【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及在污泥存在下在使用至少一個膜組件的膜生物反應器(mbr)工藝中處理廢水的方法、碳酸鈣在這種方法中的用途、在使用至少一個膜組件的膜生物反應器(mbr)工藝中提高膜滲透性的方法、以及在使用至少一個膜組件的膜生物反應器(mbr)工藝中提高膜流通率的方法。
技術介紹
1、膜生物反應器廢水處理是膜工藝(如微濾或超濾)與生物廢水處理工藝(如活性污泥工藝)的組合，并且被廣泛用于城市和工業廢水處理。
2、活性污泥工藝是利用曝氣以及由細菌和原生動物組成的生物絮凝物處理污水或工業廢水的一類工藝。在污水(或工業廢水)處理設備中，活性污泥工藝是一種生物工藝，其可被用于氧化含碳生物物質、氧化含氮物質(主要是生物物質中的銨和氮)、去除營養物(氮和磷)。
3、該工藝利用需氧微生物，所述需氧微生物可消化污水中的有機物質，并且在其如此做時聚成團(通過絮凝)。該工藝因此產生相對不含懸浮固體和有機材料的液體，以及將容易沉淀出來并可被去除的絮凝顆粒。
4、在膜生物反應器中，分離和進一步的純化通過膜來實現。當與生活廢水一起使用時，膜生物反應器mbr工藝可產生高質量的流出物，其足以被排放到沿海、地表或半咸水道或被回收以用于城市灌溉。mbr相對于常規工藝的其他優點包括占地面積小、易于改造以及升級舊廢水處理設備。
5、與常規沉降分離系統相比，可在更高的混合液懸浮固體(mlss)濃度下操作mbr工藝，從而降低反應器體積而實現相同的裝載速率。
6、存在兩種mbr配置，即浸入式(immersed)/浸沒式(s
7、在浸沒式膜生物反應器(imbr)配置中，過濾元件被安裝在主生物反應器容器中或被安裝在單獨的槽中。所述組件位于曝氣系統的上方，實現兩個功能：為生物過程供應氧氣，以及沖刷膜表面，以使積聚量最小化。所述膜可以是平片材或中空纖維或兩者的組合，并且可以結合在線回洗系統，所述在線回洗系統通過將膜滲透物泵回通過膜來減少膜表面結垢。在其中膜處于相對于生物反應器來說單獨的槽中的系統中，可以分離各個膜序列以進行結合膜浸泡的清潔方案，然而，生物質必須被連續泵回到主反應器以限制mlss濃度增加。還需要額外的曝氣以提供空氣沖刷以減少結垢。在膜被安裝在主反應器中的情況下，必須將膜組件從容器中移出并轉移到離線清潔槽中。通常，使用接近10.000mg/l的混合液懸浮固體的濃度，以保證氧的良好質量傳遞和良好的滲透通量。
8、在其中過濾組件在需氧槽外的smbr技術中，曝氣系統還用于對降解有機化合物的細菌進行清潔和供氧。生物質被直接泵送通過多個串聯的膜組件并泵回生物反應器，或者生物質被泵送至一組組件，第二泵使生物質從該組組件循環通過串聯的組件。膜的清洗和浸泡可通過使用安裝的清潔槽、泵和管道系統就地進行。最終產品的質量使得其可在工藝應用中被再利用，這歸因于微濾和超濾膜的過濾能力。
9、mbr過濾性能不可避免地隨過濾時間而降低。這是因為可溶性和顆粒材料沉積到膜上和膜中，這歸因于活性污泥組分與膜之間的相互作用。這種主要缺陷和工藝限制自早期mbr以來一直在被研究，并且仍然是mbr進一步發展面臨的最具挑戰性的問題之一。
10、膜堵塞是影響系統性能最嚴重的問題。當該工藝分別在恒定跨膜壓力(tmp)或恒定通量條件下操作時，堵塞導致水力阻力的顯著增加，表現為滲透通量下降或tmp增加。在其中通過增加tmp來維持通量的系統中，實現過濾所需的能量增加。替代地，頻繁的膜清潔因此是需要的，由于清潔劑和生產停機時間而導致顯著增加了操作成本。更頻繁的膜更換也是預期的。
11、膜堵塞起因于膜材料和活性污泥液的組分之間的相互作用，所述活性污泥液的組分包括由大范圍的活的或死的微生物以及可溶性和膠態化合物形成的生物絮凝物。懸浮生物質沒有固定的組成，并且隨進料水組成和mbr操作條件而變化。
12、有幾種策略來減少堵塞并優化mbr操作的性能，例如，
13、-對進料水施以適當的預處理，例如減少對膜的固體裝載，這減少了膜的堵塞，但另一方面也減少了分解銨和其它組分所需的有價值的生物學；
14、-通過添加無機凝結劑如氯化鐵、硫酸鋁、聚合氯化鋁對混合液(進料)進行化學或生物化學改性，這改善了反應器中固體的沉降，但另一方面增加了膜表面上的沉積和堵塞，進一步酸化混合液，減慢生物學，并引起額外的產品消耗；
15、-通過交叉流曝氣增加膜表面的沖刷，這減少了堵塞，但另一方面其是能量密集的，具有有限的影響，減少了混合液和膜表面之間的接觸。
16、因此，仍然需要優化膜生物反應器在廢水處理中的操作。
技術實現思路
1、已經發現，碳酸鈣的使用令人驚訝地在這方面具有多種積極的效果，特別是在防止膜處的堵塞(fouling)方面。
2、通常，碳酸鈣在活性污泥工藝中的存在是已知的。但是，碳酸鈣還尚未被應用在膜生物反應器系統中，因為已知的是，碳酸鹽的存在可能導致膜生物反應器中顯著且嚴重的結垢(scaling)問題，即更不得不預期堵塞問題增加而不是減少。
3、因此，令人驚訝的發現是：碳酸鈣也可以被用在膜生物反應器工藝中，并且不僅減少堵塞，而且甚至還改善膜性能。
4、當活性污泥工藝與用于過濾經處理的水的膜生物反應器組合時，碳酸鈣的使用具有改善膜性能的特別優點，尤其是在以下的方面：
5、-通過膜的流通率(flux?rates)提高，即通過量提高，
6、-總膜面積減小，
7、-滲透性提高，即泵送功率降低，
8、-控制堵塞的特定曝氣需求降低，
9、-膜清潔循環的間隔延長，
10、-化學清潔減少，即膜壽命增加。
11、不希望受限于理論，據信這歸因于以下效應：
12、1、溶解的鈣離子“橋接”生物質以產生不太可能使膜表面堵塞的較大的生物絮凝物。據信鈣陽離子改善絮凝物形成并由此減少有機生物堵塞，這已知是降低膜滲透性的主要原因(參見圖1)；
13、2、未溶解的碳酸鈣有助于為水通過活性污泥提供“通道”，從而提高了活性污泥膜的滲透性。
14、此外，來自硝化/反硝化過程(銨分解成氮化合物)的廢水的酸化以及凝結劑的定量加入降低了ph。碳酸鈣的添加通過將碳酸鈣溶解成鈣和碳酸氫根物質來穩定廢水的ph并提供天然緩沖液。
15、在mbr中最常見的用于ph/堿度調節的化學品是氫氧化鈉(naoh)、氫氧化鎂(mg(oh)2)和石灰(ca(oh)2)。向廢水處理提供鈣離子的最常見方式是添加氯化鈣(cacl2)或熟石灰(ca(oh)2)。然而，對于上述所有物質來說，如果超過碳酸鈣的溶解度平衡，則存在方解石沉淀的風險。對于mbr設備來說，方解石結垢是要嚴重關注的，因為這可極大地降低膜的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.在使用至少一個膜組件的膜生物反應器(MBR)工藝中處理廢水的方法，其特征在于以下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，添加的碳酸鈣的一部分被溶解，并且另一部分保持未溶解。
3.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，步驟b)的該至少一個膜組件被浸沒在生物反應器中(iMBR)或安裝在生物反應器的外部的側流中(sMBR)。
4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，該至少一個膜組件具有不大于5μm、優選不大于2μm、更優選不大于1.5μm、尤其優選不大于1.2μm、最優選0.005-1μm的孔尺寸。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，包含污泥和碳酸鈣的混合液中的pH值為5.5-9，優選6-8.5，更優選6.2-8，甚至更優選6.5-7.8，最優選7-7.3。
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，流出物中的總堿度優選以CaCO3計為30-300mg/l，更優選以CaCO3計為50-275mg/l，甚至更優選以CaCO3計為80-250mg/l，最優選以CaCO
7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，包含污泥和碳酸鈣的混合液的朗格利爾飽和指數(LSI)為-1.5至+1，優選-1至+0.5，更優選-0.5至0。
8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，碳酸鈣選自天然研磨碳酸鈣(GCC)、含碳酸鈣的混合天然研磨碳酸鹽礦物、沉淀碳酸鈣(PCC)、及其混合物。
9.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，天然研磨碳酸鈣(GCC)選自大理石、白堊、石灰石、及其混合物；混合天然研磨碳酸鹽礦物是白云石；并且沉淀碳酸鈣(PCC)選自具有文石、球霰石或方解石晶形的沉淀碳酸鈣、及其混合物。
10.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，碳酸鈣具有
11.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，碳酸鈣以干燥形式或以水性懸浮液的形式提供，優選以固含量為至少60重量％、更優選至少68重量％、甚至更優選至少70重量％、最優選至少72重量％的水性懸浮液的形式提供。
12.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，通過添加碳酸鈣，該至少一個膜組件的滲透性提高至少10％，優選提高至少25％，更優選提高至少50％，甚至更優選提高至少100％，最優選提高至少150％。
13.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，通過添加碳酸鈣，該至少一個膜組件在給定壓力下的流通率提高至少5％，優選提高至少10％，更優選提高至少15％，甚至更優選提高至少20％，最優選提高至少25％。
14.碳酸鈣在根據權利要求1-13的在使用至少一個膜組件的膜生物反應器(MBR)工藝中處理廢水的方法中的用途。
15.根據權利要求1-13通過添加碳酸鈣在使用至少一個膜組件的膜生物反應器(MBR)工藝中提高膜滲透性的方法，
16.根據權利要求1-13通過添加碳酸鈣在使用至少一個膜組件的膜生物反應器(MBR)工藝中提高膜流通率的方法，
...【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】
1.在使用至少一個膜組件的膜生物反應器(mbr)工藝中處理廢水的方法，其特征在于以下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，添加的碳酸鈣的一部分被溶解，并且另一部分保持未溶解。
3.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，步驟b)的該至少一個膜組件被浸沒在生物反應器中(imbr)或安裝在生物反應器的外部的側流中(smbr)。
4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，該至少一個膜組件具有不大于5μm、優選不大于2μm、更優選不大于1.5μm、尤其優選不大于1.2μm、最優選0.005-1μm的孔尺寸。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，包含污泥和碳酸鈣的混合液中的ph值為5.5-9，優選6-8.5，更優選6.2-8，甚至更優選6.5-7.8，最優選7-7.3。
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，流出物中的總堿度優選以caco3計為30-300mg/l，更優選以caco3計為50-275mg/l，甚至更優選以caco3計為80-250mg/l，最優選以caco3計為100-200mg/l。
7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，包含污泥和碳酸鈣的混合液的朗格利爾飽和指數(lsi)為-1.5至+1，優選-1至+0.5，更優選-0.5至0。
8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，碳酸鈣選自天然研磨碳酸鈣(gcc)、含碳酸鈣的混合天然研磨碳酸鹽礦物、沉淀碳酸鈣(pcc)、及其混合物...
【專利技術屬性】
技術研發人員：N·C·內爾森，J·斯特曼，
申請(專利權)人：OMYA國際股份公司，
類型：發明
國別省市：
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