[發明專利]連續模式納米氣泡移動床生物膜反應器系統及相關的污水處理方法

在審

• 申請號: 202010973736.2
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN113087281A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 鄧陽招;李彩霞;黃錦禮;何嘉儀
• 申請（專利權）人: 納米及先進材料研發院有限公司
• 主分類號: C02F9/14
• 分類號: C02F9/14
• 代理公司: 深圳宜保知識產權代理事務所(普通合伙) 44588
• 代理人: 王琴;曹玉存

本發明提供了一種用于污水處理、具有至少兩個納米氣泡發生器的連續模式納米氣泡移動床生物膜反應器系統(NB?MBBR)，包括一個污水供給模塊、一個污水處理模塊、一個電子控制模塊、一個沉淀模塊以及一個臭氧消毒模塊，它們根據一個處理程序進行連接，以使污水在自持系統中得到處理。系統會監控pH值、溫度、氧化還原電位(ORP)、化學需氧量(COD)、氨氮、細菌總數和大腸桿菌等參數，以確保在排放到排水管之前，最終排放水中細菌總數和大腸桿菌去除率均超過99％、殘留的氨氮少于1毫克/公升、COD殘留量為80毫克/公升。對于相同量的污水，本系統的能耗僅為傳統移動床生物膜反應器(T?MBBR)系統能耗的79?83％。另外還提供了使用本系統處理污水的相關方法。

技術領域

本發明涉及一種高效的連續模式納米氣泡移動床生物膜反應器(NB-MBBR)系統。更特別地，本發明的NB-MBBR系統包括至少五個模塊，并具有兩個不同的納米氣泡發生器，其中的元件被配置在不同模塊之間以特定順序操作，以便以低的能量消耗有效去除廢水中的化學和微生物污染物。

背景技術

水是一種必要的資源，而淡水的供應是有限的。廢水處理和回收利用對于商業和工業的重要性常常被低估。向環境排放工業廢水，特別是排放來自化學和混合工藝過程的工業廢水，會造成各種生態和健康危害。在工業中應用有效的廢水處理和回收利用，具有減輕對水資源的需求和供水成本、并保護不同生命的健康和生態系統的潛力。每個行業都有責任盡量減少用水和處理廢水，并盡可能有效地回收利用每一滴水。生物處理法是一種廣泛用于水廢水處理的技術，但普通的活性污泥法需要很大的空間及大量的能源，來向污水注入空氣以供應足夠氧氣，并且需要填埋空間來處理過程中產生的污泥。移動床生物膜反應器(MBBR)是一種附著的生長系統，與傳統活性污泥法比較，在生物膜中具有較高濃度的微生物種群，從而提高了污水的處理效率^1,2。在中試系統研究和實際的污水處理廠中，都有MBBR應用的例子，在50個不同的國家內，現已有600多個MBBR正在運行³。大量研究表明，MBBR系統具有優于傳統活性污泥工藝的優勢，例如高負荷、穩定的處理性能、較短的水力停留時間、更少的污泥產生和更少的空間需求^4,5。在好氧的MBBR系統中，氣泡擴散器通常被應用來產生粗氣泡和微細氣泡，以混合污水和提供氧氣；然而，超微細氣泡具有更好的氧氣傳輸效率，在提供氧氣上應該有更好的效果。由于沒有太多的研究將納米氣泡應用在MBBR系統上，因此還有空間研究如何藉由使用納米氣泡來增加系統中的溶解氧以改良MBBR系統。

中國專利申請號CN106186558A⁶公開了一種高效的供氧納米氣泡懸浮載體流動生化床污水處理系統，其包含一個格柵、一個厭氧池、一個缺氧池、一個MBBR納米氣泡生物反應池和二沉池。MBBR納米氣泡生物反應池與使用氧氣作為氣源的納米氣泡機相連，負責生產并輸送尺寸小于200納米的納米氣泡，以形成高密度的納米氣泡水。然而，與空氣納米氣泡相比，使用氧氣作為氣源將大大增加運營成本。高比表面積載體(填料)由密度稍小于水的聚乙烯改性制成，它們具有親水性，因此可以促進生物膜的形成，并提高其對好氧環境和流體動力剪切力的適應能力。但該專利中公開的系統的最大處理能力和操作模式(間歇或連續)并未定義。在此現有技術中，氣-水混合流是通過加速旋轉的高壓氣穴作用，形成高濃度的含氧納米氣泡，而制造氣-水混合流需要噴射器或水泵，可能要使用額外的能量。此外，當沒有自動清潔裝置時，污泥和微生物可能會附著在納米氣泡產生系統上，并影響其性能。另外在該現有技術中，在生物處理之后缺乏后處理消毒過程。

中國專利公開申請號CN102887589A⁷公開了一種連續模式納米曝氣固定床生物膜反應器，可以增加氧氣傳輸能力和溶解氧濃度、節省五分之一的耗電量，以及在處理生活污水時，將COD和氨氮的去除效率提高至95-98％。納米曝氣生物膜反應器的主要結構如下：1)進水調節池通過水泵連接反應器的進水口；2)該反應器內填充有填料；3)生物膜生長在碳素纖維填料的表面；4)反應器的上部與納米曝氣機的進水管連接；5)反應器的下部與納米曝氣機的曝氣管相連；6)反應器的出水口通過一個電磁閥與出水池連接。然而，作為一個固定膜生物介質，依靠水力的混合不充分時可能導致填料堵塞，從而降低了營養物的去除性能。