[发明专利]一种使用好氧颗粒污泥的自生动态膜生物反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用好氧颗粒污泥的自生动态膜生物反应器，属于污水处理技术领域。

背景技术

目前，好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge，AGS)是微生物在特定的环境条件下通过自凝聚作用形成的颗粒状活性污泥，其中包含的微生物均为常见的物种，它们由于生理上的相互依赖作用而构成了一种稳定密实的结构。众所周知，在污水处理中好氧生物处理工艺远比厌氧生物处理工艺应用普遍，但对好氧颗粒污泥的研究却明显滞后于厌氧颗粒污泥。厌氧颗粒污泥的优良性引发了研究者对在好氧条件下培养颗粒污泥的兴趣，人们对好氧颗粒污泥的研究是建立在厌氧颗粒污泥的基础之上。

在1991年Mishima和Nakamure在好氧上流式污泥床(AUSB，Aerobic Upflow Sludge Blanket)中首次发现具有良好沉淀性能、粒径在2～8mm之间的好氧颗粒污泥，就引起了全世界的广泛关注。

好氧颗粒污泥相比于传统的絮状污泥和厌氧颗粒污泥具有如下特点：

(1)好氧颗粒污泥具有良好的沉降性能，出水不需要设置沉淀池，大大减少了处理设施的工程投资和造价。

(2)好氧颗粒污泥颗粒机械强度高，不易因水流剪切力和内部产气等原因破碎而造成污泥流失。

(3)好氧颗粒污泥的结构密实，单位体积污泥所含的生物量大，不仅可以保护到对环境较为敏感的细菌(如硝化菌)，使其被有毒物质的影响减弱，还可以耐受较强的冲击负荷，从而可以提高系统处理效率和稳定性；

(4)好氧颗粒污泥启动周期比厌氧颗粒污泥短，同时可以在常温下培养；

(5)好氧颗粒污泥在处理低浓度有机废水(如城市生活污水)时相比厌氧颗粒污泥有较大优势，而且在处理高浓度有机废水时去除率较高不需要后续处理：

(6)好氧颗粒污泥具有较强的脱氮除磷能力。在好氧颗粒污泥内由于传质的关系同时存在多种氧环境，为不同性质的微生物提供了各自适宜的生存环境。因此可以单独或同时实现脱氮除磷。

膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor，MBR)为膜分离技术与生物处理技术有机结合的新型态污水处理系统。它以膜组件取代传统生物处理技术末端的二沉池，在生物反应器中保持较高的污泥浓度，提高生物处理的有机负荷，从而减少污水处理设施的占地面积。其主要利用沉浸于好氧生物池之内的膜分离设备截留活性污泥与大分子有机物。膜生物反应器因其有效的截留作用，可保留世代周期较长的微生物，可实现对污水深度净化。

膜生物反应器由膜组件和生物反应器两部分组成，根据这两部分的结合方式划分，可分为外置式和浸没式两大类。外置式膜生物反应器指生物反应器的混合液经泵增压后进入膜组件，在压力的作用下混合液中的液体透过膜，成为系统处理水；固体和大分子物质等则被膜截留，随浓缩液回流到生物反应器内。浸没式膜生物反应器指将膜组件置于反应器内，通过真空泵或其它类型泵抽吸，得到过滤液。

膜生物反应器与传统生物处理技术相比，有以下主要特点：处理效率高、出水水质好、设备紧凑、占地面积小、易实现自动控制、运行管理简单。要使得MBR真正推广应用，最重要的是要克服膜污染，增加膜通量，延长膜寿命。

动态膜生物反应器是传统的MBR技术与膜技术相结合的新工艺，是在MBR的基础上提出来的，根据动态膜的形成原理的不同，将动态膜生物反应器分为“自生动态膜生物反应器”和“预涂动态膜生物反应器”。预涂动态膜通常先用多孔支撑体过滤含有成膜物质的溶液，待动态膜在其表面形成后，再用它来过滤被处理溶液。自生动态膜则是在过滤被处理溶液时由溶液中的物质在多孔支撑体表面形成。自生动态膜的成膜物质是活性污泥，而预涂动态膜的成膜物质是MnO₂、活性炭粉末等物质。动态膜的膜基材通常为工业滤布、尼龙筛绢、无纺布、不锈钢丝网、陶瓷、烧结玻璃、烧结金属等。

动态膜生物反应器是选择廉价的微网材料来替代微滤或超滤膜膜材料加工成过滤组件并建立生物反应器，与传统的MBR相比，动态膜生物反应器除了具有传统MBR的主要优点以外，还具有以下几个方面的优势：

(1)基建和维护费用低：微网材料的价格远远低于昂贵的超滤、微滤膜材料；

(2)膜通量大：动态膜采用较大孔径的微网材料，基膜阻力小。

(3)运行费用低：微网材料的过滤阻力小，不需要在泵的作用下抽水，依靠反应器较小的水位差下就可以自流出水，能耗低；

(4)膜污染较容易清除：动态膜较容易从膜材料表面分离，清洗时连同所吸附的污染物质及微生物代谢产物一同被洗脱，使得膜通量得到有效的恢复。