专利名称：使用水溶性季铵淀粉调节混合液的方法
技术领域：
本发明涉及调节微生物混合液并且在膜生物反应器(MBR)系统中改进通量的方法。
背景技术：
用于去除溶解的有机物的废水生物处理是众所周知的，并且在市政和工业工厂中广泛实行。该生物过程一般被称为"活性污泥"过程，其中微生物通过其成长消耗有机化合物。该过程必然包括微生物或者"生物质"的沉积从而将其从水中分离，并且完成在最终流出物中降低生物需氧量(BOD)和总悬浮固体(TSS)的过程。沉积步骤通常在澄清器单元中完成。因此，该生物过程由于需要产生具有好的沉降性质的生物质而被约束。在高有 机负荷的间歇时期和对生物质有毒的污染物出现时，维持这些条件特别困难。通常，活性污泥处理具有高达大约O. 5kg污泥/kg COD (化学需氧量)的有机材料到污泥的转换率，因此导致产生相当大量的必须处置的过量污泥。用于处理过量污泥的费用估计已经占到污水处理厂的总费用的40-60%。而且，常规的垃圾掩埋污泥的处置方法可能引起二次污染问题。因此，对减少过量污泥的体积和质量的方法的兴趣一直迅速增长。用于处理废水的与生物反应器结合的膜众所周知但是没有广泛地使用。在这些系统中，超过滤(UF)，微过滤(MF)或者纳米过滤(NF)膜取代生物质沉积用于固液分离。膜可以安装在生物反应器箱中或者在相邻罐中，其中混合液连续从生物反应器箱抽出和返回，与从澄清器得到的20到50毫克/升的总悬浮固体(TSS)相比，生产具有低得多的总悬浮固体(TSS)的流出物，通常少于5毫克/升。更重要的是，因为膜从水筛分生物质，膜生物反应器(MBR)使该生化过程与沉降生物质的需要分离。这允许该生化过程在常规系统中不期望的条件下操作，这些条件包括
(I)10到30克/L的高的混合液悬浮固体(细菌载荷)；(2)延长的污泥停留时间；以及(3)短的液压保持时间。在常规系统中，这样的条件可能导致污泥膨胀和不良的沉降性。MBR操作的好处，包括低的污泥产生，从流出物中完全除去固体，流出物消毒，在单一装置中联合去除C0D、固体和营养物，高负载速率容量，以及最小的污泥膨胀问题。缺点包括曝气(aeration)限制，膜结垢以及膜成本。膜结垢可以归因于悬浮或者溶解的物质在表面的沉积。MBR膜与生物质相接触，该生物质包含细菌凝聚物或者“絮凝物”，游离细菌，原生动物和各种溶解的微生物产物(SMP)。术语SMP已经被采用来限定与来自基质新陈代谢(通常生物质成长)和生物质腐烂的大量微生物混合溶液内有关的有机化合物。在操作中，胶质固体和SMP有可能在膜的表面上沉积。胶体微粒在膜的表面上形成层，叫做"滤饼层"》MBR过程被设计使用上升的粗糙气泡来提供越过膜表面的扰动的错流流速。该过程通过在膜的表面减少滤饼层的积累，帮助保持通过膜的通量。与常规的活性污泥法相比，据报道在通常的MBR装置里絮凝物(粒子)尺寸小得多。小粒子可以堵塞膜孔，这是一种可能不可逆的积垢情况。因为MBR膜的孔径从约O. 04到约O. 4微米变化，比这小的粒子能引起孔堵塞。孔堵塞增加膜阻力并且减少膜通量。MBR系统的有效稳定的运行主要取决于在MBR系统里生物质的生物种群的条件和质量。该混合液的特性，包括粘度、细胞外的聚合物质(EPS)，絮凝物尺寸和胶质且可溶的有机物质，影响膜的过滤性。尽管传统的方法主要依赖流体动力学的优化和空气冲刷来减少MBR系统中的膜结垢，新的努力更多是致力于通过加入化学药物凝结并且絮凝活性污泥，从而将胶体和其他混合液成分结合在絮凝物中。这些过滤性增强化学药物不仅对本体相(bulk phase)减少可溶的起垢物(foulant)有积极的影响,而且改进形成在膜的表面上的滤饼(cake)的透水性。最近，越来越多的努力致力于在MBR系统中改进微生物混合液的过滤性并提高膜通量。选项包括使用无机凝结剂，例如铁盐和铝盐和铝聚合物，粉状的活性碳(PAC)和其它类型的惰性粒子(例如，树脂)，以及水溶性高分子。对无机凝结剂的使用将增加污泥的产 生，并且只适用于狭窄的PH值范围。粉状的活性碳加入MBR系统将不仅增加污泥浓度，还可以由于PAC堵塞膜孔而导致不可逆的渗透性损失，以及由于PAC的磨损性导致的膜磨损。当加入的PAC浓度变得较高时(例如，600mg/L或者以上)，这些问题将放大，可出现额外的结垢。因此，需要有效的处理，用于膜通量提高，MBR效率改善和混合液过滤性增强。
发明概要公开了一种在膜生物反应器(MBR)系统中处理混合液的方法，其中将有效量的处理组合物加到该混合液中。对混合液，处理组合物包括选自I)水溶性阳离子季铵淀粉和2)水溶性季铵淀粉/胶掺混物的成员。有效量的处理组合物被加到活性污泥中，用于调节活性污泥和用于提升MBR系统中的膜通量。本发明将结合附图进一步描述。附图旨在显示本发明的示例性实施方式，并且不应该被解释为限制本发明所有可以利用的方式。
图I是根据本发明一实施方式的MBR的典型实施例的示意图。详细说明在此使用时，MBR表示膜生物反应器或者膜生物学反应器。"混合液(mixedliquor)"或者"活性污泥"表示如下物质的混合物废水，用来降解废水中的有机材料的微生物，来源于细胞物种、细胞副产物和/或废产物或者细胞残骸的含有机物的材料。混合液还可以包含胶状和粒状材料(即，生物质/生物固体)和/或可溶的分子或者生物聚合物(即多糖，蛋白质，等等)。"混合液悬浮固体"("MLSS")表示在该混合液中处理有机材料的生物质的浓度。"过量的活性污泥"指的是被连续从生物反应器抽出的活性污泥，以便在生物反应器里保持恒定的污泥龄(sludge age)。本发明涉及处理混合液的方法，其通过将处理组合物加入到混合液来调节该混合液并改进膜反应器系统(MBR)中的通量，所述处理组合物包括水溶性阳离子季铵淀粉(I)或阳离子季铵淀粉/胶掺混物(II)或者(I)和(II)的混合物。至于可被应用的阳离子季铵淀粉(CQS) (I)，其在美国专利4，088，600中描述。基本上，像在美国专利4，088，600中阐述的那样，CQS主要由两部分，即淀粉基团和季铵盐基团组成。淀粉基团可以是由许多淀粉和淀粉级分制备，包括酸或酶改性的玉米淀粉或者糯性谷物淀粉。示例性的淀粉包括原始或改性形式的如用酸、氧化剂等改性的从玉米、马铃薯、木薯、西米、米、小麦、糯玉米、高粱、谷物淀粉制备的那些；到直链淀粉和支链淀粉，和分别到玉米淀粉的线性和分枝成分，以及到糊精。用来形成CQS的季铵化合物通常是公式
权利要求
1.一种在膜生物反应器(MBR)系统中处理混合液的方法，其包括将有效量的处理组合物加到混合液中，所述处理组合物包括选自I)水溶性阳离子季铵淀粉和2)水溶性季铵淀粉/胶掺混物的成员。
2.如权利要求I所述的方法，其中所述水溶性阳离子淀粉存在，并且具有公式
3.根据权利要求2所述的方法，其中淀粉选自玉米、马铃薯木薯、西米、小麦、糯玉米、高粱、谷物淀粉和糊精。
4.根据权利要求2所述的方法，其中组合物的取代度在O.2到I. 2的范围内。
5.根据权利要求2所述的方法，其中组合物的取代度在O.I到I. 8的范围内。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，在与膜表面直接接触之前，水溶性季铵淀粉与混合液混合。
7.如权利要求6所述的方法，其中通过把水溶性阳离子季铵淀粉送进发生强烈混合的MBR的区域来完成混合。
8.如权利要求6所述的方法，其中通过把水溶性阳离子季铵淀粉送进发生足够混合时间的MBR的区域来完成混合。
9.如权利要求I所述的方法,其中所述处理组合物被以大约5ppm到大约1，OOOppm的量送到所述混合液。
10.根据权利要求I所述的方法，其中所述水溶性季铵淀粉/胶掺混物存在，所述阳离子铵改性淀粉具有公式
11.根据权利要求10所述的方法，其中胶选自瓜尔胶，羧甲基纤维素，丙二醇藻酸酯，刺槐豆卡拉牙胶，藻酸钠和黄原胶。
12.根据权利要求10所述的方法，其中淀粉选自玉米、马铃薯、木薯、西米、米小麦、糯玉米、高粱、谷物淀粉和糊精。
13.根据权利要求10所述的方法，其中组合物的取代度在O.2到I. 2的范围内。
14.根据权利要求10所述的方法，其中组合物的取代度在O.I到I. 8的范围内。
15.根据权利要求10所述的方法，其中在组合物中的胶的浓度在I.0-2. 1%重量范围内，并且淀粉的浓度在12-16%重量范围内。
16.如权利要求10所述的方法，其中，在和膜表面直接接触之前，水溶性季铵淀粉/胶掺混物与混合液混合。
17.如权利要求16所述的方法，其中通过把水溶性季铵淀粉/胶掺混物送进发生强烈混合的MBR的区域来完成混合。
18.如权利要求16所述的方法，其中通过把水溶性季铵淀粉/胶掺混物送进发生足够混合时间的MBR的区域来完成混合。
全文摘要
公开了一种在膜生物反应器(MBR)系统中调节混合液的方法，其包括将有效量的处理组合物加到混合液中，处理组合物包括水溶性阳离子季铵淀粉或水溶性季铵淀粉/胶掺混物。还公开了一种在MBR系统中改善通量的方法，其包括将处理组合物加到MBR的混合液中。
文档编号C02F1/54GK102892715SQ201080065968
公开日2013年1月23日 申请日期2010年3月31日 优先权日2010年3月31日
发明者王斯靖, S·R·瓦斯康塞罗斯 申请人:通用电气公司