一種膜曝氣菌藻生物膜系統(tǒng)及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于污水生物處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種膜曝氣菌藻生物膜系統(tǒng)及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的污水生物處理技術(shù)主要利用微生物代謝作用實(shí)現(xiàn)污染物的去除，氮磷的去除主要是利用硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌及聚磷菌的厭氧釋磷和好氧吸磷的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的，例如，傳統(tǒng)的活性污泥法利用好氧微生物對有機(jī)物降解產(chǎn)生二氧化碳和水，同時(shí)合成生物體；利用硝化、反硝化細(xì)菌將氮素轉(zhuǎn)化成氮?dú)?利用聚磷和釋磷菌去除磷素。
[0003]然而，傳統(tǒng)的污水生物處理技術(shù)的主要缺點(diǎn)包括:污水處理周期較長，反應(yīng)池體積較大，而且曝氣量較大，設(shè)備較多，運(yùn)行復(fù)雜，成本較高，產(chǎn)生的大量污泥難以處理等，這已成為傳統(tǒng)污水處理工藝的技術(shù)發(fā)展瓶頸。
[0004]藻類作為光能自養(yǎng)型生物，能夠利用光能以無機(jī)碳為碳源，通過光合作用吸收環(huán)境中的氮磷等物質(zhì)，同時(shí)釋放氧氣。同時(shí)，藻類還可以作為生產(chǎn)生物柴油、動物飼料、提取藥物等的原材料，具有很大的應(yīng)用前景。細(xì)菌類微生物作為異養(yǎng)微生物，能夠通過呼吸作用，利用氧氣將有機(jī)物降解為二氧化碳、水等小分子物質(zhì)。由于細(xì)菌呼吸活動降解有機(jī)物需要消耗空氣中的氧氣，同時(shí)有泡曝氣氧氣的傳質(zhì)效率低，曝氣所消耗的能源占污水處理能源消耗的絕大部分，而藻類的光合作用消耗二氧化碳產(chǎn)生氧氣，可與細(xì)菌代謝產(chǎn)物互補(bǔ)，將兩者的這種關(guān)系加以利用，即可實(shí)現(xiàn)菌藻共生?；诩?xì)菌微藻的這種共生關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)，最大限度地減少污水處理過程中的能源消耗，同時(shí)強(qiáng)化生物膜的脫氮除磷能力，實(shí)現(xiàn)污染物的尚效去除。
[0005]目前，運(yùn)用菌藻生物膜處理污水的相關(guān)技術(shù)已有報(bào)道。例如，授權(quán)公告號為CN101885534A的中國專利公開了菌藻協(xié)同低碳膜光合反應(yīng)系統(tǒng)，通過在反應(yīng)池中添加填料，細(xì)菌附著于填料上，形成接觸氧化反應(yīng)條件。外部光照為微藻的光合作用提供充足的光照，產(chǎn)生的氧氣經(jīng)細(xì)菌利用后，多余的氧氣在水中飽和后溢出。曝氣裝置彌補(bǔ)藻類所產(chǎn)生的氧氣不足，同時(shí)為微藻的生長提供二氧化碳。但是由于曝氣裝置是有泡曝氣，氣體的利用率較低，同時(shí)氣泡與生物膜接觸摩擦，容易造成生物膜的脫落，從而導(dǎo)致處理效果不佳。另外，有泡曝氣氣體利用率不高，導(dǎo)致能源的浪費(fèi)，增加了處理系統(tǒng)的成本。
[0006]另，授權(quán)公告號為CN101328000A的中國專利公開了一種菌藻共生系統(tǒng)，將藻類微生物接種到填料池中，微藻和微生物附著生長在多面空心載體上，形成菌藻共生系統(tǒng)。菌藻處理系統(tǒng)中沒有添加了光照裝置和曝氣裝置，單純利用微生物和微藻的共生關(guān)系進(jìn)行污水處理。雖然減少了能源的使用量，但是難以實(shí)現(xiàn)污水的高效處理，同時(shí)在菌藻處理系統(tǒng)后添加有曝氣接觸氧化池，同樣面臨著氧的利用率較低。
[0007]但上述的發(fā)明均使用有泡曝氣，無法避免氣泡與生物膜的接觸摩擦破壞生物膜，同時(shí)氧的利用率較低，菌藻共生系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)污水的高效處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)簡單，在提高微生物降解有機(jī)物的同時(shí)，還能提高微藻同化污水中氮磷能力的膜曝氣菌藻生物膜系統(tǒng)及其應(yīng)用。
[0009]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0010]—種膜曝氣菌藻生物膜系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括反應(yīng)器、設(shè)置在反應(yīng)器中的曝氣擴(kuò)散器、固定在曝氣擴(kuò)散器上的曝氣膜以及設(shè)置在反應(yīng)器上的污水循環(huán)單元，所述的反應(yīng)器底部設(shè)有進(jìn)水管，頂部設(shè)有出水管，所述的曝氣擴(kuò)散器底部設(shè)有進(jìn)氣管，頂部設(shè)有排氣管，所述的曝氣膜上負(fù)載生長有微生物及微藻。
[0011]所述的系統(tǒng)還包括設(shè)置在反應(yīng)器兩側(cè)的光照單元。
[0012]所述的光照單元包括支撐板以及布設(shè)在支撐板上的多個(gè)熒光燈。
[0013]所述的熒光燈共設(shè)有4-8個(gè)，等間距均勻布設(shè)在支撐板上。
[0014]在實(shí)際使用時(shí)，反應(yīng)器的兩側(cè)可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置光照單元或利用自然光源，為藻類的光合作用提供充足的光能。
[0015]所述的曝氣膜為中空纖維曝氣膜或管式曝氣膜中的一種。
[0016]所述的曝氣膜與曝氣擴(kuò)散器共同構(gòu)成曝氣膜組件，可以在藻類光合作用所產(chǎn)生的氧不足時(shí)通過曝空氣提供氧氣，防止細(xì)菌供氧不足;也可以在細(xì)菌和微藻呼吸作用所產(chǎn)生的二氧化碳不足時(shí)通過曝二氧化碳，以提高微藻的光合作用。
[0017]所述的污水循環(huán)單元包括與反應(yīng)器頂部、底部相連通的回流管以及設(shè)置在回流管上的流量計(jì)、第一流量控制閥及循環(huán)栗。
[0018]所述的進(jìn)水管上設(shè)有第二流量控制閥及進(jìn)水栗，所述的出水管上設(shè)有第三流量控制閥。
[0019]所述的進(jìn)氣管上設(shè)有第一氣體控制閥，所述的排氣管上設(shè)有第二氣體控制閥，所述的第一氣體控制閥與第二氣體控制閥相互配合，對曝氣膜內(nèi)的氣壓進(jìn)行調(diào)控。
[0020]所述的反應(yīng)器為透明封閉式反應(yīng)器，這可以提高了二氧化碳和氧氣的利用效率，強(qiáng)化了微生物和微藻的代謝。
[0021]一種膜曝氣菌藻生物膜系統(tǒng)的應(yīng)用，該系統(tǒng)用于同步去除污水中的有機(jī)物及氮、磷。
[0022]本發(fā)明中，所述的微生物在接種時(shí)，可以接種硝化污泥，也可以接種普通的活性污泥，在微藻選擇方面，可以根據(jù)實(shí)際待處理污水的種類，單獨(dú)選取螺旋藻、小球藻、柵藻、顫藻、鞘藻或藍(lán)藻，或者將集中微藻結(jié)合起來使用。
[0023]所述的曝氣膜為一種選擇透過性膜，能夠?qū)Χ趸己脱鯕饩哂休^好的傳質(zhì)性能，并且曝氣膜的泡點(diǎn)壓力較高，能夠在高壓力條件下實(shí)現(xiàn)無泡曝氣。同時(shí)，曝氣膜的生物親和性較好。在實(shí)際安裝設(shè)置過程中，需要確保曝氣膜在曝氣擴(kuò)散器上相互之間不會遮擋光路。
[0024]本發(fā)明膜曝氣菌藻生物膜系統(tǒng)，在反應(yīng)器的內(nèi)部設(shè)置曝氣擴(kuò)散器，并將曝氣膜固定在曝氣擴(kuò)散器上構(gòu)成膜曝氣組件，一方面可為反應(yīng)器中的污水提供無泡曝氣，提高污水溶解氧的含量，另一方面曝氣膜作為微生物和微藻的生長載體，能有效提高微生物和微藻的生物量。在實(shí)際應(yīng)用過程中，膜曝氣為反應(yīng)器提供無泡曝氣，提高了污水中氧的傳質(zhì)，從而提高了微生物的活性，而微生物呼吸作用消耗掉氧氣產(chǎn)生二氧化碳，釋放到水體中，此時(shí)，微藻通過光合作用消耗掉污水中的二氧化碳，產(chǎn)生氧氣，與微生物之間形成共生關(guān)系。微藻消耗二氧化碳，微生物產(chǎn)生二氧化碳，兩者相互作用，有效避免了菌藻共生系統(tǒng)內(nèi)PH值的波動變化，有利于微生物和微藻的穩(wěn)定生長。
[0025]本發(fā)明中，菌藻附著于曝氣膜組件上生長，降低混合液中濁度，同時(shí)減少藻類隨污水流出反應(yīng)器，避免二次污染;污水的濁度降低有利于光的透過，合理設(shè)置曝氣膜內(nèi)氣壓可實(shí)現(xiàn)菌藻生物膜同步硝化反硝化及藻類的光合作用吸收氮磷。
[0026]本發(fā)明為廢水的資源化處理提供一種新的思路，采用菌藻共生關(guān)系與膜曝氣無泡曝氣的方法耦合起來，構(gòu)建膜曝氣菌藻生物膜是可行性的，這種菌藻共生系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)微藻光合作用產(chǎn)氧促進(jìn)微生物高效降解有機(jī)物，還能夠?qū)崿F(xiàn)微藻光合作用，這種生物膜系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部二氧化碳和氧氣的循環(huán)利用，這不僅減少了曝氣量，降低能源的消耗，同時(shí)通過回收生物質(zhì)厭氧發(fā)酵，實(shí)現(xiàn)資源的回收再利用。本發(fā)明用于污水脫氮除磷，不需外加碳源，運(yùn)行成本低，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，可以長期穩(wěn)定運(yùn)行，可應(yīng)用于城市污水處理廠污泥厭氧消化上清液的處理，也可應(yīng)用于一些高氮磷廢水生物處理的預(yù)處理工藝。因此，本發(fā)明在當(dāng)前的城市污水處理廠及高氨氮工業(yè)廢水處理領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景和市場推廣潛力。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在菌藻生物膜的基礎(chǔ)上通過膜曝氣，實(shí)現(xiàn)無泡曝氣，不僅解決了有泡曝氣氣泡與生物膜摩擦接觸破壞生物膜的缺陷，同時(shí)，膜曝氣提供的無泡曝氣提高了氧的傳質(zhì)速率，提高了氧的利用率，減少了曝氣量，從而減少了能源的消耗;而微生物與微藻共同附著在曝氣膜表面，通過氧氣和光照的不同分布情況，可形成生物膜的分層，不同層微生物的種屬不同，為實(shí)現(xiàn)氮的硝化反硝化提供可能，提高污水中氮的去除效果。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將膜曝氣工藝與菌藻共生系統(tǒng)耦合在一起處理廢水的高效污水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)有助于提高微生物降解有機(jī)物同時(shí)提高微藻同化污水中氮磷的能力;本發(fā)明可利用細(xì)菌和微藻在生物膜中的共生關(guān)系同步分解有機(jī)物并吸收污水中氮磷等污染物質(zhì)，并通過回收菌藻生物膜實(shí)現(xiàn)污水的資源化利用，具有以下特點(diǎn):
[0029]I)利用微生物與微藻的共生關(guān)系，減少污水處理系統(tǒng)氧氣的消耗，節(jié)省了大量的能源消耗；
[0030]2)菌藻共生系統(tǒng)固定化生長，能夠有效減少污泥的排放量，同時(shí)微藻還可作為生物質(zhì)能源的原材料，生產(chǎn)能源；
[0031]3)膜曝氣組件不僅為系統(tǒng)提供氧氣和二氧化碳，同時(shí)還作為菌藻生長的載體；
[0032]4)膜曝氣提供無泡曝氣，提高了氧氣和二氧化碳的傳質(zhì)速率，提高了氧氣和二氧化碳的利用率；
[0033]5)采用無泡曝氣方式，解決了有泡曝氣中氣泡與生物膜的接觸摩擦導(dǎo)致的生物膜脫落的技術(shù)問題；
[0034]6)整體結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，構(gòu)型穩(wěn)固，運(yùn)行穩(wěn)定，將光照單元設(shè)置在反應(yīng)器兩側(cè)，便于對光照條件進(jìn)行調(diào)控，增加了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的靈活性，能夠?qū)崿F(xiàn)對污水中有機(jī)污染物和氮、磷的同步高效去除，