[发明专利]控制膜过滤器结垢的方法

说明书

背景技术

膜生物反应器(MBR)系统广泛应用于废水处理。MBR系统通常包括一个或多个生物反应器，例如，厌氧、缺氧和好氧反应器，之后为一个或多个膜池。每个膜池包括一个或多个膜模块。渗透泵在膜模块中产生低压，使得废水引入膜中。在该工艺中，膜过滤并排出污染物，例如悬浮固体，得到渗透物。

人们期望随着膜成本的降低，膜过滤器的应用趋势能增加。一般地，与传统的净化工艺相比，MBR系统允许活性污泥工艺(activated sludge process)在显著较高的混合液悬浮固体(MLSS)浓度下运行。由此，MBR系统不需要用于固液分离的第二净化器。除了上述优点外，MBR系统通常构建成所需的占地面积较小，并且最终提供优异的处理水质量。

在生物处理中使用膜并不是没有缺点。使用浸没膜的一个主要的问题是膜易结垢，并且需要不断的清理，通常采用空气冲刷。空气冲刷造成了显著的运行成本。

尤其是，膜模块浸没在生物反应器中，混合液体作为渗透物被吸入通过膜。如上所述，空气冲刷提供在膜模块下方，产生经过膜表面的横流运动。该横流运动趋于清洁膜，维持渗透的进行。而且，膜通常运行在开关循环中。循环通常包括渗透阶段和弛豫(relaxation)阶段。弛豫阶段发生在渗透泵(或多个渗透泵)停止时。在弛豫阶段，空气冲刷继续进行而渗透停止。

存在多个相互关联并影响MBR系统顺利运行的过程变量。渗透通量决定了向膜表面输送胶体和悬浮固体的速率。因为膜的过滤作用滞留了胶体和悬浮固体，渗透导致在膜表面上积聚的浓度极化(concentration polarization，CP)和饼层(cake layer)。渗透通量越高，浓度极化和饼层将越快地积聚在膜表面上。浓度极化和饼层在恒定的压力操作下限制了渗透通量，或者在恒定的渗透通量操作下导致跨膜压力(TMP)的增加。

膜的空气冲刷包括经过膜表面的水的横流运动和/或剪切力，这增加了滞留的胶体和悬浮固体脱离膜表面的质量传输。理论上，在由渗透引起的固体朝向膜的对流通量小于由空气冲刷的横流作用引起的固体脱离膜的反向输送的条件下，悬浮固体不会积聚在膜表面上。因此，当空气冲刷有效时，超过某个点的过量的空气冲刷对于减少浓度极化和饼层并没有正面的作用。

冲刷的空气提供了不仅在渗透阶段最小化浓度极化和污泥层的厚度而且在弛豫阶段清洁膜表面的手段。如果在每一个渗透-弛豫的循环中，膜表面不能得到清洁，饼层将继续沉积在膜表面上。这将在恒定渗透通量操作下导致TMP的迅速升高，或者在恒定压力操作下导致渗透通量的迅速下降。

通常，浓度极化和饼层积聚得越多，结垢的程度越严重，因为两种现象都增加了膜表面和结垢物质之间的接触。膜的结垢将导致化学现场(CIP)清洁(化学清洁)的频率提高，由此导致更多的化学消耗、渗透阶段通过量下降、以及膜的使用寿命缩短。

发明内容

一种废水处理工艺，包括一个或多个在膜池中浸没的膜过滤器。为了在废水处理工艺中管理或控制膜过滤器的结垢或结块(caking)，一个或多个过程控制变量被动态地改变。这些过程控制变量包括空气冲刷流速、弛豫阶段时间和渗透阶段时间。

在一个实施例中，一个或多个过程控制变量根据跨膜压力(TMP)而改变，或根据TMP在选定时间段的变化而改变。特别的，在一个实施例中，TMP的变化在渗透阶段的选定时间段中、或者是跨越至少两个渗透阶段的选定时间段中被实时地确定。

废水处理工艺还提供控制逻辑，其包括等级排序方案。即，在控制逻辑使用的过程控制变量中，一个或多个过程控制变量具有高于一个或多个其他过程控制变量的优先级。例如，在控制方案的起始时段或阶段，控制逻辑可以专注于一个高于其他变量的特定的过程控制变量，如果满足了某些条件，控制逻辑就确定通过控制逻辑方案的进一步的循环是不必要的。

在一个特别的实施例中，过程控制变量至少包括空气冲刷流速、渗透阶段时间和弛豫阶段时间。这些过程控制变量的等级排序意味着控制逻辑首先专注于一个过程控制变量，以确定改变该过程控制变量是否足以满足某些工艺要求。如果是这样，控制输入就被排序，控制逻辑返回到起始点。如果不是这样，控制逻辑就继续在控制逻辑方案中运行，并且考虑下一个最高排序的过程控制变量。这一过程一直继续，直到选择的过程控制变量中的一个能够满足工艺要求或控制逻辑已经循环通过整个控制逻辑方案为止。

通过以下的描述及其相应的附图，将明了本发明其他的目的和优点，描述和附图只用于清楚地阐释本发明。

附图说明

图1是膜生物反应器系统的示意图。