一种基于驯化活性微生物的陶瓷膜污水处理设备及方法

摘要

本发明提供了一种基于驯化活性微生物的陶瓷膜污水处理设备及方法，该设备包括：反应池，所述反应池包括进水口和出水口；第一膜组件，所述第一膜组件的陶瓷膜通过气体管路与储气罐相连通，并将所述储气罐内的微生物培养气体充入所述陶瓷膜，且在活性污泥环境中形成生物膜层，所述生物膜层覆盖于所述第一膜组件的陶瓷膜表面；第二膜组件，所述第二膜组件位于所述第一膜组件的下游，且所述第二膜组件通过出水管路与所述出水口相连通。其解决了现有MBR技术中微生物种群不可控的难题，同时由于采用了固着态微生物处理废水，产泥量低且沉降性能好，可解决现有MBR中膜组件容易受悬浮态活性污泥污染而导致的产水率低和频繁更换膜组件的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种基于驯化活性微生物的陶瓷膜污水处理设备及方法。

背景技术

膜生物反应器(Membrance Bioreactor，MBR)是传统生化处理技术和现代膜分离技术的有机结合，以膜组件如微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透等过滤过程代替传统活性污泥法中的沉淀池，保留了生物处理技术负荷高、能耗低、可回收利用沼气(厌氧生物处理)等优点；同时，膜组件实现了HRT和SRT的有效分离，缓解了传统活性污泥法的污泥流失问题；此外，膜截留还能去除水中的细菌和病毒，提高出水水质。因此该工艺具有占地面积小、便于管理、出水水质高、污泥产量少等特点，在城镇生活污水和工业废水处理中应用广泛。但是，现有的陶瓷膜MBR污水处理设备，均采用活性污泥+膜的方式形成MBR工艺，此工艺在反应器存在大量悬浮态的絮状活性污泥，由于污泥被膜截留而聚集在膜表面，非常容易导致膜污染，通常的用水或气反冲洗的方法对膜污染的清除效率极低，膜通量降低后难于恢复，这导致产水率的降低，进而使运行成本增加。而且，受到不可逆污染的膜组件需要更换才能维持工艺正常运行。但是膜组件的频繁更换也会大大提高成本。另一方面，由于微生物种群难以调控，MBR反应器目前多以好氧反应工艺为主，主要去除COD和氨氮等污染物。但是对某些污染物如硫酸盐、抗生素等无能为力。而且，受限于膜组件的抗污染能力，反应器中的MLSS浓度无法进一步提高，反应器的容积负荷也受到了限制，反应器无法在同等条件下处理更多的污水。因此，在当前的技术状态下，如何使MBR工艺能够利用微生物的多样性调控，更加广泛的适应不同种类污水的处理，同时提高生物量，解决MBR中膜污染的问题，成为此工艺继续发展的迫切需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于驯化活性微生物的陶瓷膜污水处理设备及方法，以至少部分解决现有技术中MBR工艺功能单一、效率无法进一步提升、膜组件受污泥污染导致运行效率低、膜组件更换成本较高的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于驯化活性微生物的陶瓷膜污水处理设备，包括：

反应池，所述反应池包括进水口和出水口；

第一膜组件，所述第一膜组件的陶瓷膜通过气体管路与储气罐相连通，并将所述储气罐内的微生物培养气体充入所述陶瓷膜，且在活性污泥环境中形成生物膜层，所述生物膜层覆盖于所述第一膜组件的陶瓷膜表面；

第二膜组件，所述第二膜组件位于所述第一膜组件的下游，且所述第二膜组件通过出水管路与所述出水口相连通。

进一步地，所述气体管路上设置有空压机。

进一步地，所述气体管路上还设置有调压阀，所述调压阀位于所述空压机与所述第一膜组件之间的管路上。

进一步地，所述调压阀设置于所述反应池外。

本发明还提供一种基于驯化活性微生物的陶瓷膜污水处理方法，包括以下步骤：

利用待处理污水、活性污泥和微生物培养气体，在第一膜组件的表面驯化培养出预设数量的微生物；

排出活性污泥；

向反应池内通入待处理污水，使得待处理污水中的污染物在第一膜组件表面微生物的作用下降解；

经过微生物降解后的待处理污水进入第二膜组件，并通过第二膜组件的过滤后排出。

进一步地，利用待处理污水、活性污泥和微生物培养气体，在第一膜组件的表面驯化培养出预设数量的微生物，具体包括：

将活性污泥投入反应池的水中，通过搅拌使活性污泥在水中分散、并与陶瓷膜接触；

向陶瓷膜中充入微生物培养气体，使微生物在陶瓷膜表面生长并形成生物膜层。

进一步地，利用待处理污水、活性污泥和微生物培养气体，在第一膜组件的表面驯化培养出预设数量的微生物，还包括：

定期向所述第一膜组件内加入碳源、氮和磷等作为营养物，微生物驯化培养时间为20-30天。

进一步地，待处理污水的膜通量为0.03-0.0.06m

进一步地，所述微生物培养气体为空气、纯氧、纯氧与空气的混合气体、氢气、硫化氢中的一种。

进一步地，所述微生物培养气体的通入压力为0.1-2MPa。

本发明所提供的陶瓷膜污水处理设备和方法，利用两组陶瓷膜组件，其中一组陶瓷膜组件(即第一膜组件)用于驯化培养微生物并作为微生物的载体，另一组陶瓷膜组件(即第二膜组件)用于过滤经过降解的污水。在工作过程中，先将部分活性污泥投入反应池的待处理污水中，通过搅拌使污泥在水中分散并与第一膜组件的陶瓷膜接触，同时，第一膜组件中的陶瓷膜充入培养微生物所需的气体，使微生物在该陶瓷膜表面快速生长，驯化完成后将活性污泥排出，而后通入待处理污水，使得待处理污水中的污染物在第一膜组件表面微生物的作用下降解，经过微生物降解后的待处理污水进入第二膜组件，并通过第二膜组件的过滤后排出。

这样，利用附着在平板陶瓷膜表面的微生物群落取代分散在水中的活性污泥絮体，可以减轻用于过滤污水的陶瓷膜的表面污染；并且，平板陶瓷膜表面的微生物群落的活性比靠水中曝气提供气体养份的活性污泥絮体的活性更高；同时，由于气体停留在陶瓷膜表面不逸出，其气体利用率高于曝气方式，可以大大降低能耗。从而解决了现有MBR技术中MLSS浓度无法进一步增加以提高处理效率的问题，同时也解决了膜组件受活性污泥污染导致的产水率下降和频繁更换膜组件的问题，降低了工艺运行成本。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明所提供的基于驯化活性微生物的陶瓷膜污水处理设备一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1所示污水处理设备中微生物培养的原理图；

图3为本发明所提供的污水处理方法一种具体实施方式的流程图。

附图标记说明：

1-进水口 2第一膜组件 3-出水口 4第二膜组件 5-空压机

6-储气罐 7-调压阀 8-陶瓷膜内部通道 9-气体分子 10-膜层孔道

11-微生物群落 12-陶瓷膜表面

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所提供的基于驯化活性微生物的陶瓷膜污水处理设备，用于污水处理中，其利用微生物培养和降解技术，通过微生物的生物膜层替代活性污泥进行污水处理，为处理系统的微生物提供高效的供气能力，避免陶瓷膜由于污泥堵塞导致的失效，以此提高微生物群落11的代谢活性能力，提升微生物降解水中污染物的效率，并降低陶瓷膜MBR工艺的运行和更换成本。

在一种具体实施方式中，如图1所示，本发明提供的基于驯化活性微生物的陶瓷膜污水处理设备包括反应池、第一膜组件2和第二膜组件4，其中，反应池包括进水口1和出水口3，通过进水口1向反应池内内通水，污水处理完毕后，通过出水口3排水。第一膜组件2与第二膜组件4并列铺设在反应池内，且第一膜组件2的铺设面积大于第二膜组件4的铺设面积，例如第一膜组件2可以占膜铺设总面积的三分之二，而第二膜组件4可以占膜铺设总面积的三分之一。

上述第一膜组件2的陶瓷膜通过气体管路与储气罐6相连通，并将所述储气罐6内的微生物培养气体充入所述陶瓷膜，且在活性污泥环境中形成生物膜层，所述生物膜层覆盖于所述第一膜组件2的陶瓷膜表面12，所述第二膜组件4位于所述第一膜组件2的下游(即在排水方向上的下游)，且所述第二膜组件4通过出水管路与所述出水口3相连通。

从原理上来讲，如图2所示，在微生物培养过程中，陶瓷膜内部通道8中充入上述微生物培养气体，气体分子9充满陶瓷膜内部通道8并经过膜层孔道10进入到陶瓷膜表面12，通过与活性污泥接触，即可在陶瓷膜表面12形成微生物群落11。

为了提高气体输入性能，保证气流压力，在气体管路上可以设置有空压机5。并且，为了根据情况调整气流压力，以便更加符合工况要求，所述气体管路上还设置有调压阀7，所述调压阀7位于所述空压机5与所述第一膜组件2之间的管路上，所述调压阀7设置于所述反应池外。

该陶瓷膜污水处理设备利用了平板陶瓷膜表面12可以生长附着微生物的特性，以及在一定压力下气体可以从平板陶瓷膜内部向外排出的能力，以平板陶瓷膜作为生长基底，将空气、纯氧、纯氧与空气的混合气体、氢气、硫化氢或者其他气体从陶瓷膜内部输送到陶瓷膜表面12，由于陶瓷膜在水中时，气体需要一定的压力才能从陶瓷膜表面12逸出，因此只要维持相应的压强，就可以使气体停留在陶瓷膜表面12不流失，微生物与陶瓷膜表面12处的气体充分接触并生长附着在表面，而且在微生物降解水中的有机污染物时，陶瓷膜也为微生物提供充足气体原料，使其降解效率保持高效稳定。

微生物培养过程中，由于微生物只有在适当的压强，适当的温度下才能够快速生长，因此，该装置还包括有环境情况预警装置，该环境情况预警装置包括温度传感器、压力传感器、控制器和报警器。

其中，温度传感器实时获取反应池内的温度，并将检测到的当前温度传输至控制器，控制器将当前温度与温度阈值相比较，当温度低于温度阈值，则发出升温指令，从而驱动加热器开启实现升温；当温度高于温度阈值，则发出降温指令，从而驱动散热器开启实现降温；当温度高于温度阈值150％，则向报警器发出报警信号，从而驱动报警器发出声光报警信号。

压力传感器实时获取反应池内供气管路的气体压力，并将检测到的当前压力传输至控制器，控制器将当前压力与压力阈值相比较，当压力低于压力阈值，则发出加压指令，从而驱动调压阀开度调大，以实现增压；当压力高于压力阈值，则发出降压指令，从而驱动调压阀开度降低，以实现降压；当压力高于压力阈值130％，则向报警器发出报警信号，从而驱动报警器发出声光报警信号，同时向旁路泄压阀发出开启信号，以实现旁路迅速泄压。

可选的，报警器可以为声光报警器，也可以为嵌入到智能终端中的报警程序，当触发报警后，可向指定的智能终端发送报警语音或短信推送，以实现迅速报警。

在上述具体方式中，本发明所提供的污水处理设备，利用附着在平板陶瓷膜表面12的微生物群落11取代分散在水中的活性污泥絮体，可以减轻用于过滤污水的陶瓷膜的表面污染；并且，平板陶瓷膜表面12的微生物群落11的活性比靠水中曝气提供气体养份的活性污泥絮体的活性更高；同时，由于气体停留在陶瓷膜表面12不逸出，其利用率高于曝气方式，可以大大降低能耗。从而解决了现有MBR技术中污染物降解效率降低、活性污泥污染导致的产水率下降和频繁更换膜组件的问题，降低了工艺运行成本。

除了上述设备，本发明还提供一种基于驯化活性微生物的陶瓷膜污水处理方法，如图3所示，包括以下步骤：

S1：利用待处理污水、活性污泥和微生物培养气体，在第一膜组件的表面驯化培养出预设数量的微生物；其中，所述微生物培养气体为空气、纯氧、纯氧与空气的混合气体、氢气、硫化氢中的一种，所述微生物培养气体的通入压力为0.1-2MPa。

S2：排出活性污泥；

S3：向反应池内通入待处理污水，使得待处理污水中的污染物在第一膜组件表面微生物的作用下降解；其中，待处理污水的膜通量为0.03-0.0.06m

S4：经过微生物降解后的待处理污水进入第二膜组件，并通过第二膜组件的过滤后排出。

其中，步骤S1，具体包括：

S11：将活性污泥投入反应池的待处理污水中，通过搅拌使活性污泥在水中分散、并与陶瓷膜接触；

S12：向陶瓷膜中充入微生物培养气体，使微生物在陶瓷膜表面生长并形成生物膜层。

S13：定期向所述第一膜组件内加入碳源、氮和磷等作为营养物，微生物驯化培养时间为20-30天。

本发明所提供的陶瓷膜污水处理设备和方法，利用两组陶瓷膜组件，其中一组陶瓷膜组件(即第一膜组件)用于驯化培养微生物，另一组陶瓷膜组件(即第二膜组件)用于过滤经过降解的污水。在工作过程中，先将部分活性污泥投入反应池的待处理污水中，通过搅拌使污泥在水中分散并与第一膜组件的陶瓷膜接触，同时，第一膜组件中的陶瓷膜充入培养微生物所需的气体，使微生物在该陶瓷膜表面快速生长，驯化完成后将活性污泥排出，而后通入待处理污水，使得待处理污水中的污染物在第一膜组件表面微生物的作用下降解，经过微生物降解后的待处理污水进入第二膜组件，并通过第二膜组件的过滤后排出。

下面结合实施例对本发明所提供的处理方法作进一步说明。

实施例1

陶瓷膜污水处理系统的箱体体积为5立方，进水和出水流速为0.5m

实施例2

陶瓷膜污水处理系统的箱体体积为5立方，进水和出水流速为0.5m

可见，该污水处理方法利用附着在平板陶瓷膜表面的微生物群落取代分散在水中的活性污泥絮体，可以减轻用于过滤污水的陶瓷膜的表面污染；并且，平板陶瓷膜表面的微生物群落的活性比靠水中曝气提供气体养份的活性污泥絮体的活性更高；同时，由于气体停留在陶瓷膜表面不逸出，其利用率高于曝气方式，可以大大降低能耗。从而解决了现有技术中膜组件受污泥污染堵塞而造成的供气能力和降解效率降低、膜组件更换成本较高的技术问题。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。