两个出水阀门，初期启动开启低位阀门(形成大的液位差)从而加大了出水通量，成膜正常运行关闭低位阀门，开启原正常阀门；也可以通过设置出水抽吸泵，通过调节出水抽吸泵的流量，实现成膜初期的大通量。本发明较好采用设置上下二个阀门结构，例如在正常出水阀门下方增设一阀门，实现成膜初期的大通量。初期成膜通量为正常运行通量的2-6倍，及运行通量为0. 8 — 0. 95倍临界通量， 为本发明试验较佳区间，如果过流通量倍数降低，仅是延长成膜时间，过流通量倍数增高，虽然对成膜时间缩短是有利的，但试验发现会导致动态膜过于致密而造成通量下降和过滤周期缩短，因此确定2 - 6倍为适宜区间。同样运行通量为0. 8 — 0. 95倍临界通量也为优化区间，显然技术人员能够理解此区间并非数学意义上的精确端值。本发明自生动态膜组件快速及稳定运行方法，相对于现有技术，由于成膜初期采用大通量过流(大通量启动模式)，从而大大缩短了动态膜形成时间，3-5分钟即可达到有效过滤成膜，可减少工程调试时间，并且由于成膜时间短，初期回流对调节或生化池影响小；略低于临界通量运行，可使动态膜生物反应器稳定高通量运行周期延长，即高通量运行周期长，减少清洗操作；气、水清洗采用底部曝气、逆向曝气和逆向进水联合间隙和/或脉冲式清洗，清洗彻底速度快，大大提升动态膜清除效果，运行通量大，清洗周期长，解决了工业化运行实际有效运行时间短的难题。以下结合二个具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明实质，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离本发明构思的非实质性增加和/ 或改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。
具体实施例方式实施例1 试验水质:C0D280 400mg/L，BOD5 为 180 260 mg/L，氨氮 16 32 mg/L。 采用外置式自生动态膜组件，共计4m2。首先在处理污水中投加0.2g/L活性污泥，逐步培养，7d后活性污泥浓度达到 1. Omg/L左右，启动动态膜组件。先用通量为900L/h出水量进行挂膜，出水回流至前端生化池，3min后动态膜形成，出水浊度为3NTU。经测定形成的动态膜临界通量80 L/m2h，调低流量至300L/h (折算膜通量为75L/m2h)正常运行，运行采用侧流曝气，保持错流流速为3. 0 cm/s。50h后出水通量下降到60L/m2h，启动在线水气洗，底部曝气，逆向曝气结合逆向进水强弱脉冲IOmin (检测通量恢复至接近原来)。重复“再生-运行-清洗”过程，运行40天。 40天后，进行维护性化学清洗，使用0. 2wt%次氯酸钠进行30min冲洗杀菌，清水冲洗后再次投入使用。系统运行6个月后，进行恢复性化学清洗，将膜组件放空，采用0. 5衬％次氯酸钠浸泡8小时、间断曝气冲刷，清水冲洗1小时，之后用0. 盐酸进行酸洗，时间为2小时， 最后清水冲洗。重复启动、运行、清洗的过程。实施例2 试验水质COD 16(T300mg/L，BOD5 为 110 210 mg/L，氨氮 12 25mg/L。采用内置式自生动态膜组件，共计250m2。首先在处理污水中投加0.2g/L活性污泥，逐步培养，7d后活性污泥浓度达到 1. 2mg/L左右，启动动态膜组件。先用通量为50T/h出水量进行挂膜，出水回流至前端调节池，5min后动态膜形成，出水浊度为5NTU。经测定形成的动态膜临界通量90 L/m2h，调低流量至20T/h，折算运行通量为80L/m2h，采用侧流曝气，保持错流流速为3. 0 cm/s。7 后出水通量下降到65L/m2h，启动在线水气洗，底部曝气，逆向曝气结合逆向进水间隙脉冲15min。 重复“再生-运行-清洗”过程，运行50天。50天后，进行维护性化学清洗，使用0.2 wt% 次氯酸钠进行30min冲洗杀菌，清水冲洗后再次投入使用。系统运行6个月后，进行恢复性化学清洗，将膜组件放空，采用0. 5wt%次氯酸钠进行浸泡5小时、间断曝气冲刷，清水冲洗1小时，之后用0.4%盐酸进行酸洗，时间为1.5小时，最后清水冲洗。重复启动、运行、清洗的过程。比较例试验水质⑶拟8(T400mg/L，B0D5为 180160 mg/L，氨氮 16 32 mg/L。采用外置式自生动态膜组件，共计4m2。首先在处理污水中投加0.2g/L活性污泥，逐步培养，7d后活性污泥浓度达到 1. Omg/L左右，启动动态膜组件。用通量为320L/h进行出水挂膜，出水外排，1小时后动态膜形成，出水浊度为3NTU。运行通量为85L/m2h(临界通量80 L/m2h)。采用侧流曝气，保持错流流速为3. O cm/s。1 后出水通量下降到60L/m2h，启动在线水气洗，底部曝气，逆向曝气结合，共40min。重复“再生-运行-清洗”过程，运行10天。10天后，进行维护性化学清洗，使用0. 2wt%次氯酸钠进行60min冲洗杀菌，清水冲洗后再次投入使用。系统运行3个月后，进行恢复性化学清洗，将膜组件放空，采用0. 5wt%次氯酸钠进行浸泡10小时、间断曝气冲刷，清水冲洗2小时，之后用0. 4wt%盐酸进行酸洗，时间为5小时，最后清水冲洗。重复启动、运行、清洗的过程。由对比可知，常规运行方法动态膜形成较慢时间长；高于临界通量运行，运行周期较短；通常水气联合反洗速度较慢，且污染积累严重，后续药洗时间较长。对于本领域技术人员来说，在本专利构思及具体实施例启示下，能够从本专利公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征的等效变化或修饰，特征间的相互不同组合，例如初期运行通量在2-6倍间不同变化，运行通量在0. 8 — 0. 95倍临界通量间变化， 或略稍超出此范围，等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现本专利描述功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本专利保护范围。
权利要求
1.自生动态膜组件快速及稳定运行方法，其特征在于动态膜形成初期采用运行通量的 2-6倍通量实现3 - 5分钟快速成膜；动态膜形成后转入正常运行降低过流通量，保持通量 0. 8 - 0. 95倍临界通量运行；气、水清洗采用底部曝气、逆向曝气和逆向进水联合间隙和/ 或脉冲式清洗。
2.根据权利要求1所述自生动态膜组件快速及稳定运行方法，其特征在于临界通量由工作曲线法测定。
3.根据权利要求1或2所述自生动态膜组件快速及稳定运行方法，其特征在于动态膜形成初期高通量是在膜组件上设置上下两个出水阀门，初期开启低位阀门形成大液位差实现成膜初期大通量。
4.根据权利要求3所述自生动态膜组件快速及稳定运行方法，其特征在于成膜正常运行关闭低位阀门，开启原正常阀门。
全文摘要
本发明自生动态膜组件快速及稳定运行方法，其特征是动态膜形成初期采用运行通量的2-6倍通量实现3－5分钟快速成膜；动态膜形成后转入正常运行降低过流通量，保持通量0.8－0.95倍临界通量运行；气、水清洗采用底部曝气、逆向曝气和逆向进水联合间隙和/或脉冲式清洗。从而克服了动态膜成膜时间长、高通量有效过滤时间短，以及清洗效果差三大固有缺点，解决了工业化运行的难题，为自生动态膜组件工业化运行扫清了障碍。
文档编号C02F3/12GK102180542SQ20111008386
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月3日 优先权日2011年4月3日
发明者何君, 洪树虎, 熊江磊, 王盘云, 陆俊锋 申请人:江苏百纳环境工程有限公司