一种改性稻壳‑超滤膜生物反应器耦合装置及处理低温低浊高色高氨氮水源水的方法

摘要

一种改性稻壳‑超滤膜生物反应器耦合装置及处理低温低浊高色高氨氮水源水的方法，它涉及一种低温低浊高色高氨氮水源水处理装置及处理低温低浊高色高氨氮水源水的方法。本发明的目的是要解决现有处理低温低浊高色高氨氮水源水装置存在装置占地面积较大，处理陈本高的问题。该设备由进水系统、混凝系统、膜生物反应系统、出水系统、反冲洗系统、排泥系统、污泥回流系统和自控系统组成；方法：一、启动阶段；二、正常出水阶段；三、反冲洗阶段；四、排泥阶段；五、膜清洗阶段。优点：减少装置占地面积，降低单位处理水量的成本。本发明主要用于处理低温低浊高色高氨氮水源水。

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温低浊高色高氨氮水源水处理装置及处理低温低浊高色高氨氮水源水的方法。

背景技术

近年来，膜技术已广泛应用于水处理领域，其中，微滤/超滤(MF/UF)膜用于自来水生产发展特别迅速。随着膜价格的下降，它有望取代混凝、沉淀砂滤、消毒等常规饮用水生产工艺，成为水处理领域最重要的技术革新之一。膜生物反应器(Membrane Bioreactor，MBR)具有活性污泥法不可比拟的优点，如对水中悬浮固体物质、大分子有机物以及微生物等均有良好去除效果、工艺流程短、占地面积少、污泥浓度高、剩余污泥产量少、易于实现全自动化运行管理等，但MBR也存在不足，如对微生物代谢产物、细菌以及溶解性有机物(DOM)等去除能力非常有限，易造成膜污染。膜污染是制约UF-MBR工艺推广应用的瓶颈，其控制方法主要集中在进水预处理、膜材料开发、污泥混合液特性改善与操作条件优化4方面，其中污泥混合液特性改善是近年膜污染的研究热点之一，基于见效快、易操控等优势，多向MBR中添加悬浮物、颗粒载体(活性炭、沸石、粉煤灰、塑料颗粒)或絮凝剂等填料缓解膜污染，提高系统的处理效率，但在膜污染控制方面存在以下问题：①悬浮物或颗粒载体在MBR中循环流动时存在损伤膜表面的潜在性；②混凝剂的加入易对微生物群落的活性带来负面影响；③粉末填料常用粉末活性炭(PAC)，但价格高昂、生物再生困难等弊端使MBR受成本约束而限制其应用。

现有的混凝-膜生物反应工艺只是将混凝与膜分离简单组合，对于混凝与膜生物反应器分别为两个独立单元分体式组合时，装置占地面积较大，同时混凝形成的较大絮体经过传输管道时易发生破碎，影响混凝作用的发挥；因混凝反应的混合阶段与絮凝阶段水力条件不完善而使混合絮凝效果不理想、混凝剂用量较大，同时因混凝作用不充分，难于有效混凝的微细絮体或胶体浓度逐渐增加，易导致膜污染，影响膜通量和膜寿命，现有技术中还没有能解决此类问题的装置。

发明内容

本发明的目的是要解决现有处理低温低浊高色高氨氮水源水装置存在装置占地面积较大，处理陈本高的问题，而提供一种改性稻壳-超滤膜生物反应器耦合装置及处理低温低浊高色高氨氮水源水的方法。

一种改性稻壳-超滤膜生物反应器耦合装置，它由进水系统、混凝系统、膜生物反应系统、出水系统、反冲洗系统、排泥系统、污泥回流系统和自控系统组成；

所述的进水系统包括进水池、进水泵、进水流量计和进水控制阀门；

所述的混凝系统包括混凝池、搅拌器、进药箱、混凝剂投加泵和混凝剂流量计；在混凝池中设置搅拌器；

所述的膜生物反应系统包括填料投加箱、膜生物反应器、超滤UF膜组件、曝气管、曝气泵、溢流管、液位控制器和填料；所述超滤UF膜组件悬空设置在膜生物反应器内；所述曝气管设置在超滤UF膜组件下方，曝气管的一端连接曝气泵；

所述的出水系统包括出水-反冲洗共用压力表、出水电磁阀Ⅰ、出水-反冲洗共用水泵、出水电磁阀Ⅱ、出水流量计和出水池；

所述的反冲洗系统包括反冲洗电磁阀Ⅰ、出水-反冲洗共用水泵、反冲洗电磁阀Ⅱ、出水-反冲洗共用压力表和反冲洗流量计；

所述的排泥系统包括污泥泵、排泥阀门和污泥池；

所述的污泥回流系统包括污泥泵和污泥回流阀门；

所述的自控系统包括可编程逻辑控制器、液位控制器、混凝剂流量计、出水-反冲洗共用压力表、出水电磁阀Ⅰ、出水-反冲洗共用水泵、出水电磁阀Ⅱ、出水流量计、反冲洗电磁阀Ⅰ、反冲洗电磁阀Ⅱ、反冲洗流量计和进水流量计；

所述混凝池与膜生物反应器通过溢流壁隔开，且溢流壁高度低于混凝池和膜生物反应器其他侧壁；

所述液位控制器悬空设置在超滤UF膜组件上方，且液位控制器的指针末端高度高于超滤UF膜组件出水口高度，低于溢流壁高度；

在膜生物反应器非溢流壁的侧壁上设置溢流口，且溢流口的高度低于溢流壁高度，高于液位控制器的指针末端高度，溢流口与溢流管的一端连通，溢流管的另一端与污泥池连通；

通过排泥系统对膜生物反应系统产生的污泥进行排放；

通过污泥回流系统将膜生物反应系统产生的污泥回流进入混凝系统；

通过自控系统控制出水系统和反冲洗系统开关；

正常处理阶段：反冲洗电磁阀Ⅰ和反冲洗电磁阀Ⅱ关闭，出水电磁阀Ⅰ和出水电磁阀Ⅱ开启，待处理污水通过进水系统进入混凝系统，再通过溢流进入膜生物反应系统，处理后的污水通过膜生物反应系统进入出水系统；

反冲洗阶段：出水电磁阀Ⅰ和出水电磁阀Ⅱ关闭，反冲洗电磁阀Ⅰ和反冲洗电磁阀Ⅱ开启，出水池存放的处理后污水依次经过反冲洗电磁阀Ⅰ、出水-反冲洗共用水泵、反冲洗电磁阀Ⅱ和反冲洗流量计，通过超滤UF膜组件的出水口对超滤UF膜组件进行反冲洗。

一种利用改性稻壳-超滤膜生物反应器耦合装置处理低温低浊高色高氨氮水源水的方法，具体是按以下步骤完成的：

一、启动阶段：以低温低浊高色高氨氮水源水作为待处理污水，将待处理污水加入膜生物反应器中，保证待处理污水的液面低于液位传感器的指针末端，且完全淹没超滤UF膜组件，然后按活性污泥浓度为15000mg/L～20000mg/L接种活性污泥，并通过填料投加箱将填料投加到膜生物反应器中，保证膜生物反应器中悬浮固体浓度为20000mg/L～25000mg/L，启动曝气泵，采用连续曝气方式进行曝气，控制膜生物反应器中液体溶解氧浓度为6mg/L～7mg/L；同时开启进水泵、混凝剂投加泵、搅拌器和可编程逻辑控制器，利用进水泵将待处理污水从进水池，以加入量为28L/h依次经过进水流量计和进水控制阀门送入混凝池中，利用混凝剂投加泵将混凝剂从进药箱，以投加量为20mg/L～25mg/L经过混凝剂流量计送入混凝池中，利用搅拌器在转速800r/min下进行混匀，当混凝池中混凝后的污水达到溢流壁高度时，混凝后的污水通过溢流壁从混凝池溢流入膜生物反应器中；当膜生物反应器中液体接触液位传感器的指针时，此信号由液位传感器输入可编程逻辑控制器，此时可编程逻辑控制器控制出水电磁阀Ⅰ、出水-反冲洗共用水泵和出水电磁阀Ⅱ开启，利用可编程逻辑控制器根据进水流量计和混凝剂流量计分别记录待处理污水加入量和混凝剂加入量，在出水-反冲洗共用水泵启动的同时打开污泥回流阀门，并启动污泥泵，进行污泥回流，将混凝池中污泥浓度值控制为500mg/L～900mg/L，启动阶段结束；

二、正常出水阶段：利用进水泵持续将待处理污水从进水池，以加入量为28L/h依次经过进水流量计和进水控制阀门送入混凝池中，利用混凝剂投加泵持续混凝剂从进药箱，以投加量为10mg/L～15mg/L经过混凝剂流量计送入混凝池中，控制搅拌器的转速800r/min，在混凝池内水力停留时间为2min；并利用可编程逻辑控制器根据进水流量计和混凝剂流量计分别记录待处理污水加入量和混凝剂加入量，曝气泵采用连续曝气方式持续曝气，控制膜生物反应器中液体溶解氧浓度为6mg/L～7mg/L；为了保证膜生物反应器中悬浮固体浓度为20000mg/L～25000mg/L，及时补充改性稻壳，处理后污水通过超滤UF膜组件的出水口，依次经过出水电磁阀Ⅰ、出水-反冲洗共用水泵、出水电磁阀Ⅱ和出水流量计进入出水池中；出水流量计时时将数值反馈给可编程逻辑控制器，通过可编程逻辑控制器调节出水-反冲洗共用水泵频率，保证以出水量为130L/m²·h～160L/m²·h出水；在膜生物反应器中水力停留时间为2h；

三、反冲洗阶段：根据出水流量计反馈信息，当连续出水时间达到25min～30min时，可编程逻辑控制器控制出水电磁阀Ⅰ和出水电磁阀Ⅱ关闭，同时控制反冲洗电磁阀Ⅰ和反冲洗电磁阀Ⅱ开启，出水池存放的处理后污水依次经过反冲洗电磁阀Ⅰ、出水-反冲洗共用水泵、反冲洗电磁阀Ⅱ和反冲洗流量计，通过超滤UF膜组件的出水口对超滤UF膜组件进行反冲洗；可编程逻辑控制器根据程序设定反冲洗出水流量为0.4m³/m²·h～0.5m³/m²·h，并将信号输入出水-反冲洗共用水泵的信号输入端，控制出水-反冲洗共用水泵变频器调节频率，保证以反冲洗出水流量为0.4m³/m²·h～0.5m³/m²·h对超滤UF膜组件进行反冲洗，反冲洗水排至膜生物反应器中，当膜生物反应器内液面达到溢流口高度时，通过溢流管排至污泥池中，反冲洗时间控制在2min～4min；

四、排泥阶段：膜生物反应器底部污泥积累至曝气管底部管壁时，利用污泥泵经排泥阀门将污泥排至污泥池，至膜生物反应器底部悬浮固体浓度为20000mg/L～25000mg/L；

五、膜清洗阶段：当出水-反冲洗共用压力表数值达0.05MPa时，关闭改性稻壳-超滤膜生物反应器耦合装置所有系统，取出超滤UF膜组件，进行清洗。

本发明优点：

1、混凝池与膜生物反应器一体式设计，采用出水-反冲洗共用水泵，减少装置占地面积。

2、前端设置混凝池，投加混凝剂以去除大分子有机物。避免由于水中大分子有机物等附着在膜表面，反冲洗工作量大的问题。

3、投加高浓度改性稻壳活性炭，形成滤饼层，降低膜污染，延长膜使用寿命，进而降低单位处理水量的成本。

4、设置了污泥回流系统，利用污泥回流降低混凝剂含量，减缓对生物的抑制；避免过量混凝剂进入膜生物反应器造成生物抑制性而降低活性污泥对氨氮的去除效果。

5、共用水泵，出水和反冲时出水-反冲洗共用水泵连续运行，降低时开时关对水泵的损耗。

6、可确定氨氮去除周期、活性污泥更换时间并合理配置。

附图说明

图1是本发明所述的改性稻壳-超滤膜生物反应器耦合装置结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1，本实施方式是一种改性稻壳-超滤膜生物反应器耦合装置，它由进水系统、混凝系统、膜生物反应系统、出水系统、反冲洗系统、排泥系统、污泥回流系统和自控系统组成；

所述的进水系统包括进水池1、进水泵2、进水流量计3和进水控制阀门4；

所述的混凝系统包括混凝池5、搅拌器6、进药箱7、混凝剂投加泵8和混凝剂流量计31；在混凝池5中设置搅拌器6；

所述的膜生物反应系统包括填料投加箱9、膜生物反应器10、超滤UF膜组件11、曝气管12、曝气泵13、溢流管14、液位控制器26和填料30；所述超滤UF膜组件11悬空设置在膜生物反应器10内；所述曝气管12设置在超滤UF膜组件11下方，曝气管12的一端连接曝气泵13；

所述的出水系统包括出水-反冲洗共用压力表15、出水电磁阀Ⅰ16、出水-反冲洗共用水泵17、出水电磁阀Ⅱ18、出水流量计19和出水池20；

所述的反冲洗系统包括反冲洗电磁阀Ⅰ21、出水-反冲洗共用水泵17、反冲洗电磁阀Ⅱ22、出水-反冲洗共用压力表15和反冲洗流量计23；

所述的排泥系统包括污泥泵25、排泥阀门29和污泥池27；

所述的污泥回流系统包括污泥泵25和污泥回流阀门28；

所述的自控系统包括可编程逻辑控制器24、液位控制器26、混凝剂流量计31、出水-反冲洗共用压力表15、出水电磁阀Ⅰ16、出水-反冲洗共用水泵17、出水电磁阀Ⅱ18、出水流量计19、反冲洗电磁阀Ⅰ21、反冲洗电磁阀Ⅱ22、反冲洗流量计23和进水流量计3；

所述混凝池5与膜生物反应器10通过溢流壁隔开，且溢流壁高度低于混凝池5和膜生物反应器10其他侧壁；

所述液位控制器26悬空设置在超滤UF膜组件11上方，且液位控制器26的指针末端高度高于超滤UF膜组件11出水口高度，低于溢流壁高度；

在膜生物反应器10非溢流壁的侧壁上设置溢流口，且溢流口的高度低于溢流壁高度，高于液位控制器26的指针末端高度，溢流口与溢流管14的一端连通，溢流管14的另一端与污泥池27连通；

通过排泥系统对膜生物反应系统产生的污泥进行排放；

通过污泥回流系统将膜生物反应系统产生的污泥回流进入混凝系统；

通过自控系统控制出水系统和反冲洗系统开关；

正常处理阶段：反冲洗电磁阀Ⅰ21和反冲洗电磁阀Ⅱ22关闭，出水电磁阀Ⅰ16和出水电磁阀Ⅱ18开启，待处理污水通过进水系统进入混凝系统，再通过溢流进入膜生物反应系统，处理后的污水通过膜生物反应系统进入出水系统；

反冲洗阶段：出水电磁阀Ⅰ16和出水电磁阀Ⅱ18关闭，反冲洗电磁阀Ⅰ21和反冲洗电磁阀Ⅱ22开启，出水池20存放的处理后污水依次经过反冲洗电磁阀Ⅰ21、出水-反冲洗共用水泵17、反冲洗电磁阀Ⅱ22和反冲洗流量计23，通过超滤UF膜组件11的出水口对超滤UF膜组件11进行反冲洗。

本实施方式所述混凝池5中经过混凝后的污水通过溢流壁从混凝池5溢流入膜生物反应器10中。

本实施方式当膜生物反应器10中液体接触液位传感器26的指针时，此信号由液位传感器26输入可编程逻辑控制器24，此时可编程逻辑控制器24控制出水电磁阀Ⅰ16、出水-反冲洗共用水泵17和出水电磁阀Ⅱ18开启。

本实施方式所述的超滤UF膜组件11为中聚偏氟乙烯空纤维帘式膜组件，由天津膜天科技股份有限公司生产，其pH范围为2～10；允许操作压力为0.01MPa～0.05MPa；膜孔径0.02μm～0.2μm；外径400μm～450μm，内径320μm～350μm；膜尺寸80cm×1000根；其截留分子量为60000～100000；孔隙率为40％～50％。

图1是本发明所述的改性稻壳-超滤膜生物反应器耦合装置结构示意图，图中1表示进水池；2表示进水泵；3表示进水流量计；4表示进水控制阀门；5表示混凝池；6表示搅拌器；7表示进药箱；8表示混凝剂投加泵；9表示填料投加箱；10表示膜生物反应器；11表示超滤UF膜组件；12表示曝气管；13表示曝气泵；14表示溢流管；15表示出水-反冲洗共用压力表；16表示出水电磁阀Ⅰ；17表示出水-反冲洗共用水泵；18表示出水电磁阀Ⅱ；19表示出水流量计；20表示出水池；21表示反冲洗电磁阀Ⅰ；22表示反冲洗电磁阀Ⅱ；23表示反冲洗流量计；24表示可编程逻辑控制器；25表示污泥泵；26表示液位控制器；27表示污泥池；28表示污泥回流阀门；29表示排泥阀门；30表示填料；31表示混凝剂流量计。

本发明尝试将高浓度改性稻壳投加到UF-MBR中，形成改性稻壳-UF-MBR组合工艺，研究UF-MBR、改性稻壳-UF-MBR两平行系统对低温高色高氨氮水源水的除污效果、反应器内活性污泥性能以及膜污染情况，考察改性稻壳的作用机理与效能，探索处理低温高色高氨氮水源水或有效减缓MBR膜污染的新方法，并为改性稻壳-UF-MBR的推广应用提供技术支持。

稻壳中无定形水合二氧化硅含量为15％～20％，其它主要成分为碳氢化合物。稻壳具有硅含量大、多孔性容量小、质地粗糙等特点，生产的活性炭对多种有机化合物都有强吸附能力，且不含有有害杂质(如铅、砷)，可用于水处理等多种行业，具有巨大的市场潜力，稻壳原料充足、价格低廉、由此生产的活性炭产品成本低，既节约了能源又实现了废物资源化，符合可持续发展要求，具有较大的实用价值和应用前景。

基于膜污染减缓原理验证改性稻壳-UF-MBR组合工艺的可行性：改性稻壳-UF-MBR组合工艺集改性稻壳的强吸附作用、MBR的生物降解以及膜的高效截留作用为一体，其中稻壳基活性炭具有巨大的比表面积和发达的孔隙结构易于吸附富集有机物，同时也是微生物附着生长的良好载体，使得整个系统的生物活性高、稳定性强；改性稻壳吸附部分微生物的胞外聚合物，在膜表面形成滤饼层，可有效地减缓膜污染以及过膜压差(TMP)的增长速度，对膜组件具有保护作用。因此改性稻壳的投加有可能使反应器内活性污泥的性能得到改善，增加膜透水通量，有效减缓膜污染，使UF-MBR系统的出水水质得到改善，对污染物的去除效能更加稳定可靠，提高了系统抵抗冲击负荷的能力。

膜生物反应器10中的沉淀污泥回流至混凝池5，可改善低浊水的混凝效果；此外，吸附大量氨氮、有机物的改性稻壳可作为肥料，利用可再生资源是当前环境绿色高新技术的发展趋势；黑龙江省农村每年产生的6500万吨秸秆与8000万吨畜禽粪(造成高色高氨氮水质重要原因)有待得到有效处理。

具体实施方式二：结合图1，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：待处理污水存放在进水池1中，利用进水泵2将待处理污水通过进水流量计3和进水控制阀门4送入混凝池5中。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1，本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：混凝剂存放在进药箱7中，利用混凝剂投加泵8将混凝剂通过混凝剂流量计31送入混凝池5中。其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1，本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：填料30存放在填料投加箱9中，通过填料投加箱9将填料30投加到膜生物反应器10中。其他与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：结合图1，本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：在膜生物反应器10底部出泥口通过污泥泵25和排泥阀门29与污泥池27连通，在膜生物反应器10底部出泥口通过污泥泵25和污泥回流阀门28与混凝池5连通。其他与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：结合图1，本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：所述的超滤UF膜组件11为中聚偏氟乙烯空纤维帘式膜组件，pH范围为2～10；允许操作压力为0.01MPa～0.05MPa；膜孔径0.02μm～0.2μm；外径400μm～450μm，内径320μm～350μm；膜尺寸80cm×1000根；其截留分子量为60000～100000；孔隙率为40％～50％。其他与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式七：结合图1，本实施方式是一种利用改性稻壳-超滤膜生物反应器耦合装置处理低温低浊高色高氨氮水源水的方法，其特征在于它是按以下步骤完成的：

一、启动阶段：以低温低浊高色高氨氮水源水作为待处理污水，将待处理污水加入膜生物反应器10中，保证待处理污水的液面低于液位传感器26的指针末端，且完全淹没超滤UF膜组件11，然后按活性污泥浓度为15000mg/L～20000mg/L接种活性污泥，并通过填料投加箱9将填料30投加到膜生物反应器10中，保证膜生物反应器10中悬浮固体浓度为20000mg/L～25000mg/L，启动曝气泵13，采用连续曝气方式进行曝气，控制膜生物反应器10中液体溶解氧浓度为6mg/L～7mg/L；同时开启进水泵2、混凝剂投加泵8、搅拌器6和可编程逻辑控制器24，利用进水泵2将待处理污水从进水池1，以加入量为28L/h依次经过进水流量计3和进水控制阀门4送入混凝池5中，利用混凝剂投加泵8将混凝剂从进药箱7，以投加量为20mg/L～25mg/L经过混凝剂流量计31送入混凝池5中，利用搅拌器6在转速800r/min下进行混匀，当混凝池5中混凝后的污水达到溢流壁高度时，混凝后的污水通过溢流壁从混凝池5溢流入膜生物反应器10中；当膜生物反应器10中液体接触液位传感器26的指针时，此信号由液位传感器26输入可编程逻辑控制器24，此时可编程逻辑控制器24控制出水电磁阀Ⅰ16、出水-反冲洗共用水泵17和出水电磁阀Ⅱ18开启，利用可编程逻辑控制器24根据进水流量计3和混凝剂流量计31分别记录待处理污水加入量和混凝剂加入量，在出水-反冲洗共用水泵17启动的同时打开污泥回流阀门28，并启动污泥泵25，进行污泥回流，将混凝池5中污泥浓度值控制为500mg/L～900mg/L，启动阶段结束；

二、正常出水阶段：利用进水泵2持续将待处理污水从进水池1，以加入量为28L/h依次经过进水流量计3和进水控制阀门4送入混凝池5中，利用混凝剂投加泵8持续从进药箱7向混凝池5中投加混凝剂，以投加量为10mg/L～15mg/L经过混凝剂流量计31送入混凝池5中，控制搅拌器6的转速800r/min，在混凝池5内水力停留时间为2min；并利用可编程逻辑控制器24根据进水流量计3和混凝剂流量计31分别记录待处理污水加入量和混凝剂加入量，曝气泵13采用连续曝气方式持续曝气，控制膜生物反应器10中液体溶解氧浓度为6mg/L～7mg/L；为了保证膜生物反应器10中悬浮固体浓度为20000mg/L～25000mg/L，及时补充填料30，处理后污水通过超滤UF膜组件11的出水口，依次经过出水电磁阀Ⅰ16、出水-反冲洗共用水泵17、出水电磁阀Ⅱ18和出水流量计19进入出水池20中；出水流量计19时时将数值反馈给可编程逻辑控制器24，通过可编程逻辑控制器24调节出水-反冲洗共用水泵17频率，保证以出水量为130L/m²·h～160L/m²·h出水；在膜生物反应器10中水力停留时间为2h；

三、反冲洗阶段：根据出水流量计19反馈信息，当连续出水时间达到25min～30min时，可编程逻辑控制器24控制出水电磁阀Ⅰ16和出水电磁阀Ⅱ18关闭，同时控制反冲洗电磁阀Ⅰ21和反冲洗电磁阀Ⅱ22开启，出水池20存放的处理后污水依次经过反冲洗电磁阀Ⅰ21、出水-反冲洗共用水泵17、反冲洗电磁阀Ⅱ22和反冲洗流量计23，通过超滤UF膜组件11的出水口对超滤UF膜组件11进行反冲洗；可编程逻辑控制器24根据程序设定反冲洗出水流量为0.4m³/m²·h～0.5m³/m²·h，并将信号输入出水-反冲洗共用水泵17的信号输入端，控制出水-反冲洗共用水泵17变频器调节频率，保证以反冲洗出水流量为0.4m³/m²·h～0.5m³/m²·h对超滤UF膜组件11进行反冲洗，反冲洗水排至膜生物反应器10中，当膜生物反应器10内液面达到溢流口高度时，通过溢流管14排至污泥池27中，反冲洗时间控制在2min～4min；

四、排泥阶段：膜生物反应器10底部污泥积累至曝气管12底部管壁时，利用污泥泵25经排泥阀门29将污泥排至污泥池27，至膜生物反应器10底部悬浮固体浓度为20000mg/L～25000mg/L；

五、膜清洗阶段：当出水-反冲洗共用压力表15数值达0.05MPa时，关闭改性稻壳-超滤膜生物反应器耦合装置所有系统，取出超滤UF膜组件11，进行清洗。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七的不同点是：步骤二中定期向膜生物反应器10中加入有机碳源，保证膜生物反应器10中液体的COD_Mn5mg/L～7mg/L，TOC6mg/L～8mg/L，pH＝7。其他与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七或八之一不同点是：步骤一中所述填料30为改性稻壳活性炭。其他与具体实施方式七或八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：所述改性稻壳活性炭是按以下步骤得到的：稻壳除杂、水洗后经1mol/LHCl溶液浸泡4h，水洗至pH值为7～8，在温度为100℃下干燥，除去K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Fe²⁺、Mg²⁺，干燥后的稻壳置入马弗炉隔绝空气800℃碳化3h，将0.2g碳化稻壳与20mL>

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式七至十之一不同点是：步骤一中所述活性污泥是按以下步骤得到的：取自污水厂二次沉淀池的回流污泥，经驯化成熟后，即得到活性污泥。其他与具体实施方式七至十相同。

采用下述试验验证本发明效果

实施例1：结合图1，一种改性稻壳-超滤膜生物反应器耦合装置，它由进水系统、混凝系统、膜生物反应系统、出水系统、反冲洗系统、排泥系统、污泥回流系统和自控系统组成；

所述的进水系统包括进水池1、进水泵2、进水流量计3和进水控制阀门4；

所述的混凝系统包括混凝池5、搅拌器6、进药箱7、混凝剂投加泵8和混凝剂流量计31；在混凝池5中设置搅拌器6；

所述的膜生物反应系统包括填料投加箱9、膜生物反应器10、超滤UF膜组件11、曝气管12、曝气泵13、溢流管14、液位控制器26和填料30；所述超滤UF膜组件11悬空设置在膜生物反应器10内；所述曝气管12设置在超滤UF膜组件11下方，曝气管12的一端连接曝气泵13；

所述的出水系统包括出水-反冲洗共用压力表15、出水电磁阀Ⅰ16、出水-反冲洗共用水泵17、出水电磁阀Ⅱ18、出水流量计19和出水池20；

所述的反冲洗系统包括反冲洗电磁阀Ⅰ21、出水-反冲洗共用水泵17、反冲洗电磁阀Ⅱ22、出水-反冲洗共用压力表15和反冲洗流量计23；

所述的排泥系统包括污泥泵25、排泥阀门29和污泥池27；

所述的污泥回流系统包括污泥泵25和污泥回流阀门28；

所述的自控系统包括可编程逻辑控制器24、液位控制器26、混凝剂流量计31、出水-反冲洗共用压力表15、出水电磁阀Ⅰ16、出水-反冲洗共用水泵17、出水电磁阀Ⅱ18、出水流量计19、反冲洗电磁阀Ⅰ21、反冲洗电磁阀Ⅱ22、反冲洗流量计23和进水流量计3；

所述混凝池5与膜生物反应器10通过溢流壁隔开，且溢流壁高度低于混凝池5和膜生物反应器10其他侧壁；

所述液位控制器26悬空设置在超滤UF膜组件11上方，且液位控制器26的指针末端高度高于超滤UF膜组件11出水口高度，低于溢流壁高度；

在膜生物反应器10非溢流壁的侧壁上设置溢流口，且溢流口的高度低于溢流壁高度，高于液位控制器26的指针末端高度，溢流口与溢流管14的一端连通，溢流管14的另一端与污泥池27连通；

通过排泥系统对膜生物反应系统产生的污泥进行排放；通过污泥回流系统将膜生物反应系统产生的污泥回流进入混凝系统；通过自控系统控制出水系统和反冲洗系统开关；

混凝剂存放在进药箱7中，利用混凝剂投加泵8将混凝剂通过混凝剂流量计31送入混凝池5中。

填料30存放在填料投加箱9中，通过填料投加箱9将填料30投加到膜生物反应器10中。

当膜生物反应器10中液体接触液位传感器26的指针时，此信号由液位传感器26输入可编程逻辑控制器24，此时可编程逻辑控制器24控制出水电磁阀Ⅰ16、出水-反冲洗共用水泵17和出水电磁阀Ⅱ18开启。

在膜生物反应器10底部出泥口通过污泥泵25和排泥阀门29与污泥池27连通，在膜生物反应器10底部出泥口通过污泥泵25和污泥回流阀门28与混凝池5连通。

处理后污水通过超滤UF膜组件11的出水口，依次经过出水电磁阀Ⅰ16、出水-反冲洗共用水泵17、出水电磁阀Ⅱ18和出水流量计19进入出水池20中。

所述的超滤UF膜组件11为中聚偏氟乙烯空纤维帘式膜组件，pH范围为2～10；允许操作压力为0.01MPa～0.05MPa；膜孔径0.02μm～0.2μm；外径400μm～450μm，内径320μm～350μm；膜尺寸80cm×1000根；其截留分子量为60000～100000；孔隙率为40％～50％。

正常处理阶段：反冲洗电磁阀Ⅰ21和反冲洗电磁阀Ⅱ22关闭，出水电磁阀Ⅰ16和出水电磁阀Ⅱ18开启，待处理污水存放在进水池1中，利用进水泵2将待处理污水通过进水流量计3和进水控制阀门4送入混凝池5中；混凝池5中经过混凝后的污水通过溢流壁从混凝池5溢流入膜生物反应器10中；处理后污水通过超滤UF膜组件11的出水口，依次经过出水电磁阀Ⅰ16、出水-反冲洗共用水泵17、出水电磁阀Ⅱ18和出水流量计19进入出水池20中。

反冲洗阶段：出水电磁阀Ⅰ16和出水电磁阀Ⅱ18关闭，反冲洗电磁阀Ⅰ21和反冲洗电磁阀Ⅱ22开启，出水池20存放的处理后污水依次经过反冲洗电磁阀Ⅰ21、出水-反冲洗共用水泵17、反冲洗电磁阀Ⅱ22和反冲洗流量计23，通过超滤UF膜组件11的出水口对超滤UF膜组件11进行反冲洗。

实施例2：结合图1，一种利用改性稻壳-超滤膜生物反应器耦合装置处理低温低浊高色高氨氮水源水的方法，具体是按以下步骤完成的：

一、启动阶段：以低温低浊高色高氨氮水源水作为待处理污水，将待处理污水加入膜生物反应器10中，保证待处理污水的液面低于液位传感器26的指针末端，且完全淹没超滤UF膜组件11，然后按活性污泥浓度为15000mg/L～20000mg/L接种活性污泥，并通过填料投加箱9将填料30投加到膜生物反应器10中，保证膜生物反应器10中悬浮固体浓度为20000mg/L～25000mg/L，启动曝气泵13，采用连续曝气方式进行曝气，控制膜生物反应器10中液体溶解氧浓度为6mg/L～7mg/L；同时开启进水泵2、混凝剂投加泵8、搅拌器6和可编程逻辑控制器24，利用进水泵2将待处理污水从进水池1，以加入量为28L/h依次经过进水流量计3和进水控制阀门4送入混凝池5中，利用混凝剂投加泵8持续从进药箱7向混凝池5中投加混凝剂，以投加量为20mg/L～25mg/L经过混凝剂流量计31送入混凝池5中，利用搅拌器6在转速800r/min下进行混匀，当混凝池5中混凝后的污水达到溢流壁高度时，混凝后的污水通过溢流壁从混凝池5溢流入膜生物反应器10中，所述混凝后的污水中含有微小絮粒；当膜生物反应器10中液体接触液位传感器26的指针时，此信号由液位传感器26输入可编程逻辑控制器24，此时可编程逻辑控制器24控制出水电磁阀Ⅰ16、出水-反冲洗共用水泵17和出水电磁阀Ⅱ18开启，利用可编程逻辑控制器24根据进水流量计3和混凝剂流量计31分别记录待处理污水加入量和混凝剂加入量，在出水-反冲洗共用水泵17启动的同时打开污泥回流阀门28，并启动污泥泵25，进行污泥回流，将混凝池5中污泥浓度值控制为500mg/L～900mg/L，启动阶段结束；

二、正常出水阶段：利用进水泵2持续将待处理污水从进水池1，以加入量为28L/h依次经过进水流量计3和进水控制阀门4送入混凝池5中，利用混凝剂投加泵8持续混凝剂从进药箱7，以投加量为10mg/L～15mg/L经过混凝剂流量计31送入混凝池5中，控制搅拌器6的转速800r/min，在混凝池5内水力停留时间为2min；并利用可编程逻辑控制器24根据进水流量计3和混凝剂流量计31分别记录待处理污水加入量和混凝剂加入量，曝气泵13采用连续曝气方式持续曝气，控制膜生物反应器10中液体溶解氧浓度为6mg/L～7mg/L；气泡的扰动使膜生物反应区形成微小涡旋，防止絮体下沉，利于絮体的相互碰撞及絮凝作用，进而实现对污染物的充分吸附，曝气提供的丰富的溶解氧，有利于微生物的生长繁殖，进行生物降解以提高水处理的效果；为了保证膜生物反应器10中悬浮固体浓度为20000mg/L～25000mg/L，及时补充填料30，处理后污水通过超滤UF膜组件11的出水口，依次经过出水电磁阀Ⅰ16、出水-反冲洗共用水泵17、出水电磁阀Ⅱ18和出水流量计19进入出水池20中；出水流量计19时时将数值反馈给可编程逻辑控制器24，通过可编程逻辑控制器24调节出水-反冲洗共用水泵17频率，保证以出水量为130L/m²·h～160L/m²·h出水；在膜生物反应器10中水力停留时间为2h；

三、反冲洗阶段：根据出水流量计19反馈信息，当连续出水时间达到25min～30min时，可编程逻辑控制器24控制出水电磁阀Ⅰ16和出水电磁阀Ⅱ18关闭，同时控制反冲洗电磁阀Ⅰ21和反冲洗电磁阀Ⅱ22开启，出水池20存放的处理后污水依次经过反冲洗电磁阀Ⅰ21、出水-反冲洗共用水泵17、反冲洗电磁阀Ⅱ22和反冲洗流量计23，通过超滤UF膜组件11的出水口对超滤UF膜组件11进行反冲洗；可编程逻辑控制器24根据程序设定反冲洗出水流量为0.4m³/m²·h～0.5m³/m²·h，并将信号输入出水-反冲洗共用水泵17的信号输入端，控制出水-反冲洗共用水泵17变频器调节频率，保证以反冲洗出水流量为0.4m³/m²·h～0.5m³/m²·h对超滤UF膜组件11进行反冲洗，反冲洗水排至膜生物反应器10中，当膜生物反应器10内液面达到溢流口高度时，通过溢流管14排至污泥池27中，反冲洗时间控制在2min～4min；

四、排泥阶段：膜生物反应器10底部污泥积累至曝气管12底部管壁时，利用污泥泵25经排泥阀门29将污泥排至污泥池27，至膜生物反应器10底部悬浮固体浓度为20000mg/L～25000mg/L；

五、膜清洗阶段：当出水-反冲洗共用压力表15数值达0.05MPa时，关闭改性稻壳-超滤膜生物反应器耦合装置所有系统，取出超滤UF膜组件11，进行清洗。

本实施例步骤二中定期向膜生物反应器10中加入有机碳源，保证膜生物反应器10中液体的COD_Mn5mg/L～7mg/L，TOC>

本实施例步骤一中所述填料30为改性稻壳活性炭；所述改性稻壳活性炭是按以下步骤得到的：稻壳除杂、水洗后经1mol/L HCl溶液浸泡4h，水洗至pH值为7～8，在温度为100℃下干燥，除去K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Fe²⁺、Mg²⁺，干燥后的稻壳置入马弗炉隔绝空气800℃碳化3h，将0.2g碳化稻壳与20mL>

本实施例步骤一中所述活性污泥是按以下步骤得到的：取自污水厂二次沉淀池的回流污泥，经驯化成熟后，即得到活性污泥。

改性稻壳的作用效果：对膜生物反应器、改性稻壳-膜生物反应器耦合装置的污泥混合液体的有机物相对分子量分布进行连续测定，结果显示改性稻壳增加了系统对3K～10KD、10K～100KD、>100KD三区间有机物(用UV₂₅₄值表示)的去除效果，较单独的膜生物反应器分别提高了3％、12％、4％，表明改性稻壳吸附了污泥混合液中部分有机物与微生物代谢产物，此外，投加改性稻壳后的污泥絮体相互聚集、粘结而形成生物稻壳，为微生物提供了优良的生存环境，增强了污泥活性，使其对有机物的降解能力更强。

本实施例所述的改性稻壳-超滤膜生物反应器耦合装置是实施例1提供的。

低温低浊高色高氨氮水源水的特征：水温0～5℃，浊度为10NTU～15NTU，色度为40～50度，氨氮高于1mg/L～1.5mg/L。

投加生物易降解的有机碳源(葡萄糖)，使反应器混合液中微生物的生长繁殖不受贫营养环境的限制，还可促使生物易降解有机物与反应器内积累的生物难降解有机物产生共代谢效应，发掘活性污泥的潜能，保证膜生物反应器10中液体的COD_Mn5mg/L～7mg/L，TOC6mg/L～8mg/L，pH＝7。

运行3天，进水色度稳定在50度，出水色度在2度～3度，去除率约为96％；COD_Mn含量在2.5mg/L～2.2mg/L，去除率达到70％-80％；NH₄-N去除率开始时相对较高，约为95％，水中总含氮量的去除率较低，为20％～26％。

运行9天处理后的出水色度在3度～5度；色度去除率为90％～95％；COD_Mn去除率为40％～48％，其含量在2mg/L左右，但是由于在第九天后换水导致其去除率骤降至40％左右；NH₄-N的去除率也有所降低，为77％～85％，水中总含氮量的去除率为19％～29％，出水中的总含氮量为3.3mg/L～5.1mg/L。

运行15天处理后进水色度稳定在40度左右，出水色度为0度～4度；出水COD_Mn为1.62mg/L～1.85mg/L，其去除率为70％～75％，水中NH₄-N为1mg/L～1.5mg/L，去除率为80％～88％，水中总含氮量为2.2mg/L～2.8mg/L，去除率为15％～30％。

运行30天，进水色度有所提升，在40度～45度之间，出水色度在1度～2度之间；COD_Mn去除率接近88％，出水COD_Mn值稳定在1.5mg/L左右；水中NH₄-N的去除率与试验运行前三天基本持平在95％左右，水中总的含氨量逐渐减少，去除率约为25％～40％。

运行45天，出水色度去除率达到94％～98％，出水色度比较稳定在2度左右；COD_Mn去除率为80％-90％；水中NH₄-N的去除率稳定波动，平均为95％左右，总含氮量的去除率为35％～50％。

运行90天，进水色度稳定在37度左右，出水色度接近于0，色度去除率接近98％～100％；COD_Mn去除率稳定波动，平均为85％；水中NH₄-N的去除率稳定波动，平均为96.2％～98％；出水中总的含氮量稳定在0.7～0.9mg/L，去除率达到59％～70％。