СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПОЛИМЕРОВ В МЕМБРАННОМ БИОЛОГИЧЕСКОМ РЕАКТОРЕ

Способ обработки смешанного раствора в мембранном биологическом реакторе, который включает погруженный мембранный модуль(2) внутри аэрируемого сосуда (1), содержащий добавление к смешанному раствору одного или более количеств эффективного коагулирующего и флоккулирующего водорастворимого катионоактивного, амфотерного или амфионного полимеров, или их комбинации и способы снижения засорения мембраны, усиления потока через мембрану и снижения образования осадка.

Изобретение касается использования водо-растворимого катионоактивного, амфотерного или амфионного полимеров, с целью привести в опре-деленное состояние смешанный раствор в мембранном биологическом реакторе и иметь резуль-татом снижение засорения и увеличение водного потока через мембрану. Изобретение также явля-ется способом использования полимеров, с целью снизить осадкообразование в биореакторах.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Биологическая очистка сточных вод для из-влечения растворенных органических веществ хорошо известна и широко применяется как в ком-мунальных так и в промышленных предприятиях. Этот аэробный биологический процесс общеиз-вестный как очистка сточных вод «активным илом», в котором микроорганизмы потребляют органические соединения вследствие их роста. Процесс обязательно включает осаждение микро-организмов или "биомассы" с целью отделить их от воды и завершить процесс восстановления био-логической
Потребности в Кислороде (ВПК) и ОСВЧ (Общего Содержания Взвешенных Частиц) в очи-щенных сточных водах. Стадия осаждения обыч-но производится в типовом отстойнике.
Таким образом, биологический процесс обу-словлен, необходимостью производить биомассу, которая имеет хорошую способность к осажде-нию. Эти условия особенно трудно поддерживать в течение неустойчивого периода высокой нагруз-ки по органическим загрязнениям и появления загрязняющих веществ, которые являются токсич-ными по отношению биомассам.
Типично, данная обработка сточных вод ак-тивированным илом имеет коэффициент преобра-зования органических веществ в осадок приблизи-тельно 0.5 кг осадка/ кг ХПК (химическая потреб-ность в кислороде) таким образом, приводящая к образованию значительного количества избыточ-ного осадка, который должен быть удален. Расход очистки избыточного осадка составляет прибли-зительно 40-60% от общего расхода водоочистной станцией. Кроме того, традиционный метод раз-мещения отходов может вызвать проблемы вто-ричного загрязнения. Следовательно, интерес к методам снижения объема и массы избыточного осадка быстро растет.
Мембраны, соединенные с биологическими реакторами для очистки сточных вод являются общеизвестными, но широко не практикуются. В этих системах ультрафильтрация (УФ), микро-фильтрация (МФ) или нанофильтрация (НФ) мем-бран восстанавливают осаждение биомассы для адсорбционного разделения. Мембрана может быть установлена в биореактор с резервуаром или в прилегающий резервуар, куда постоянно зака-чивается смешанный раствор из биореактора с резервуаром и назад образующий поток с более низким общим содержанием взвешенных частиц (ОСВЧ), типично меньше чем 5 мг/Л, по сравнению с 20 - 50 мг/л из отстойника. Более важно, что МБР-ы (мембранные биологические реакторы) отделяют биологический процесс от необходимо-сти осаждать биомассу, так как мембрана филь-трует биомассу от воды. Это позволяет функцио-нированию биологического процесса в условиях, которые непригодны в традиционных системах, включающих: 1) высокое содержание ВЧСР (нагрузка по бактериологическим загрязнениям) 10-30 г/Л, 2) увеличение осадка, и 3) сокращенная гидравлическая продолжительность отстаивания. В традиционных системах такие условия могут привести к увеличению объема осадка и низкой осаждаемости.
Преимущество использования МБР включает низкое образование осадка, полное извлечение твердых частиц из потока, обеззараживание пото-ка, пополненный ХПК (химическая потребность кислорода), твердые частицы и извлечение пита-тельных веществ в одиночном нейроне, способ-ность к высокой степени нагрузки, отсутствие проблем с увеличением объема осадка и малая опорная поверхность реактора. Недостатки вклю-чают аэрационные ограничения, засорение мем-браны и затраты на мембрану.
Затраты на мембрану непосредственно связа-ны с площадью мембраны необходимой для объ-ёмной скорости потока через мембрану, или "по-тока". Поток выражается как литры/час/ м2 (ЛМЧ) или галлоны/дни/фут2 (ГФД). Обычно интенсив-ность потока изменяется приблизительно от 10 LМН до 50 ЛМЧ. Эта относительно низкая интен-сивность потока, значительное засорение мембран замедляет рост систем МБР для очистки сточных вод.
Мембрана МБР служит средством связи с так называемым "смешанным раствором", который состоит из воды, растворенных в воде веществ, таких как протеины, полисахариды, взвешенных твердых частиц, таких как коллоидные и частич-ные вещества, совокупности бактерий или "хло-пья", свободные бактерии, протозоа и различные растворенные метаболиты, и составные элементы клетки. В действии, коллоидальные и твердые частицы, и растворенная в воде органика оса-ждаются на поверхности мембраны. Коллоидные частицы образуют слой на поверхности мембраны так называемый "слой осадка ". Образование слоя осадка особенно проблематично в эксплуатации МБР-ов в "тупиковом" состоянии, где отсутствует поперечный поток, т. е. имеет место тангенциаль-ный поток относительно мембраны. В зависимости от пористости "слоя осадка" увеличивается гид-равлическое сопротивление и отклонение потока.
В добавление к образованию осадка на мем-бране, маленькие частицы могут засорять отвер-стия мембраны, состояние засорения может быть необратимым. По сравнению с традиционными способами очистки сточных вод активным илом, размер флокулята (частицы), по имеющимся све-дениям, много меньше, чем в обычных МБР. Так как размеры отверстий мембраны МБР варьиру-ются от 0.04 до 0.4 микрометров, данные частицы меньше чем те, которые могут вызвать закупори-вание отверстий. Закупоривание отверстий увели-чивает сопротивление и уменьшает поток.
Следовательно, возникает постоянная необ-ходимость в создании улучшенных методов очистки смешанных растворов в МБР с целью увеличения потока и снижения засорения мем-бран.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБ-РЕТЕНИЯ
Полимерные водорастворимые коагулянты и флокулянты не использовались в МБР, так как понятно, что чрезмерное полимерное засорение поверхности мембраны приводит к резкому уменьшению мембранного потока.
Однако мы обнаружили, что использование определенного количества водорастворимых ка-тионоактивного, амфотерного или амфионного полимеров в МБР позволяет коагулировать и флоккулировать биомассу в смешанном растворе и существенно ускорить растворение биополиме-ров, снижая засорение мембраны, и в результате можно увеличить до 500 % мембранный поток, не оставляя фактически лишних полимеров в очи-щенной сточной воде действующей дозы. Это увеличение мембранного потока позволяет ис-пользование небольших систем сопровождаю-щихся снижением капитальных затрат, или в каче-стве альтернативы, увеличение объемного потока очищенной сточной воды среди существующих систем с соответствующим снижением эксплуата-ционных расходов.
Соответственно, это изобретение является способом подготовки смешанного раствора в мем-бранном биологическом реакторе содержащий добавление к смешанному раствору одного или более количеств эффективного коагулирующего и флоккулирующего водорастворимого катионоак-тивного, амфотерного или амфионного полимеров, или их комбинации.
Другой аспект, изобретение является спосо-бом очищения сточных вод в мембранном биоло-гическом реакторе, где микроорганизмы потреб-ляют органическое вещество в сточной воде со-держащей смешанный раствор, состоящий из во-ды, микроорганизмов, растворенных в воде ве-ществ и взвешенных твердых частиц, включает
(i) добавление к смешанному раствору од-ного или более количеств эффективного коагули-рующего и флоккулирующего катионоактивного, амфотерного или амфионного полимеров, или их смесь, с целью образовать смесь, состоящую из воды, микроорганизмов, коагулированных и флок-кулированных твердых частиц;
и
(ii) отделение очищенной воды от микроор-ганизмов и коагулированных и флоккулированных твердых частиц фильтрацией через мембрану.
Ещё один аспект, это изобретение является способом, предотвращающим засорение фильтра-ционной мембраны в мембранном биологическом реакторе, где микроорганизмы потребляют орга-ническое вещество в сточной воде содержащей смешанный раствор, состоящий из воды, микроор-ганизмов, растворенных в воде веществ, колло-идных и взвешенных твердых частиц и где очи-щенная вода отделяется от смешанного раствора фильтрацией через фильтрационную мембрану, содержащую добавление к смешанному раствору одного или более количеств катионоактивного, амфотерного или амфионного полимеров, или их комбинации, достаточной чтобы предупредить засорение мембраны.
Ещё один аспект, это изобретение является способом, увеличивающим поток через фильтра-ционную мембрану в мембранном биологическом реакторе, где микроорганизмы потребляют орга-ническое вещество в сточной воде содержащей смешанный раствор, состоящий из воды, микроор-ганизмов, растворенных в воде веществ, колло-идных и взвешенных твердых частиц и где очи-щенная вода отделяется от смешанного раствора фильтрацией через фильтрационную мембрану, содержащую добавление к смешанному раствору с целью увеличения действующего потока одного или более количеств катионоактивного, амфотер-ного или амфионного полимеров, или их комбина-ции.
Ещё один аспект, это изобретение является способом, снижающим образование осадка в мем-бранном биологическом реакторе, где микроорга-низмы потребляют органическое вещество в сточ-ной воде с целью образовать смешанный раствор, состоящий из воды, микроорганизмов и раство-ренного осадка, коллоидных и взвешенных твер-дых частиц и где очищенная вода отделяется от смешанного раствора фильтрацией через мембра-ну, включает
1) добавление к смешанному раствору од-ного или более количеств эффективного коагули-рующего и флоккулирующего катионоактивного, амфотерного или амфионного полимеров, или их комбинации; и
2) увеличение концентрации микроорганиз-мов в смешанном растворе.
Ещё один аспект, это изобретение является способом, снижающим образование осадка в мем-бранном биологическом реакторе, где микроорга-низмы потребляют органическое вещество в сточ-ной воде с целью образовать смешанный раствор, состоящий из воды, микроорганизмов и раство-
ренного осадка, коллоидных и взвешенных твер-дых частиц и где очищенная вода отделяется от смешанного раствора фильтрацией через мембра-ну, включает
1) добавление к смешанному раствору од-ного или более количеств эффективного коагули-рующего и флоккулирующего катионоактивного, амфотерного или амфионного полимеров, или их комбинации; и
2) увеличение времени нахождения микро-организмов в сточной воде.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Рисунок 1 - схематическая диаграмма типич-ной системы мембранного биореактора для био-логической очистки сточных вод состоящего из аэрируемого сосуда 1, погруженного мембранного модуля 2, всасывающего насоса 3, аэрационного устройства 4 для очистки мембраны, аэрационное устройство 5 для биологической реакции и фа-культативного дезинтегратора осадка 6.
Рисунок 2 показывает кривые роста осадка во времени, рассчитанных совместным решением уравнений 1 и 2. Параметры и константы, исполь-зованные в этом расчете, приведены в таблице 1 и 2. Коэффициент оценки осадкообразования в со-держании взвешенных частиц в смешанном рас-творе (ВЧСР) (например, 18,000 мг Л-1) может быть получен по углу касательной. Поэтому "нулевой угол" означает "отсутствие осадкообразования".
На рисунке 2 , угол касательной 1) уменьша-ется с высокой гидравлической продолжительно-стью отстаивания (ГПО) в то время как ВЧСР остаётся постоянной и 2) уменьшается с высоким ВЧСР в то время как ГПО остаётся постоянной. В первом случае, в котором ВЧСР остаётся постоян-ной, например 14,000 мг/Л, отсутствие избыточно-го осадка будет вызвано увеличением ГПО до 12 часов. Во втором случае, в котором ГПО зафикси-ровано, например 10 часов, отсутствие осадка будет вызвано увеличением ВЧСР до 17,000 мг/Л.
Продолжительность отстаивания осадка (ПОО) рассчитывается делением общего количе-ства осадка в биореакторе (кг) на интенсивность извлечения осадка (кг/день). Поэтому ПОО будет увеличиваться с уменьшением продукции осадка, до тех пор пока он станет «бесконечным» без из-быточной продукции осадка.
В процессе биологической очистки сточных вод, микроорганизмы в биореакторе растут с по-глощением органического субстрата содержаще-гося в сточной воде. К тому же микроорганизмы дышат эндогенно, потребляя себя. Это явление описывается уравнением (1), где микробный рост выражается левой частью уравнения минус эндо-генное дыхание, представленное кинетическим уравнением первого порядка (KdX) в крайней пра-вой стороне уравнения.


где µm- максимальная уд (1) ельная интенсив-ность роста (день-1), Кs - половина константы насыщения (мг Л-1), kd - константа эндогенного разложения (день-1), Sе - концентрация субстрата в смешанном растворе (мг Л -1), х - ВЧСР (мг Л -1), и t-время (дни).
Во время роста микроорганизмов, значитель-ная часть субстрата (органические загрязняющие вещества в притоке) потребляется, а некоторая часть уходит с оттоком. Этот баланс может быть описан уравнением (2), где первая часть выраже-ния в правой стороне выражает равенство органи-ческой массы в притоке и оттоке, а вторая часть - субстрат, потребляемый микроорганизмами.

где - скорость притока (м3/день-1), и Y- ко-эффициент отдачи (кг ВЧСР кг ХПК-1), V - объём реактора (м3) и приток ХПК (мг Л-1). Все константы и параметры, использованные при расчетах, при-ведены в таблицах 1 и 2.



Таблица 1
Значения кинетических и стехиометрических параметров использованных в расчете





Таблица 2
Значения рабочих параметров, использованных в расчете

*Грэди и другие (1999)

1. Нагаока X., Яманиши С. и Майя А. (1998) Моделирование засорения внеклеточными полимерами, в мембранном
отделении системой активного ила, Наука о воде и Технологии 38 (4-5) 497- 504.
2. Хензе М., Грэди С.П.Л., Гайер В., Марайс Г.В.Р. и Матсуо Т. (1987) Общая модель системы очистки сточных вод от
осадка, Исследование вод 21(5) 505-515.
3. Грэди С. П. Л., Дайггер Г.Т. и Лим Х.С., (1999) Биологическое очищение сточных вод, стр. 61-125, Марсель Дэккер,
Нью-Йорк.


ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Определения терминов
Приведенные здесь сокращения и термины имеют следующие значения: АкАм - для акрила-мида; ДМАЭА.БХЧ для диметиламиноэтилакри-лат бензилхлорида четвертичной соли; ДМА-ЭА.МХЧ для диметиламиноэтилакрилат метил-хлорида четвертичной соли; Эпи-ДМА для эпихлоргидрин-диметиламин; ДАДМАХ для хло-рида диаллилдиметиламмония; пДАДМАХ для поли(полидиаллилдиметиламмония хлорида); и ПЭИ для полиэтиленимина.
"Амфотерный полимер" означает полимер, происходящий одновременно от катионоактивно-го мономера и анионного мономера и, возможно, других неионных полимеров. Амфотерные поли-меры могут иметь положительный или отрица-тельный заряд. Характерные амфотерные полиме-ры включают акриловую кислоту / сополимер ДМАЭА.МХЧ, ДАДМАХ / сополимер акриловой кислоты, ДАДМАХ /акриловая кислота/ тройной сополимер акриламида, и подобные.
Амфотерный полимер может также быть по-лучен из амфионных мономеров и катионоактив-ных или анионных мономеров и возможно из не-ионных мономеров. Характерные амфотерные полимеры, содержащие амфионные мономеры включают ДМАЭА.МХЧ / N,N-диметил-N- метак-риламидопропил -N-(3- сульфопропил)- бетаин аммония сополимер, акриловая кислота /N,N-диметил-N-метакриламидопропил-N-(3-сульфопропил)- бетаин аммония сополимер и ДМАЭА.МХЧ /Акриловая кислота /N,N-диметил-N-метакриламидопропил-N-(3-сульфопропил)-тройной сополимер бетаин аммония и подобные.
"Анионный мономер" означает мономер, определенный здесь как мономер, который обла-дает отрицательным зарядом с определенной ве-личиной рН. Характерные анионные мономеры включают акриловую кислоту, и её соли, включая, но не ограничивая акрилатом натрия, и акрилатом аммония, метакриловой кислотой, и её солями, включая, но, не ограничивая метакрилатом натрия, и метакрилатом аммония,
2 - акриламид -2 - метилпропансульфоновая кислота (АМПС), натриевая соль АМПС, винил-сульфонат натрия, сульфонат и стирол, малеино-вая кислота, и её соли, включая, но, не ограничи-вая натриевую соль и соль аммония, сульфоната, итаконата, сульфопропил акрилата или метакри-лата или другие водорастворимые образования этих или других карбоновых и сульфоновых кис-лот, способных к полимеризации. Сульфометили-рованный акриламид, аллилсульфонат, винил-сульфонат натрия, итаконовая кислота, акрила-мидометилбутановая кислота, фумаровая кислота, винилфосфоновая кислота, винилсульфоновая кислота, аллилфосфоновая кислота, Сульфоме-тилированный акриламид, фосфонометилирован-ный акриламид, и подобные им.
"Катионоактивный полимер" означает поли-мер, имеющий полностью положительный заряд. Катионоактивные полимеры в данном изобрете-нии включают полимеры, которые состоят из ка-тионоактивных мономеров и полимеров. Катионо-активные полимеры также включают конденсаци-онные полимеры эпихлоргидрина и диалкил моноамина или полиамина и конденсационные полимеры этилендихлорида и аммиака или фор-мальдегида и аминных солей. Катионоактивные полимеры данного изобретения включают раство-ры полимеров, эмульсии полимеров, дисперсион-ные полимеры и структурно измененные полиме-ры описанные в РСТ /US01/10867.
"Катионоактивный мономер" означает моно-мер, который принимает результирующий поло-жительный заряд. Характерные Катионоактивные мономеры включают, диалкиламиноалкил акри-латы и метакрилаты и их четвертичны или кислые соли, включая но, не ограничивая, следующие мономеры -диметиламиноэтилакрилат метилхло-рида четвертичной соли, диметиламиноэтилме-такрилат метилсульфат четвертичной соли, диме-тиламиноэтилакрилат бензилхлорида четвертич-ной соли, диметиламиноэтилакрилат соли серной кислоты, диметиламиноэтилакрилат соли соляной кислоты, диметиламиноэтилакрилат метилхлорид четвертичной соли, диметиламиноэтилметакрилат метилсульфат четвертичной соли, диметиламино-этилметакрилат бензилхлорида четвертичной соли, диметиламиноэтилметакрилат соли серной кислоты, диметиламиноэтилметакрилат соли со-ляной кислоты, диалкиламиноалкилакриламиды или метакриламиды и их четвертичные или кис-лые соли такие как хлорид акриламидопропи-лтриметиламмония, диметиламинопропилакрила-мид метилсульфат четвертичной соли, димети-ламинопропилакриламид соли серной кислоты, диметиламинопропилакриламид соли соляной кислоты, хлорид метакриламидопропилтримети-ламмония, диметиламинопропилметакриламид метилсульфат четвертичной соли, диметиламино-пропилметакриламид соли серной кислоты, диме-тиламинопропилметакриламид соли соляной кис-лоты, диэтиламиноэтилакрилат, диэтиламино-этилметакрилат, хлорид диаллилдиэтиламмония и хлорид диаллилдиметиламмония. Алкил группы являются в основном С1-4 алкил.
"Подготовка" означает выделение раствори-мых биополимеров и коагулирование и флоккули-рование частичных и коллоидных органических веществ в смешанном растворе, чтобы образовать большие совокупности частиц, результатом чего является увеличение потока через фильтрацион-ную мембрану мембранного биореактора и сни-жение засорения мембраны.
"Гидравлическая продолжительность отстаи-вания" (ГПО) означает время пребывания сточной воды в биореакторе. Она находиться делением общего объёма биореактора на интенсивность потока.
"Смешанный раствор" или "осадок" означает смесь сточной воды, микроорганизмов, использу-емая для вырождения органических веществ в сточной воде, органосодержащие вещества полу-ченных из клеточных биологических видов, кле-точные субпродукты и/или отходы, или остатки. Смешанный раствор может также содержать кол-лоидные и частицы веществ (т. е. биомасса/ твер-дые вещества биологического происхождения) и/или растворенные молекулы или биополимеры (т. е. полисахариды, протеины, и т.д.).
"Взвешенные твердые частицы в смешанном растворе" (ВЧСР) означает концентрацию био-массы, которая является очищающим органиче-ским материалом, в смешанном растворе.
"Мономер" означает полимеризуемое алли-лиловое, виниловое или акриловое соединение. Мономер может быть анионным, катионным или неионным. Виниловые мономеры предпочтитель-ны, акриловые мономеры более предпочтительны.
"Неионный мономер" означает мономер, ко-торый электрически нейтрален. Представители неионных мономеров включают акриламид, ме-такриламид, N метилакриламид, N, N- диме-тил(мет)акриламид, N, N- диэтил(мет)акриламид, N -изопропил(мет)акриламид, N –t-бутил(мет)акриламид, N-(2- гидроксипропил) ме-такриламид, N -метилолакриламид, . N - винил-формамид, N - винилацетамид, N -винил- N -метилацетамид, поли (этилен гли-коль)(мет)акрилат, поли(этилен гликоль) мономе-тил эфир моно(мет)акрил, N -винил-2-пиролидон, глицерин моно(мет)акрилат, 2-гидроксиэтил(мет)акрилат, 2- гидроксипро-пил(мет)акрилат, винил метилсульфон, винил аце-тат, глицидил(мет)акрилат, и подобные.
"Предотвращение" включает одновременно два понятия предотвращающий и тормозящий.
"Продолжительность отстаивания осадка" (ПОО) означает количество времени, которое мик-роорганизмы находятся внутри биореактора, и которое приблизительно необходимо для образо-вания осадка. ПОО рассчитывается делением об-щего осадка в биореакторе на интенсивность из-влечения осадка.
"Амфионный мономер" означает полимеризу-емую молекулу, содержащую катионоактивные и анионные (заряженные) функционально в равных пропорциях так, что молекула является нейтраль-ной. Характерные амфионные мономеры включа-ют N , N - диметил- N -акрилоилоксииэтил-. N -(3-сульфопропил)- бетаин аммония, N, N -диметил- N -акриламидопропил- N -(2-карбоксиметил) - бета-ин аммония, N ,N -диметил- N -акриламидопропил- N -(З-сульфопропил)- бетаин аммония, N, N диме-тил- N -метакриламидопропил- N -(З-сульфопропил)- бетаин аммония (ДММАПСБ), N, N -диметил- N -акриламидопропил- N -(-карбоксиметил)-бетаин аммония, 2-(метилтио) этил метакрилоил-S-(сульфопропил)- бетаин сульфония, 2-[(2-акрилоилэтил)диметиламмонио] этил 2-метил фосфат, 2-(акрилоилоксиэтил)-2'-(триметиламмоний)этил фосфат, [(2- акрилоил-этил) диметиламмонио]метил фосфоновой кисло-ты, 2- метакрилоилоксиэтил фосфорилхолин (МФХ), 2-[(3-акриламидопропил)диметиламмонио]этил 2-изопропил фосфат (ААПИ), 1-винил-3-(3-сульфопропил) гидроксид имидазолия, (2-акрилоксиметил) карбоксиметил хлорид метил сульфония, 1-(3-сульфопропил)-2-винилпиридин бетаина, N -(4-сульфобутил)- N -метил- N, N -диаллиламин аммония бетаин (МДАБС), N, N -диаллил- N -метил- N -(2-сульфоэтил) бетаин ам-мония, и подобные. Предпочтительным амфион-ным мономером является N, N -диметил- N -метакриламидопропил- N -(3-сульпропил) - бетаин аммония.
"Амфионный полимер" означает полимер, со-стоящий из амфионных мономеров и, возможно, других не ионных мономеров. Представители ам-фионных полимеров включают гомополимеры, такие как гомополимер от N, N -диметил - N -(2-акрилоилоксиэтил)- N -(3-сульфопропил) бетаин аммония, сополимеры, такие как сополимер от акриламида и N -диметил- N -акрилоилоксиэтил)- N-(3- сульпропил) бетаин аммония и тройные со-полимеры, такие как тройной сополимер акрила-мида, N -винил-2-пирролидон, и 1-(3-сульфопопил) -2-винилпиридин бетаина. В амфионных полиме-рах все полимерные цепи и звенья внутри этих цепей электрически строго нейтральны. Поэтому, амфионные полимеры представляют подгруппу амфотерных полимеров, непременно поддержи-вающих заряд нейтральным во всех полимерных цепях и звеньях, потому что оба заряд аниона и заряд катиона размещаются внутри идентичного амфионного мономера.
"Приведенная удельная вязкость" (ПУВ) явля-ется показателем длины цепи полимера и средней молекулярной массы. ПУВ измеряется заданной концентрацией полимера и температуры и рас-считывается как изложено ниже:

где η = вязкость полимерного раствора;
η о = вязкость растворителя той же темпера-туры; и
с = концентрация полимера в растворе.
Как использовалось здесь, единицей концен-трации "с" является (граммы/100мл или
г/децилитр). Следовательно, единицей изме-рения ПУВ является дл/г. ПУВ измеряется при температуре 30° С. Вязкость η и η0 измеряются использованием вискозиметра Кеннон-Юббелохда 75 формата. Вискозиметр устанавливается в вер-тикальном положении при постоянной температу-ре термостата установленной на 30±0.02° С.
Погрешность в расчете ПУВ составляет около 2 дл/г. Схожие измерения ПУВ для двух линейных полимеров той же самой или очень схожей компо-зиции является её единственным указанием того, что полимеры имеют одинаковую молекулярную массу, при условии, что образцы полимеров обра-ботаны одинаково и что ПУВ измерены в одина-ковых условиях.
IV есть характеристическая вязкость, которая является ПУВ в пределах бесконечного разбавле-ния полимера (то есть концентрация полимера равна нулю). IV, как использовалось здесь, нахо-дится из отрезка, отсекаемого на оси Y от начала координат, диаграммы ПУВ в сравнении с концен-трацией полимера в диапазоне 0.015-0.045% веса полимера.
Предпочтительные варианты (осуществления изобретения)
Водорастворимые катионоактивные, амфо-терные или амфионные полимеры данного изобре-тения добавляются в установку МБР, с целью ак-тивизации коллоидных частиц, таких как фраг-менты клетки и единичные бактерии, в совокупно-сти или хлопьеобразных структурах и/или увели-чения пористости "слоя осадка". Водораствори-мые полимеры могут быть растворами полимеров, латексными полимерами, сухими полимерами или дисперсионными полимерами.
"Латексный полимер" это обратимая водно-масляная полимерная эмульсия включающая ка-тионоактивный, амфотерный или амфионный по-лимер согласно изобретению в водной фазе, угле-водородное масло для масляной фазы, водно-масляный эмульгатор и потенциально обратимый сульфамид. Обратимые полимерные эмульсии являются углеводородом с постоянными водорас-творимыми полимерами, распределенными ча-стицами размером с микрон в межклеточном мате-риале углеводорода. Тогда латексные полимеры являются "инвертированными" или активирован-ными для использования освобожденным полиме-ром частиц, использующихся при сдвиге, разбав-лении и, в целом, другой сульфамид, который мо-жет или не может быть компонентом обратимой эмульсии.
Приготовление водно-масляных эмульсион-ных полимеров было описано, например, в патен-тах США №№ 2,982,749; 3,284,393; и 3,734,873. Смотрите также Ханкеле эт ал., "Механизм, Кине-тика и Моделирование Гомополимеризации Ин-версной Микровзвеси Акриламида", Полимер (1989), 30(1), 127-42; Ханкелер и так далее, "Ме-ханизм, Кинетика и Моделирование Полимериза-ции: 2 Инверсной Микровзвеси Акриламида с Чет-вертичными Аммониевыми Катионоактивными Мономерами ", Полимер (1991), 32(14), 2626-40.
Латексный полимер готовится растворением требуемого количества мономеров в водной фазе, растворением эмульгирующего агента (ов) в мас-ляной фазе, эмульгирование водной фазы в масля-ной фазе, чтобы приготовить водно-масляную эмульсию, в некоторых случаях гомогенизирова-ние водно-масляной эмульсии, полимеризование мономеров, растворенных в водной фазе водно-масляной эмульсии, чтобы получить полимер как водно-масляную эмульсию. Если требуется, то самоинверсный сульфамид может быть добавлен после завершения полимеризации, с целью полу-чения водно-масляной самоинверсной эмульсии.
"Дисперсный полимер" означает водораство-римый дисперсный полимер в сплошной водной фазе, содержащий неорганические/органические соли. Характерными представителями примеров полимеров, приготовленных диспергированием полимеризованных водорастворимых мономеров в сплошной водной фазе, найдены, например, в па-тентах США за №№ 4,929,655; 5,006,590; 5,597,859; и 5,597, 858; в Европейских патентах № № 657,478; и 630,909 и РСТ/US01/09060.
Общая процедура производства диспергиро-ванных полимеров следующая. 5 Виды и количе-ство специфических компонентов в формуле (например, соли и полимеры стабилизаторы) бу-дут сильно изменяться в зависимости от отдельно-го полимера, который был синтезирован.
Водный раствор, содержащий одну или более неорганических солей, один или более мономеров и любые дополнительные водорастворимые мо-номеры, любые полимеризированные добавки, такие как хелатные соединения, буферы водород-ного показателя, реагенты цепного шлеппера, реагенты разветвления и структурообразования и один или более водорастворимый стабилизатор полимеров загружаются в реактор, снабженный смесителем, термопарой, продувочной трубой для азота и водяным конденсатором.
Мономерный раствор сильно смешивается, нагревается до желаемой температуры, а затем добавляется водорастворимый инициатор. Рас-твор продувается азотом при поддержании тем-пературы и смешивания в течение нескольких часов. После этого времени продукты охлаждают-ся до комнатной температуры, и любые последу-ющие полимеризационные добавки загружаются в реактор. Водная дисперсия водорастворимых полимеров является свободно плавающей жидко-стью с вязкостью продукта в целом 100-10,000 сР, измеренная при низком сдвиге.
"Раствор полимера" означает водораствори-мый полимер в сплошном водном растворе.
В процессе полимеризации раствора, один или более мономеров добавляется в резервуар с последующей нейтрализацией с подходящим ос-нованием. Затем вода добавляется в реакционную ёмкость, которая затем нагревается и продувается. Ускорители процесса полимеризации могут быть добавлены в резервуар в начальной стадии или постепенно в течение хода реакции. Водный рас-твор инициаторов полимеризации, таких как лю-бой азо или восстановительно-окислительный инициатор или их комбинации добавляются наря-ду с раствором мономера в реактивную смесь при раздельной подаче через равный промежуток времени. Нагревание или охлаждение может быть использовано, как необходимость, чтобы контро-лировать интенсивность реакции.
"Сухой полимер" означает полимер, подго-товленный при полимеризации геля. В процессе полимеризации геля, водный раствор водораство-римых мономеров, как правило, 20-60 % концен-трации по весу, наряду с любой полимеризацией или процессом добавки таких как, хелатные со-единения, буферы водородного показателя, реа-генты цепного шлеппера, или поверхностно-активных веществ, помещенных в изолированную реакционную емкость, снабженную продувочной трубой для азота.
Инициатор полимеризации добавляется, рас-твор продувается азотом, и температура реакции может повышаться бесконтрольно. Когда полиме-ризованная масса охлаждается, получающийся в результате гель извлекается из реактора, расщеп-ляется, высушивается и размалывается на требуе-мые размеры частиц.
Целесообразным аспектом этого изобретения является то, что водорастворимые катионоактив-ные, амфотерные или амфионные полимеры имеют молекулярную массу приблизительно от 2,000 до 10,000,000 дальтон.
Другим целесообразным аспектом этого изобретения является то, что катионоактивный полимер - сополимер акриламида и один или бо-лее катионных мономеров подбирается из хлори-да диаллилдиметиламмония, диметиламиноэтила-крилат метилхлорида четвертичной соли, димети-ламиноэтилметакрилат метилхлорида четвертич-ной соли и диметиламиноэтилакрилат бензилхло-рида четвертичной соли.
Другим целесообразным аспектом этого изобретения является то, что катионоактивный полимер имеет заряд катиона, по меньшей мере, около 5 молекулярных процентов.
Другим целесообразным аспектом этого изобретения является то, что катионоактивный полимер является хлоридом диаллилдиметилам-мониум /акриламид сополимером.
Другим целесообразным аспектом этого изобретения является то, что амфотерный полимер подбирается из диметиламиноэтилакрилат метил-хлорида четвертичной соли/акриловой кислоты сополимера, хлорида диаллилдиметиламмония / акриловой кислоты сополимера, соли димети-ламиноэтилакрилат метилхлорида /N,N-диметил- N- метакриламидопропил- N-(3- сульфопропил)- бетаин аммония сополимер, акриловая кислота/ N , N -диметил- N -метакриламидопропил- N -(З-сульфопропил)- бетаин аммония сополимер и ДМАЭА.МХЧ /Акриловая кислота/ N, N -диметил- N -метакриламидопропил- N -(3-сульфопропил)-тройной сополимер бетаин аммония.
Другим целесообразным аспектом этого изобретения является то, что амфотерный полимер имеет молекулярную массу от 5,000 до 2,000,000 дальтон.
Другим целесообразным аспектом этого изобретения является то, что амфотерный полимер имеет соотношение эквивалента заряда катиона к эквиваленту заряда аниона от 0,2:9.8 до 9.8:0.2.
Другим целесообразным аспектом этого изобретения является то, что катионоактивный полимер имеет заряд катиона 100 молекулярных процентов.
Другим целесообразным аспектом этого изобретения является то, катионоактивный поли-мер имеет молекулярную массу от 2,000 до 500,000 дальтон.
Другим целесообразным аспектом этого изобретения является то, что водорастворимый катионоактивный полимер подбирается из группы состоящей из хлорида полидиаллилдиметиламмо-ния, полиэтиленимин, полиэпиамин, полиэпиа-мин поперечно-связанный с аммонием или этилен-диамином, конденсационный полимер этиленди-хлорида и аммония, конденсационный полимер триэтаноламина и талловое масло кислоты жир-ного ряда, поли (диметиламиноэтилметакрилат соли серной кислоты) и поли (диметиламиноэти-лакрилат метилхлорида четвертичной соли).
Другим целесообразным аспектом этого изобретения является то, что водорастворимый амфионный полимер состоит из 1 - 99 молекуляр-ных процентов N, N -диметил- N -метакриламидопропил- N-(3-сульфопропил)-бетаин аммония и 99 - 1 молекулярных процентов одного или более неионных мономеров.
Другим целесообразным аспектом этого изобретения является то, что неионный мономер является акриламидом.
Установка МБР объединяет два основных процесса: биологическое разложение и мембран-ное разделение в единый процесс, где взвешенные частицы и микроорганизмы, ответственные за биодеградацию отделяются от очищенной воды мембранными фильтрационными установками. Смотрите Процессы Очистки Сточных Вод через Мембрану, МакГроу-Хилл, 1996, стр. 17.2. Чистая биомасса замкнутая внутри системы, предусмат-ривающей оба контроля продолжительности об-работки для микроорганизмов в реакторе (возраст осадка) и дезинфекцию потока.
В типичной установке МБР, приток сточной воды 7 закачивается или затекает под действием сил тяжести в аэрируемый сосуд 1, где он вступает в контакт с биомассой и биологически разделяет органические материалы в сточной воде. Аэраци-онное устройство 5, такое как воздуходувка, снабжает кислородом биомассу. Получающийся смешанный раствор закачивается из аэрируемого сосуда в мембранный модуль 2, где он фильтрует-ся через мембрану под давлением или извлекается через мембрану в условиях вакуума. Поток 11 выпускается из системы, в то время как концен-трированный смешанный раствор возвращается в биореактор. Избыточный осадок 9 откачивается с целью поддержать постоянный возраст осадка, а мембрана регулярно очищается обратной про-мывкой, химической промывкой, или и то и другое.
Мембраны, используемые в установках МБР включают ультра-, микро- и нанофильтрацию, внутреннюю и внешнюю оболочки, полые волок-на, трубчатые, плоские, органические, металличе-ские, керамические и тому подобные. Предпочти-тельные мембраны для коммерческого применения включают полые волокна с внешним ультрафиль-тром, с плоскими микрофильтрами (в комплекте) и полые волокна с внешним микрофильтром.
Предпочтительные материалы для мембраны включают хлорированный полиэтилен (ПВХ), поливинилиденфторид (ПВХФ), полиакрилонит-рил (ПАН), полисульфон (ПСФ), полиэфирсульфон (ПЭС), поливиниловый спирт (ЛВС), ацетат цел-люлозы (АЦ), восстановленная целлюлоза (ВЦ) также как и неорганика.
Дополнительные устройства для дезинтегра-тора осадка 6 могут быть присоединены к МБР, чтобы повысить разложение осадка. Избыточный осадок 9 из аэрируемый сосуд 1 откачивается в дезинтеграционное устройство для дальнейшей деградации. Сжиженный осадок 8 дезинтеграци-онного устройства возвращается в оборот в био-реактор снова и будет использован как подпитка. Примеры устройств дезинтеграции осадка вклю-чают озонирование, щелочную очистку, термиче-скую обработку, ультразвук и тому подобное. В данном случае протоплазменные материалы, со-держащиеся в дезинтеграционном осадке способ-ствуют увеличению уровня биополимера (т.е. про-теины, полисахариды) в смешанном растворе. Этот дополнительный биополимер извлекается полимерной очисткой описанной здесь.
Сточная вода может быть предварительно обработана перед поступлением в МБР. Напри-мер, решетка, отстойник для песка или вращаю-щаяся барабанная решетка может быть использо-вана, чтобы достичь извлечения крупных частиц.
На промышленных предприятиях, где присут-ствуют искусственные масла в неочищенной сточ-ной воде, такие как нефтеочистительный завод, предварительное отделение масла совершается в установках, таких как наклонный пластинчатый сепаратор и флотационная установка, эжектиру-ющая воздух (ФЭВ). Часто, катионоактивный фло-кулянт такой как сополимер ДМАЭМ и АкАм ис-пользуется в установках ФЭВ, чтобы увеличить извлечение масла. К тому же, иногда избыточный фосфат осаждается в биореакторе, с добавлением металлических солей, таких как хлорид железа, так что фосфаты не проходят через мембрану и в конечный поток.
В зависимости от завершения пользования водой и чистоты прохождения в МБР очищенная сточная вода может также быть подвергнута по-вторной очистке. Например, в обработке воды, где очищенная сточная вода, в конечном счете, по-полняет водоносный пласт, используется как ис-точник питьевой воды, растворенное вещество может быть более того очищено с обратным осмо-сом (ОО), чтобы снизить содержание растворен-ных минералов. Если вода должна быть возвра-щена обратно в технологический процесс, тогда требования этого процесса могут неизбежно по-влечь за собой дальнейшую очистку растворенно-го вещества для извлечения стойких органических веществ, не извлеченных посредством МБР. Такие процессы как нанофильтрация и угольное погло-щение могут быть использованы в этих случаях. В конечном счете, все биологически очищенные сточные воды могут быть более того обеззараже-ны до выпуска в приемный поток, как правило, добавляя, гидрохлорид натрия, хотя это не требу-ется для выпуска в городскую канализацию.
Как рассмотрено выше, в процессе МБР пол-ное удержание биоммасы мембранным процессом делает возможным поддержание высокой ВЧСР в биореакторе, и этот высокий ВЧСР позволяет уве-личить продолжительность отстаивания твердых частиц (ПОО). Следовательно, интенсивность про-изводства осадка в МБР, которая обратно про-порциональна ПОО, намного ниже по сравнению с традиционными процессами активации осадка около 0.3 кг/ осадка/ кг ХПК. Однако, расходы по очистке осадка в установках МБР составляют 30-40% общих затрат.
Как рассмотрено выше, производство осадка может быть просто резко снижено увеличением ГПО или ВЧСР биореактора. Однако этот метод будет ускорять загрязнение мембраны и может, в конечном счете, увеличить частоту очистки мем-браны.
В действительности высокий ГПО и высокий ВЧСР обусловливает высокий ПОО. При этих условиях, микроорганизмы остаются в биореакто-ре длительный период, в течение которого некото-рые старые микроорганизмы автоматически раз-лагаются. В течение этого процесса разложения производится существенное количество многочис-ленных протоплазменных материалов, таких как полисахариды, протеины и т.п. Эти материалы общеизвестны как "биополимеры". Этот биополи-мер будет добавлен к основному биополимеру, так называемому внеклеточному полимеру (ВКП) выделенными микроорганизмами. Следовательно, высокий ПОО вызывает высокий уровень биопо-лимера, который является главным загрязнителем мембраны.
Следовательно, снижение осадка увеличени-ем ГПО и/или ВЧСР ограничивается интенсивным засорением мембраны биополимерами. Высокий уровень биополимера в смешанном растворе мо-жет быть снижен использованием полимеров в данном изобретении вступающих в реакцию с коагулирующими и флоккулирующими биополи-мерами, образуя нерастворимый осадок в виде больших частиц.
На практике, в новых установках МБР произ-водство осадка может быть снижено на 50-90%, как и использование полимеров описанных здесь позволяет увеличить ГПО на 10-15 часов без уве-личения ВЧСР.
В отношении существующей установки, где ГПО неизменна, производство осадка может быть уменьшено на 30-50%, использование полимера, описанного здесь позволит увеличить ВЧСР на 2-2.5 %.
Катионоактивный, амфотерный или амфион-ный полимеры вводятся в аэрируемый резерву-ар/биореактор различными средствами, например дозированием в сточную воду через линию подачи впереди биореактора или дозированием непосред-ственно в биореактор.
Во всех случаях полимер должен быть тща-тельно перемешан со смешанным раствором в биореакторе, чтобы максимизировать абсорбцию. Это может сопровождаться подачей полимера в биореактор, где расположена аэрационная насад-ка. Так называемые "застойные" зоны в биореак-торе имеющие отсутствие течения следует избе-гать. В некоторых случаях, погруженная пропел-лерная мешалка необходима для увеличения сме-шивания в резервуаре, или осадок может быть снова перемешан через одностороннюю циркуля-ционную петлю.
Полимерные растворы могут быть дозирова-ны использованием химических дозаторных насо-сов, таких как ЛМИ модель 121 от Милтон Рой (Актон, МА).
Рекомендованные дозировки полимеров, ос-нованных на смешанном растворе в биореакторе, приблизительно от 1 до 2000 промиль на активной основе, ВЧСР (взвешенные твердые частицы сме-шанного раствора) приблизительно 1-2%. Если ВЧСР меньше 1 %, пропорционально может быть использована меньшая доза полимера. Полимер может периодически подаваться непосредственно в смешанный раствор биореактора или в линию подачи сточной воды. Полимер может подаваться с перерывами (подаваемая порция) или непрерыв-но в сточную воду. Если полимер подается непре-рывно в сточную воду, тогда доза должна быть значительно ниже от 0.25 до 10 промиль.
Избыточная доза полимера может быть ре-зультатом сниженной биологической активности и удаления органических веществ в биореакторе. По этой причине первоначально следует использо-вать низкую дозу полимера: например от 25 до 100 промиль в смешанном растворе. Затем может подаваться дополнительный полимер, чтобы уве-личить поток для поддержания биологической активности. Растворенное вещество в смешанном растворе мембранного разделения ООУ (общий органический углерод), ХПК (химическая потреб-ность в кислороде), или БПК (биологическая по-требность в кислороде) может быть проконтроли-рована, чтобы установить биологическую актив-ность.
Поочередно с помощью мерного сосуда могут быть проведены тесты с образцами смешанного раствора. Используя четырех лопастную мешал-ку, образцы сосудов дозируются последовательно большим количеством полимера; один сосуд оста-ется необработанным. После смешивания образцы отстаиваются в течение нескольких часов так, чтобы твердые частиц могли осесть на дно сосуда. Мутность воды на поверхности осевших частиц (надосадочная жидкость) измеряется, чтобы уточ-нить эффективность дозы полимера. Можно ис-пользовать измеритель мутности компании Хэш (Лавлэнд, Ко). Доза, которая даёт в сосуде мень-шую мутность, чем не обработанный образец обычно увеличивает поток в МБР.
В случае передозировки полимера дозирова-ние полимера следует остановить пока биологи-ческая активность не возвратиться к нормальному уровню. Это также может быть необходимо для выделения большего осадка из биореактора, что-бы помочь в восстановлении биологической ак-тивности. Добавление сохраняющих биоувеличе-ние продуктов содержащих соответствующие бактерии могут также быть полезны в восстанов-лении активности после полимерной передозиров-ки.
Вышеизложенное может быть лучше понято при обращении к следующим примерам, которые представляются с целью иллюстрации и не пред-назначены для ограничения объема данного изоб-ретения.
Характерные катионоактивные, амфотерные и амфионные полимеры данного изобретения пе-речислены в таблице 3. Полимеры В и С из Сиба (Тэрритаун, Нью-Йорк); полимеры М и N из БАСФ (Маунт Оливе, Нью-Джерси). Все другие полиме-ры из Ондео Налко Кампани, Напервилле, Илли-нойс.


Таблица 3
Представленные полимеры





Пример 1

Образец аэробно сброженного смешанного раствора среднезападной городской станции очистки сточных вод (ОСВЧ около 10-1.5%) сме-шивается с характерным водорастворимым поли-мером настоящего изобретения, используя ло-пастную мешалку с 110 оборотами за 5 минут. Затем смесь помещается в мешалку (Модель Ами-кон 8400 Стайрред Селл, Корпорация Миллипорэ, Бэдфорд, МА) и пропускается через а Дюрапорэ поливинилдинидифлуоридовую мембрану с номи-нальным размером пор 0.1 микрон и эффективной площадью мембраны 0.0039 м2 (Корпорация Мил-липорэ, Бэдфорд, МА), при постоянном давлении 26 фунт/дюйм2 (фунт на квадратный дюйм). Поток определяется взвешиванием растворенного веще-ства в определенные промежутки времени на Мо-дели Меттлер Толедо ПЖ5002С для выравнива-ния нагрузки. Вес записывается с интервалами 2 или 6 секунд компьютером. Объем рассчитывается при концентрации 1 г/мл без температурной кор-рекции для полученной концентрации. Поток рас-считывается по следующей формуле:
J = 913.7 ΔW/Δt
где J = поток (Л/м2 /час);
ΔW = разница между 2 весовыми измерениями (в граммах); и
Δt = разница между 2 временными измерения-ми (в секундах).
Результаты приведены в таблице 4.

Таблица 4
Мембранный поток для характерных Катионноактивных Полимеров в Смешанном Растворе
при 26 фунтах на квадратный дюйм


Дополнительные исследования проводились на смешанном растворе с идентичной станции муниципальной очистки. В этих экспериментах образцы смешанного раствора с и без полимера смешивались с 275 оборотами в 15 минут до опы-тов в камере Амикон. Давление подачи в камеру равнялось 15 фунтов на квадратный дюйм. Ре-зультаты приведены в таблице 5.

Таблица 5
Мембранный поток для характерных Катионноактивных Полимеров в Смешанном Растворе
при 15 фунтах на квадратный дюйм


Приведенные данные в таблицах 4 и 5 ясно показывают значительное увеличение потока через мембрану при использовании водораство-римых катионоактивных полимеров для очистки осадка. В частности, NНз - поперечно-связанный Эпи-ДМА показывает именно такое 700% увели-чение в потоке, и РЕI показывает увеличение на 1500%. Другие катионоактивные полимеры, вклю-чая линейные Эпи-ДМА и пДАДМАХ, также пока-зывают увеличение потока по отношению к не очищенному осадку.
Пример 2
Излишек растворимых катионоактивных по-лимеров измеряется добавлением различного ко-личества характерного катионноактивного поли-мера (Эпи-ДМА) к смешанному раствору из ком-мунальных установок по очистке сточных вод Среднего Запада, размешивая смесь 110 оборота-ми, центрифугированием 20 оборотами в течение 25 минут и затем измеряя остаток полимера в жид-кости коллоидным титрованием 0.001М раствора соли калия поливинилсерной кислоты (ПВСК). Итоговые результаты приведены в таблице 6.

Таблица 6
Остаточный Полимер, указанный в промилле
Активность полимера в осадке Активность полимер в жидкости
0 0
22.5 0
45 0
90 0
135 0
1350 4.5
1800 79.7
2250 211
4500 1650

Как показано в таблице 6, остаточные поли-меры не выявлены в центрифугированном водном растворе в дозах полимера, которые в результате существенно увеличивают мембранный поток. Дозы в 30 раз превышающие оптимум требуются для избытка остаточного полимера и появления его в жидкости. Это очень важное открытие, пото-му что избыток полимера, как известно, засоряет мембранную поверхность, в результате чего резко уменьшается поток в мембране.
Пример 3
Емкости в 5 галлон со смешанным раствором, привозились с запада Соединенных Штатов с установок МБР очищающих городскую канализа-ционную сточную воду, доставлялись воздушным транспортом ночью, и испытывались на следую-щий день. Образец охлаждался ночью, затем по-догревался до комнатной температуры для испы-тания в последующие дни. Катионоактивный по-лимер (2.0 г на 1% полимерного раствора) и 198 г смешанного раствора добавлялись в 400 мл сосуд. Смесь перемешивалась в электрической мешалке 275 оборотами в течении 15 минут с целью пере-диспергирования твердых частиц. Этот смешан-ный осадок перемещался в камеру Амикон с поли-винилидендифторидом мембраной с номинальны-ми размерами пор 0.2 микрона непосредственно перед исполнением фильтрационного испытания.
Смесь пропускалась через мембрану при по-стоянном давлении 15 или 8 фунто] на квадратный дюйм. Поток определялся взвешиванием раство-ренного вещества в определенные промежутки времени на Модели Меттлер Толедо ПЖ5002С для выравнивания нагрузки. Вес записывался с интервалом в 2 секунды компьютером. Объем рас-считывался при концентрации 1 г/мл без темпера-турной коррекции для полученной концентрации. Поток рассчитывался, как объяснено в примере 1.
В конце испытаний образца осадка, мембрана выбрасывалась. Все испытания полимерного очищения включают испытание, в котором поли-мер не дозируется, чтобы определить основные условия. Этот тест сравнивает интенсивность по-тока очищенного полимером осадка с интенсивно-стью потока неочищенного осадка. Это делается для количественных показателей эффективности дозирования, химического состава, давления и др. на поток. Результаты показаны в таблице 7.


Таблица 7
Мембранный поток для характерных Катионноактивных Полимеров в МБР в Смешанном Растворе при 15 и 8 фунтах на квадратный дюйм
Полимер Давление, фунт на квадратный дюйм Активная доза, промилле Поток 80 г ЛМЧ*
Никакой 15 0 311.4
А 15 25 806.4
А 15 50 1155.6
А 15 100 1512
М 15 0 370.8
М 15 20 928.8
М 15 40 1915.2
Никакой 8 0 138.2
А 8 25 367.2
А 8 50 500.4
А 8 100 694.8
А 8 100 694.8

*Чистый водный поток при 8 фунтах на квад-ратный дюйм был 1440 ЛМЧ и при 15 фунтах на квадратный дюйм был 2160 ЛМЧ.
Данные, приведенные в таблице 7, ясно пока-зывают значительное увеличение потока прохо-дящего через мембрану при обоих значениях дав-лений 8 и 15 фунтах на квадратный дюйм при использовании катионоактивных полимеров А и М в условиях осадка до испытаний.
Пример 4
Смешанный раствор со среднего запада Со-единенных Штатов с установок МБР, очищающих городскую канализационную сточную воду, сме-шивается с амфотерным полимером Q разной до-зировки и затем фильтруется через плоскую ли-стовую мембрану Кабота, используя глухую фильтрационную камеру при 15 фунтах на квад-ратный дюйм и смешиванием очищенного сме-шанного раствора (300 оборотов в минуту) при температуре 22 С. Контрольный смешанный рас-твор без полимерной обработки также фильтрует-ся в сходных условиях. Процент увеличения про-сочившегося осадка после обработки амфотерным полимером при различной дозировке приведен в таблице 8.


Таблица 8
Увеличение мембранного потока для характерного амфотерного полимера в смешенном растворе в МБР на Среднем Западе
Полимерная доза, Процентное
(промилле-активный) увеличение потока
75 23
250 32
875 55
2000 117


Данные таблицы 8 ясно показывают значи-тельное увеличение потока через мембрану отно-сительно контрольного образца при применении характерного амфотерного полимера в условиях смешанного раствора до испытаний.
Пример 5
Смешанный раствор с запада Соединенных Штатов с установок МБР, очищающих городскую канализационную сточную воду, смешивается с амфотерным полимером Q, а мембранный поток измеряется по методу, изложенному в Примере 4 Результаты приведены ниже в таблице 9.


Таблица 9
Увеличение мембранного потока для характерного амфотерного полимера в смешенном растворе
в МБР на Западе
Полимерная доза, (промилле-активный) Процентное увеличение потока
25 4
75 485
250 818


Данные в таблице 9 ясно показывают значи-тельное увеличение потока через мембрану отно-сительно использования характерного амфотерно-го полимера в условиях смешанного раствора до испытаний.
Пример 6
Смешанный раствор с запада Соединенных Штатов с установок МБР для очистки городской канализационной сточной воды смешивается с амфотерным полимером. Мембранный поток из-меряется согласно методу, описанному в Примере 4 Результаты испытаний приведены ниже в табли-це 10.

Таблица 10
Увеличение мембранного потока для характерного амфотерного полимера в смешенном растворе
в МБР на Западе
Полимерная доза, (промилле-активный) Процентное увеличение потока
105 28
350 34

Данные таблицы 10 ясно показывают значи-тельное увеличение потока через мембрану отно-сительно использования характерного амфотерно-го полимера в условиях смешанного раствора до испытаний.
Пример 7
С целью подтвердить комплексирование по-лисахарида в смешанном растворе с амфотерным полимером, проводился колориметрический ана-лиз на уровень полисахарида в жидкости смешан-ного раствора полученного после полимерной добавки к смешанному раствору и последующего центрифугирования. Данные таблицы 11 показы-вают остаточную глюкозу (прямые измерения полисахарида) в смешанном растворе после ком-плексирования с амфотерным полимером смешан-ного раствора МБР с установки очистки город-ской канализационной сточной воды на западе США.





Таблица 11
Эффект от действия характерного амфотерного полимера на уровень полисахаридов в смешанном растворе в МБР на Западе США
Полимерная доза, (промилле-активный) Глюкоза (промилле)
0 (стандарт) 7.96
25 4.14
75 3.50
250 3.80


Как показано в таблице 11, обработка сме-шанного раствора характерным полимером дан-ного изобретения является результатом суще-ственного уменьшения уровня полисахарида в смешанном растворе МБР, и как результат значи-тельное увеличение потока, показанное в таблице 9.
Кроме того, число остаточного полимера определяется в жидкости смешанного раствора в МБР среднего запада США после добавления до 2000 промилле-активного амфотерного полимера Q и центрифугирования этого очищенного сме-шанного раствора. Это показывает почти полное потребление добавленного полимера для коагу-лирования взвешенных твердых частиц и комплек-сирование с водорастворимыми биополимерами. Следовательно, маловероятно, что добавленный амфотерный полимер будет способствовать мем-бранному загрязнению, пока образуется проник-новение потоков.
Более того, качество проникновения не под-вергается риску полимерной обработкой, как до-казательство мутность растворенного вещества ниже 0.5 NTU для обоих осадков смешанного рас-твора после полимерной обработки в установках МБР на западе и среднем западе США.
Пример 8
Смешанный раствор с запада США обраба-тывается характерным амфотерным полимером, как описано в примере 4, за исключением исполь-зования протока через камеру с затопленной мем-браной. Степень увеличения потока отражает величину давления всасывания требуемого для постоянного проникновения потока. Таким обра-зом, чем выше давление всасывания, которое тре-буется для заданной проницаемости потока, тем выше мембранное засорение. Профиль давления всасывания измеряется на протяжении 24 часов для стандарта и для полимерной обработки сме-шанного раствора при постоянной проницаемости потока 30 ЛМЧ. Объём осадка равен 8 л и интен-сивность воздушного потока для мембранной очистки равна 10 л/мин (ЛПМ).
Результаты показаны в таблице 12.

Таблица 12
Эффект очистки характерного амфотерного полимера под давлением всасывания для прохождения
смешанного раствора с Запада США через мембрану МБР

Время (ч) Давление всасывания (фунт на квадратный дюйм)
Стандарт Обработанный 13 про-милле-активным полимером
0 0 0
3 0.44 0.22
6 1.18 0.30
9 1.74 0.47
12 2.27 0.65
15 2.79 0.86
18 3.21 1.07
21 3.75 1.34
24 4.05 1.61




Пример 9

Эффективное извлечение биополимера катио-ноактивным полимером также определяется ИП анализом как изложено ниже. Смешанный раствор МБР быстро вращается и получается надосадоч-ная жидкость. Затем добавляется характерный катионоактивный полимер Р. ИП анализ осадка и надосадочной жидкости выявил, что большая часть биополимера, первоначально содержащаяся в надосадочной жидкости обнаруживается в осад-ке, несмотря на то, что только небольшое количе-ство обнаруживается в основной массе. Более того, не было никаких доказательств, что катио-ноактивный полимер вызывает мембранное засо-рение при концентрации до 100 промилле в сме-шанном растворе.
Трехмесячный предварительный эксперимент в дальнейшем выявил, что20 мембранное засоре-ние замедляется с использованием полимера Р. В данном случае проводился эксперимент с камерой-мешалкой, снижение не наблюдалось даже с 1,000 промилле полимера Р. Более того, биоактив-ность также не подверглась воздействию катионо-активными полимерами такими как полимер Р и полимер А при предельно высокой полимерной концентрации 3,000 промилле.
Хотя это изобретение описано подробно с целью иллюстрации, должно быть понятно, что такая подробность исключительно для этой цели и многочисленных вариантов и изменения могут быть сделаны здесь, теми сведущими в этой области техники специалистами не выходя за пределы сущности и объема изобретения кроме тех случаев, когда это может быть ограничено формулой изобретения. Все изменения, которые подходят в назначении и испытании на серию эквивалентов формулы могут быть включены в ее объём.

1. JP 08-332483 A (INAX CORP et al), 17.12.1996
2. RU 95107659 Al (КЕМИРА ОЙ). 20.12.1996
3. WO 9831749 A1 (ALLIED COLLOIDS LTD). 23.07.1998
4. Ю.И. ВЕЙЦЕР и др. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки природных и сточных вод, Москва; Стройиздат, 1984
5. US 6313246 В1 (NALCO CHEMICAL СО), 06.11.2001.