一种膜曝气菌藻生物膜系统及其应用技术方案

本发明专利技术涉及一种膜曝气菌藻生物膜系统及其应用，该系统包括反应器、设置在反应器中的曝气扩散器、固定在曝气扩散器上的曝气膜以及设置在反应器上的污水循环单元，所述的反应器底部设有进水管，顶部设有出水管，所述的曝气扩散器底部设有进气管，顶部设有排气管，所述的曝气膜上负载生长有微生物及微藻；所述的系统用于同步去除污水中的有机物及氮、磷。与现有技术相比，本发明专利技术整体结构简单、紧凑，构型稳固，运行稳定，调节灵活性好，能够实现对污水中有机污染物和氮、磷的同步高效去除，经济实用，具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于污水生物处理
，涉及。
技术介绍
传统的污水生物处理技术主要利用微生物代谢作用实现污染物的去除，氮磷的去除主要是利用硝化细菌、反硝化细菌及聚磷菌的厌氧释磷和好氧吸磷的特点来实现的，例如，传统的活性污泥法利用好氧微生物对有机物降解产生二氧化碳和水，同时合成生物体；利用硝化、反硝化细菌将氮素转化成氮气;利用聚磷和释磷菌去除磷素。然而，传统的污水生物处理技术的主要缺点包括:污水处理周期较长，反应池体积较大，而且曝气量较大，设备较多，运行复杂，成本较高，产生的大量污泥难以处理等，这已成为传统污水处理工艺的技术发展瓶颈。藻类作为光能自养型生物，能够利用光能以无机碳为碳源，通过光合作用吸收环境中的氮磷等物质，同时释放氧气。同时，藻类还可以作为生产生物柴油、动物饲料、提取药物等的原材料，具有很大的应用前景。细菌类微生物作为异养微生物，能够通过呼吸作用，利用氧气将有机物降解为二氧化碳、水等小分子物质。由于细菌呼吸活动降解有机物需要消耗空气中的氧气，同时有泡曝气氧气的传质效率低，曝气所消耗的能源占污水处理能源消耗的绝大部分，而藻类的光合作用消耗二氧化碳产生氧气，可与细菌代谢产物互补，将两者的这种关系加以利用，即可实现菌藻共生。基于细菌微藻的这种共生关系进行设计，最大限度地减少污水处理过程中的能源消耗，同时强化生物膜的脱氮除磷能力，实现污染物的尚效去除。目前，运用菌藻生物膜处理污水的相关技术已有报道。例如，授权公告号为CN101885534A的中国专利公开了菌藻协同低碳膜光合反应系统，通过在反应池中添加填料，细菌附着于填料上，形成接触氧化反应条件。外部光照为微藻的光合作用提供充足的光照，产生的氧气经细菌利用后，多余的氧气在水中饱和后溢出。曝气装置弥补藻类所产生的氧气不足，同时为微藻的生长提供二氧化碳。但是由于曝气装置是有泡曝气，气体的利用率较低，同时气泡与生物膜接触摩擦，容易造成生物膜的脱落，从而导致处理效果不佳。另外，有泡曝气气体利用率不高，导致能源的浪费，增加了处理系统的成本。另，授权公告号为CN101328000A的中国专利公开了一种菌藻共生系统，将藻类微生物接种到填料池中，微藻和微生物附着生长在多面空心载体上，形成菌藻共生系统。菌藻处理系统中没有添加了光照装置和曝气装置，单纯利用微生物和微藻的共生关系进行污水处理。虽然减少了能源的使用量，但是难以实现污水的高效处理，同时在菌藻处理系统后添加有曝气接触氧化池，同样面临着氧的利用率较低。但上述的专利技术均使用有泡曝气，无法避免气泡与生物膜的接触摩擦破坏生物膜，同时氧的利用率较低，菌藻共生系统不能实现污水的高效处理。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单，在提高微生物降解有机物的同时，还能提高微藻同化污水中氮磷能力的膜曝气菌藻生物膜系统及其应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现:—种膜曝气菌藻生物膜系统，该系统包括反应器、设置在反应器中的曝气扩散器、固定在曝气扩散器上的曝气膜以及设置在反应器上的污水循环单元，所述的反应器底部设有进水管，顶部设有出水管，所述的曝气扩散器底部设有进气管，顶部设有排气管，所述的曝气膜上负载生长有微生物及微藻。所述的系统还包括设置在反应器两侧的光照单元。所述的光照单元包括支撑板以及布设在支撑板上的多个荧光灯。所述的荧光灯共设有4-8个，等间距均匀布设在支撑板上。在实际使用时，反应器的两侧可根据实际情况设置光照单元或利用自然光源，为藻类的光合作用提供充足的光能。所述的曝气膜为中空纤维曝气膜或管式曝气膜中的一种。所述的曝气膜与曝气扩散器共同构成曝气膜组件，可以在藻类光合作用所产生的氧不足时通过曝空气提供氧气，防止细菌供氧不足;也可以在细菌和微藻呼吸作用所产生的二氧化碳不足时通过曝二氧化碳，以提高微藻的光合作用。所述的污水循环单元包括与反应器顶部、底部相连通的回流管以及设置在回流管上的流量计、第一流量控制阀及循环栗。所述的进水管上设有第二流量控制阀及进水栗，所述的出水管上设有第三流量控制阀。所述的进气管上设有第一气体控制阀，所述的排气管上设有第二气体控制阀，所述的第一气体控制阀与第二气体控制阀相互配合，对曝气膜内的气压进行调控。所述的反应器为透明封闭式反应器，这可以提高了二氧化碳和氧气的利用效率，强化了微生物和微藻的代谢。一种膜曝气菌藻生物膜系统的应用，该系统用于同步去除污水中的有机物及氮、磷。本专利技术中，所述的微生物在接种时，可以接种硝化污泥，也可以接种普通的活性污泥，在微藻选择方面，可以根据实际待处理污水的种类，单独选取螺旋藻、小球藻、栅藻、颤藻、鞘藻或蓝藻，或者将集中微藻结合起来使用。所述的曝气膜为一种选择透过性膜，能够对二氧化碳和氧气具有较好的传质性能，并且曝气膜的泡点压力较高，能够在高压力条件下实现无泡曝气。同时，曝气膜的生物亲和性较好。在实际安装设置过程中，需要确保曝气膜在曝气扩散器上相互之间不会遮挡光路。本专利技术膜曝气菌藻生物膜系统，在反应器的内部设置曝气扩散器，并将曝气膜固定在曝气扩散器上构成膜曝气组件，一方面可为反应器中的污水提供无泡曝气，提高污水溶解氧的含量，另一方面曝气膜作为微生物和微藻的生长载体，能有效提高微生物和微藻的生物量。在实际应用过程中，膜曝气为反应器提供无泡曝气，提高了污水中氧的传质，从而提高了微生物的活性，而微生物呼吸作用消耗掉氧气产生二氧化碳，释放到水体中，此时，微藻通过光合作用消耗掉污水中的二氧化碳，产生氧气，与微生物之间形成共生关系。微藻消耗二氧化碳，微生物产生二氧化碳，两者相互作用，有效避免了菌藻共生系统内PH值的波动变化，有利于微生物和微藻的稳定生长。本专利技术中，菌藻附着于曝气膜组件上生长，降低混合液中浊度，同时减少藻类随污水流出反应器，避免二次污染;污水的浊度降低有利于光的透过，合理设置曝气膜内气压可实现菌藻生物膜同步硝化反硝化及藻类的光合作用吸收氮磷。本专利技术为废水的资源化处理提供一种新的思路，采用菌藻共生关系与膜曝气无泡曝气的方法耦合起来，构建膜曝气菌藻生物膜是可行性的，这种菌藻共生系统不仅可以实现微藻光合作用产氧促进微生物高效降解有机物，还能够实现微藻光合作用，这种生物膜系统可实现系统内部二氧化碳和氧气的循环利用，这不仅减少了曝气量，降低能源的消耗，同时通过回收生物质厌氧发酵，实现资源的回收再利用。本专利技术用于污水脱氮除磷，不需外加碳源，运行成本低，反应器结构紧凑，占地面积小，可以长期稳定运行，可应用于城市污水处理厂污泥厌氧消化上清液的处理，也可应用于一些高氮磷废水生物处理的预处理工艺。因此，本专利技术在当前的城市污水处理厂及高氨氮工业废水处理领域具有良好的应用前景和市场推广潜力。与现有技术相比，本专利技术在菌藻生物膜的基础上通过膜曝气，实现无泡曝气，不仅解决了有泡曝气气泡与生物膜摩擦接触破坏生物膜的缺陷，同时，膜曝气提供的无泡曝气提高了氧的传质速率，提高了氧的利用率，减少了曝气量，从而减少了能源的消耗;而微生物与微藻共同附着在曝气膜表面，通过氧气和光照的不同分布情况，可形成生物膜的分层，不同层微生物的种属不同，为实现氮的硝化反硝化提供可能，提高污水中氮的去除效果。与现有技术相比，本专利技术将膜曝气工艺与菌藻共生系统耦合在一起处理废水的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膜曝气菌藻生物膜系统，其特征在于，该系统包括反应器(1)、设置在反应器(1)中的曝气扩散器(3)、固定在曝气扩散器(3)上的曝气膜(2)以及设置在反应器(1)上的污水循环单元，所述的反应器(1)底部设有进水管(9)，顶部设有出水管(10)，所述的曝气扩散器底部(3)设有进气管(11)，顶部设有排气管(12)，所述的曝气膜(2)上负载生长有微生物及微藻。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王荣昌，李赛超，王小燕，王超颖，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31