[发明专利]使用含单宁聚合物调节混合液的方法

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及含单宁聚合物的组合物，具体地涉及使用所述组合物调节微生物混合液并改善膜生物反应器(MBR)体系中的通量的方法。

相关技术描述

用以除去溶解的有机物的废水生物处理是众所周知的且在城市和工业车间中广泛实践。该生物处理通常称为“活性污泥”处理，其中微生物通过其生长消耗有机化合物。该处理必定包括沉降微生物或“生物质”以使其从水中分离和完成降低最终流出物中生物需氧量(BOD)和TSS(总悬浮固体)的处理。沉降步骤通常在净化器单元中进行。因此，生物处理受到需要生成具有优良沉降性质的生物质的限制。这些条件在高有机负载量和出现对生物质具有毒性的污染物的间歇期期间特别难以保持。

通常，活性污泥处理具有最高达约0.5kg污泥/kg COD(化学需氧量)的有机物质比污泥的转化率，由此导致产生必须处置的大量过剩污泥。过剩污泥处理的费用估计占污水处理车间总费用的40-60％。此外，填埋污泥的常规处置方法可引起二次污染问题。因此，已经迅速崛起了对于减少过剩污泥的体积和质量的方法的关注。

与生物反应器连接用以处理废水的膜是众所周知的，但没有被广泛实践。在这些体系中，超滤(UF)、微滤(MF)或纳滤(NF)膜替代生物质沉降用于固液分离。膜可安装在生物反应器槽中或邻近槽中，其中混合液从生物反应器槽中连续泵出并转而生成具有与来自净化器的20-50mg/L相比低得多的总悬浮固体(TSS)、通常小于5mg/L的排出液。

更重要地，膜反应器(MBR)消除了生物处理对于沉降生物质的需要，因为膜从水中筛分生物质。这允许生物处理在常规体系中将不能维持的条件下操作，所述条件包括：(1)10-30g/L的高混合液悬浮固体(负载细菌)；(2)延长的污泥滞留时间；和3)短暂的液压滞留时间。在常规体系中，这类条件可导致污泥膨胀和不良沉降性。

MBR操作的益处包括低污泥生产量、从排出液中完全去除固体、排出液消毒、在单一单元中将COD、固体和营养物组合去除、高负载率能力和极小的与污泥膨胀有关的问题。缺点包括曝气受限、膜结垢和膜成本。

膜结垢可归因于悬浮或溶解物质的表面沉积。MBR膜与含有细菌或“絮凝物”的聚集体、游离细菌、原生动物和各种溶解的微生物产物(SMP)的生物质接触。术语SMP已经用以定义因底物新陈代谢(通常是生物质生长)和生物质腐烂而释放到本体微生物混合液中的有机化合物。

操作中，胶状固体和SMP具有沉积在膜表面上的可能。胶状颗粒在膜表面上形成层，称为“饼层”。MBR处理设计用来使用上升的粗气泡来在膜表面上提供湍流横流速度(turbulent cross flow velocity)。该处理通过降低饼层在膜表面处的堆积而帮助保持通过膜的通量。

与常规活性污泥处理相比，据报道絮凝物(颗粒)大小比在典型MBR单元中小得多。小颗粒可能堵塞膜孔，此结垢状况可能不是可逆的。因为MBR膜孔径为约0.04-约0.4微米，小于该孔径的颗粒可能引起孔堵塞。孔堵塞增加了膜阻作用且降低了膜通量。

MBR体系的有效且稳定的操作主要取决于生物质的生物群体在MBR体系中的状况和品质。包括粘度、胞外聚合物质(EPS)、絮凝物大小及胶状和可溶性有机物质的混合液特征影响膜的可滤性。虽然传统方法主要依赖于优化流体动力学和空气冲洗来降低MBR体系中的膜结垢，但新的尝试更多致力于通过加入化学品来使活性污泥凝聚和絮凝且由此在絮凝物中结合胶体和其他混合液组分。这些增强可滤性的化学品可以不仅对减少本体相中可溶性污垢具有积极影响，而且改善在膜表面上形成的饼的液力渗透性。

近来，越来越多的尝试已经致力于改善微生物混合液的可滤性和增强MBR体系中的膜通量。可选方法包括使用无机凝结剂，诸如铁和铝盐和铝聚合物、粉状活性碳(PAC)和其他类型的惰性颗粒(例如树脂)；和水溶性聚合物。使用无机凝结剂将增加污泥产生且仅适用于窄pH范围。向MBR体系中加入粉状活性碳将不仅增加污泥浓度，而且由于因PAC引起的膜孔堵塞而引起不可逆的渗透性损失和由于PAC的研磨性而引起膜磨损。当所加PAC的浓度变高(例如600mg/L或更高)时，这些问题将扩大且可额外结垢。