[发明专利]连续模式纳米气泡移动床生物膜反应器系统及相关的污水处理方法

说明书

本发明提供了一种用于污水处理、具有至少两个纳米气泡发生器的连续模式纳米气泡移动床生物膜反应器系统(NB‑MBBR)，包括一个污水供给模块、一个污水处理模块、一个电子控制模块、一个沉淀模块以及一个臭氧消毒模块，它们根据一个处理程序进行连接，以使污水在自持系统中得到处理。系统会监控pH值、温度、氧化还原电位(ORP)、化学需氧量(COD)、氨氮、细菌总数和大肠杆菌等参数，以确保在排放到排水管之前，最终排放水中细菌总数和大肠杆菌去除率均超过99％、残留的氨氮少于1毫克/公升、COD残留量为80毫克/公升。对于相同量的污水，本系统的能耗仅为传统移动床生物膜反应器(T‑MBBR)系统能耗的79‑83％。另外还提供了使用本系统处理污水的相关方法。

技术领域

本发明涉及一种高效的连续模式纳米气泡移动床生物膜反应器(NB-MBBR)系统。更特别地，本发明的NB-MBBR系统包括至少五个模块，并具有两个不同的纳米气泡发生器，其中的元件被配置在不同模块之间以特定顺序操作，以便以低的能量消耗有效去除废水中的化学和微生物污染物。

背景技术

水是一种必要的资源，而淡水的供应是有限的。废水处理和回收利用对于商业和工业的重要性常常被低估。向环境排放工业废水，特别是排放来自化学和混合工艺过程的工业废水，会造成各种生态和健康危害。在工业中应用有效的废水处理和回收利用，具有减轻对水资源的需求和供水成本、并保护不同生命的健康和生态系统的潜力。每个行业都有责任尽量减少用水和处理废水，并尽可能有效地回收利用每一滴水。生物处理法是一种广泛用于水废水处理的技术，但普通的活性污泥法需要很大的空间及大量的能源，来向污水注入空气以供应足够氧气，并且需要填埋空间来处理过程中产生的污泥。移动床生物膜反应器(MBBR)是一种附着的生长系统，与传统活性污泥法比较，在生物膜中具有较高浓度的微生物种群，从而提高了污水的处理效率^1,2。在中试系统研究和实际的污水处理厂中，都有MBBR应用的例子，在50个不同的国家内，现已有600多个MBBR正在运行³。大量研究表明，MBBR系统具有优于传统活性污泥工艺的优势，例如高负荷、稳定的处理性能、较短的水力停留时间、更少的污泥产生和更少的空间需求^4,5。在好氧的MBBR系统中，气泡扩散器通常被应用来产生粗气泡和微细气泡，以混合污水和提供氧气；然而，超微细气泡具有更好的氧气传输效率，在提供氧气上应该有更好的效果。由于没有太多的研究将纳米气泡应用在MBBR系统上，因此还有空间研究如何藉由使用纳米气泡来增加系统中的溶解氧以改良MBBR系统。

中国专利申请号CN106186558A⁶公开了一种高效的供氧纳米气泡悬浮载体流动生化床污水处理系统，其包含一个格栅、一个厌氧池、一个缺氧池、一个MBBR纳米气泡生物反应池和二沉池。MBBR纳米气泡生物反应池与使用氧气作为气源的纳米气泡机相连，负责生产并输送尺寸小于200纳米的纳米气泡，以形成高密度的纳米气泡水。然而，与空气纳米气泡相比，使用氧气作为气源将大大增加运营成本。高比表面积载体(填料)由密度稍小于水的聚乙烯改性制成，它们具有亲水性，因此可以促进生物膜的形成，并提高其对好氧环境和流体动力剪切力的适应能力。但该专利中公开的系统的最大处理能力和操作模式(间歇或连续)并未定义。在此现有技术中，气-水混合流是通过加速旋转的高压气穴作用，形成高浓度的含氧纳米气泡，而制造气-水混合流需要喷射器或水泵，可能要使用额外的能量。此外，当没有自动清洁装置时，污泥和微生物可能会附着在纳米气泡产生系统上，并影响其性能。另外在该现有技术中，在生物处理之后缺乏后处理消毒过程。

中国专利公开申请号CN102887589A⁷公开了一种连续模式纳米曝气固定床生物膜反应器，可以增加氧气传输能力和溶解氧浓度、节省五分之一的耗电量，以及在处理生活污水时，将COD和氨氮的去除效率提高至95-98％。纳米曝气生物膜反应器的主要结构如下：1)进水调节池通过水泵连接反应器的进水口；2)该反应器内填充有填料；3)生物膜生长在碳素纤维填料的表面；4)反应器的上部与纳米曝气机的进水管连接；5)反应器的下部与纳米曝气机的曝气管相连；6)反应器的出水口通过一个电磁阀与出水池连接。然而，作为一个固定膜生物介质，依靠水力的混合不充分时可能导致填料堵塞，从而降低了营养物的去除性能。