专利名称：降低膜生物反应器运行能耗的方法
技术领域：
本发明涉及一种降低膜生物反应器(MBR)运行能耗的方法，尤其涉及一种采用长低一短高循环曝气，以降低总曝气量，达到降低膜生物反应器运行能耗的方法。
背景技术：
污水处理虽然处理了污染物，但同时自身又是一个耗能过程，能量消耗是污水处理厂运行的主要成本之一。我国污水处理厂电耗约占污水处理总运行费用的60 90%，现阶段市政污水处理厂平均电耗为0. 3 kffh/m3污水，而且为满足日益严格的污水排放标准， 运行费用还在增大。MBR是一种膜分离与生物技术相结合的污水处理新工艺，具有占地面积小、剩余污泥量少、出水水质稳定等特点，近年来在工业和市政废水处理、污水再生利用中逐步得到认可。但目前MBR工艺运行能耗相对较高，其处理污水能耗约在0.945 kWh/m3，其中曝气能耗占80%以上，远高出一般污水处理工艺。
MBR反应器内高浓度活性污泥是MBR处理效率高于普通好氧反应器相的主要原因，为确保反应器内高污泥浓度，需要较长污泥停留时间(SRT)，通常在2(T40d。 Nitrification and mass balance with a membrane for municipal wastewater treatment. Wat. Sci. Tech. , 1996，34(1-2): 1四_136)报导，当 SRT 从 5 d 延长到 20 d时，污泥浓度从3.0 8/1增加到7.5 g/L。然而SRT越长，高的污泥浓度使污泥粘度增力口，从而力口重月莫污染(Treatment of domestic sewage from rural settlements by a membrane bioreactor. Wat. Sci. Tech. , 1996，34(9) : 189-196)；其次，SRT 延长，还导致混合液中微生物代谢产物一胞外聚合物(EPQ含量增加，同时使得多糖含量相应也增多，导致污泥沉降性能下降(污泥龄对膜生物反应器污泥特性及膜污染的影响.中国 ^Μ^Ψ , 2009, 29 (4) 384-390. Surface properties of sludge and the role in bioflocculation and settleability. Wat. Res. , 2001，35(2) : 339-350)，一定程度上加剧了膜污染。MBR反应器为缓解膜污染速率，通常采用增大曝气量方式，增大曝气量为膜面创造湍流，产生冲击作用擦洗膜表面，清除污泥颗粒，减少膜面沉积物形成使膜结垢最小化。上述原因使得MBR反应器运行，通常采用连续高强曝气，气水体积比通常在40 60 1, 明显高于普通活性污泥处理工艺(气水比通常在10-20 1)。连续高强曝气(40 60 :1)， 不仅造成运行能耗较高，而且还会产生负面作用，例如曝气量大会破坏絮体结构，减小絮体尺寸并使EPS释放到生物反应器中，使混合液中细小污泥颗粒增多，从而导致膜孔堵塞。
其次，通常MBR采用微孔曝气，而微孔曝气主要缺点是曝气器膜片阻力大，心及微孔容易堵塞，此也是MBR工艺曝气能耗高的另一原因。发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种不影响出水水质和膜污染， 而使曝气能耗有明显下降，从而节约运行能耗的降低膜生物反应器运行能耗的方法。
本发明目的实现，主要改进一是将现有连续高强度曝气改为长时低一短时超高波动循环曝气，以在保证不增加膜污染提前下，降低总曝气量；二是将现有微孔曝气改为穿孔曝气，以降低曝气阻力，二者共同作用降低运行曝气能耗，从而克服现有技术的不足，实现本发明目的。具体说，本发明降低膜生物反应器运行能耗的方法，其特征在于MBR运行曝气采用穿孔曝气器，对膜组件曝气分为8-12 min长时间低强度曝气，和1-2 min短时间超高强度曝气，低强度曝气气水比20-30 :1，超高强度曝气气水比60-80 :1。在详细说明前，先通过对发明能够达到的基本功能及效果作一介绍，以使本领域技术人员对本专利总体构思技术方案及达到的基本技术效果有一个明确了解。申请人:对现有MBR运行经大量测试、试验表明MBR工艺中曝气量增加，并不会正比提高膜通量，在通常曝气量下适当降低曝气量(气水比)并不会影响出水水质和膜通量。 现有持续高强度曝气，有相当一部分是消耗在膜表面形成较大错流速度，达到减少污染物在膜表面积累，以及加快污染物在膜表面的脱落，用于生物反应部分曝气量略高于普通活性污泥法即可，例如气水比20-30 :1。即持续高气水比主要目的是用于对膜的冲刷，降低膜污染，这是造成MBR曝气能耗高的主要原因。本发明采用MBR运行时曝气里较常规MBR降低，正常曝气时曝气气水比设定为20-30 1,已经能够满足生物反应所需要氧量，不会影响微生物正常生长对氧需求，间歇提高曝气量，超高强度曝气时曝气气水比为60-80 :1，造成短时间较常规MBR更高的曝气强度，通过间隙短时高强曝气对膜表面冲刷，同样可以缓解膜面污染。即膜生物反应器运行中，连续曝气量较常规降低，间歇采用提高曝气强度运行， 较现有技术全部采用中高强持续曝气(40 60 :1)，减少了运行总曝气量，从而使得运行能耗有相对降低。其次，穿孔曝气阻力相对较小，相同曝气量风压可降低3-5kPa。两者相加， 在不增加膜污染程度情况下，可以节约运行能耗约5 - 8%。本发明中对膜组件曝气，采用长时低强度一短时超高强度循环，区别于现有技术采用持续高强度曝气，低强度曝气满足微生物生长所需空气量，维持微生物生长；超高强度曝气对膜面进行冲刷，以缓解膜污染。本发明较现有MBR工艺，除曝气方式及曝气气水比，以及曝气器形式与现有MBR工艺不同外，其余均同现有技术，例如MBR工艺控制等等，就不一一另行叙述，此对本领域技术人员是清楚的。本发明降低膜生物反应器运行能耗的方法，相对于现有技术，由于降低MBR反应器正常运行的气水比，使正常气水比由现有的40 60 1降低到20-30 :1，满足MBR正常运行微生物对氧气的需要；间歇短时加大曝气强度，采用超高强度曝气(60-80 :1)，形成对膜生物反应器膜面的间歇短时高强冲刷，在不影响出水水质和膜通量的前提下降低了曝气总能耗；同时采用穿孔曝气，也使得曝气阻力得以下降，从而降低了运行成本，综合运行能耗可以降低约5 - 8%。其次，由于长时间正常曝气气量有所降低，也减轻了对污泥剪切作用， 提了高微生物活性，改善污泥沉降性能，提高污染物去除效率。在进水COD 250-350 mg/L， NH3-N 25-30 mg/L试验水质，污泥停留时间10 40 d，pH值为6. 8 7. 2，温度为24l8°C， 采用恒通量操作模式，膜通量为18 L/ (m2*h)运行条件下，8-12 min20-30 :1气水比，1-2 min60-80 1气水比循环，COD去除率为94% 96%，跨膜压差(TMP)增速为0. 69 2. 20 kPa/d。以下结合若干个具体实施例，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。
具体实施方式
实施例1 试验某污水处理厂原水，COD 260mg/L,NH3-N 27 mg/L。膜生物反应器的 SRT为15 d，pH值为6.8，温度为M°C。反应器采用穿孔管曝气器，恒通量操作模式，膜通量为18 L/(m2*h)，出水泵的抽停比为10 min:2 min。正常低强度曝气时间和超高强度曝气时间分别为10 min和2 min，正常低强度曝气气水比为30 1，超高强度曝气气水比为60 :1。 运行10 d后，COD去除率为97. 2%，NH3-N去除率为96. 3% ；污泥浓度为6. 02 g/L，污泥颗粒体积平均粒径为158 μ m，LB- EPS含量为2. ^mg/(g·VSS)；过滤总阻力为5· 33 X IO12 1/m， 可逆滤阻为1. 16 X IO12 1/m，不可逆滤阻为0. 87 X IO12 1/m ；TMP平均增长速率为1. 69kPa/ d,运行平均能耗0. 892 kWh/m3。
实施例2 例1污水及运行条件，其中不同为正常低强度曝气气水比为20:1，超高强度曝气气水比为70 :1。运行10 d后，COD去除率为97%，NH3-N去除率为96% ；污泥浓度为6. 36 g/L，污泥颗粒体积平均粒径为162 μ m, LB- EPS含量为2. ^mg/(g .VSS)；过滤总阻力为5. 36 X IO12 1/m，可逆滤阻为1. 18X1012 1/m，不可逆滤阻为0. 93 X IO12 1/m ;TMP平均增长速率为1. 76kPa/d，运行平均能耗0. 885 kWh/m3。
比较例例1污水，处理条件基本相同，不同为采用膜片式微孔曝气器，连续高强度曝气方式，曝气气水比为50 :1，运行10 d后，COD去除率97. 3%,NH3-N去除率96. 5% ；TMP 平均增长速率1. 56kPa/d，运行平均能耗0. 950kWh/m3。同时也表明采用本发明方式曝气， 对污染物去除率没有太大影响。
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，例如曝气气水比在本发明给出的范围内波动，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。
本发明所说低、高，超高强度曝气，在本发明中分别指曝气气水比为20-30:1， 40 60 1 (现有工艺采用)和60-80 1。
权利要求
1.低膜生物反应器运行能耗的方法，其特征在于MBR运行曝气采用穿孔曝气器，对膜组件曝气分为8-12 min长时间低强度曝气，和1_2 min短时间超高强度曝气，低强度曝气气水比20-30 :1，超高强度曝气气水比60-80 :1。
全文摘要
本发明涉及一种降低膜生物反应器运行能耗的方法，其特征是MBR运行曝气采用穿孔曝气器，对膜组件曝气分为8-12min长时间低强度曝气，和1-2min短时间超高强度曝气，低强度曝气气水比20-301，超高强度曝气气水比60-801。在不影响出水水质和膜通量的前提下降低了曝气总能耗，加上采用穿孔曝气，曝气阻力下降，从而降低了运行成本，综合运行能耗可以降低约5－8%。此外，长时间正常曝气气量有所降低，也减轻了对污泥剪切作用，提了高微生物活性，改善污泥沉降性能，提高污染物去除效率。
文档编号C02F3/12GK102515345SQ20111036870
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月20日 优先权日2011年11月20日
发明者丁祖军, 堵国成, 张君, 徐国强, 李秀芬, 王宏, 王新华, 王远飞 申请人:江南大学, 江苏鼎泽环境工程有限公司