公布日：2023.12.29
申請日：2023.09.26
分類(lèi)號：C02F3/12(2023.01)I;C02F3/10(2023.01)I;C02F3/34(2023.01)I;B01D21/02(2006.01)I;C08J9/42(2006.01)I;C08J9/40(2006.01)I;C08L75/08(2006.01)I
摘要
本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種移動(dòng)床生物膜反應器及污水處理方法。相較于以往通過(guò)增加移動(dòng)床生物膜反應器的設備結構，以提高微生物污水處理效果的技術(shù)方案，本發(fā)明以微生物實(shí)際富集、并進(jìn)行污水處理的具體場(chǎng)所——MBBR載體作為研發(fā)重心，通過(guò)對其進(jìn)行改性，提供了一種具有超高比表面積、高機械性能的MBBR載體；在此基礎上，本發(fā)明還通過(guò)對移動(dòng)床生物膜反應器設備進(jìn)行高適配性設計，并配以針對性的污水處理方法，可以對污水，特別是農業(yè)源輕污染水體進(jìn)行高效處理。這為農業(yè)源污染水體的處理提供了一種具有高性?xún)r(jià)比的新型污水處理設備及方法，在一定程度上解決了農業(yè)源污染源分散度高，集中處理難，污水處理成本高的問(wèn)題。
權利要求書(shū)
1.一種移動(dòng)床生物膜反應器，包括在處理污水流動(dòng)方向上依次連通的反應池和沉淀池，其特征在于，所述反應池內部裝載有MBBR載體，所述MBBR載體包括經(jīng)聚乳酸改性的聚氨酯骨架，以及固定設置在聚氨酯骨架上的包覆層，所述包覆層還含有無(wú)機吸附粉末；所述移動(dòng)床生物膜反應器還包括用于對反應池內污水的溶氧量進(jìn)行調節的氧溶控制裝置。
2.根據權利要求1所述的一種移動(dòng)床生物膜反應器，其特征在于，所述MBBR載體的制備包括以下步驟：S1、預聚：將多元醇、異氰酸酯、聚乳酸的混合物預聚，得到聚氨酯預聚體，所述混合物中異氰酸酯指數大于1；S2、發(fā)泡：向聚氨酯預聚體中加入發(fā)泡劑、催化劑、勻泡劑和擴鏈劑，使之發(fā)泡得到聚氨酯骨架；S3、浸漬：將聚氨酯骨架浸漬在包含有無(wú)機吸附粉末的多元醇溶劑中，使之聚合得到MBBR載體。
3.根據權利要求2所述的一種移動(dòng)床生物膜反應器，其特征在于，以質(zhì)量份數計，S1中混合物中各組分的添加量為多元醇100-200份、異氰酸酯30-50份、聚乳酸10-40份。
4.根據權利要求2所述的一種移動(dòng)床生物膜反應器，其特征在于，S3中多元醇溶劑中還包含有催化劑、擴鏈劑中的一種或幾種。
5.根據權利要求2所述的一種移動(dòng)床生物膜反應器，其特征在于，S3中無(wú)機吸附粉末包括沸石粉、活性炭或者電氣石中的一種或幾種。
6.根據權利要求1所述的一種移動(dòng)床生物膜反應器，其特征在于，所述反應池內還沿反應池進(jìn)水時(shí)污水流動(dòng)方向設置有將反應池分為進(jìn)流區和回流區的引流板；并且，反應池進(jìn)水口直接連通進(jìn)流區的前端，所述進(jìn)流區末端直接相通回流區的前端，所述回流區的末端與所述進(jìn)流區的前端相通；所述反應池內還設有將進(jìn)流區末端污水導向回流區前端的導向板；所述導向板將所述反應池分隔成具有MBBR載體和不具有MBBR載體的兩個(gè)區域，且在所述不具有MBBR載體的區域設有與所述沉淀池相連通的反應池出水口；所述導向板上具有供水通過(guò)的過(guò)水孔。
7.根據權利要求6所述的一種移動(dòng)床生物膜反應器，其特征在于，所述進(jìn)流區和回流區的任意一段區域沿污水流動(dòng)方向上設有推動(dòng)含有MBBR載體的污水和/或污泥流動(dòng)的推流攪拌裝置，所述推流攪拌裝置包括攪拌器，以及用于調節所述攪拌器在污水中深度的滑軌，所述推流攪拌裝置還包括帶動(dòng)攪拌器沿著(zhù)滑軌移動(dòng)的控制電機和驅動(dòng)攪拌器工作的工作電機。
8.根據權利要求1所述的一種移動(dòng)床生物膜反應器，其特征在于，所述氧溶控制裝置包括用以測量反應池污水中溶氧量的溶氧傳感器，以及用于接收溶氧傳感器測量信息的PLC控制器，所述PLC控制器電連接有用以向反應池提供氧氣的鼓風(fēng)機；所述氧溶控制裝置還包括全部或部分設置在反應池內部的曝氣裝置，所述曝氣裝置包括與鼓風(fēng)機相接的曝氣管道，以及與所述曝氣管道相接的且將氣體分散的多個(gè)曝氣頭，所述曝氣頭處于污水底部。
9.根據權利要求1所述的一種移動(dòng)床生物膜反應器，其特征在于，所述反應池出水口與沉淀池進(jìn)水口相通；以沉淀池進(jìn)水口的進(jìn)水方向為分界線(xiàn)，所述沉淀池沿著(zhù)水深度方向上自上而下貫通設置有清水區和污泥處置區；所述清水區設有清水出水口；所述污泥處置區包括用以對沉淀池的進(jìn)水中的污泥進(jìn)行匯集的污泥池，以及設置在污泥池內部的污泥回流泵，所述污泥回流泵連接有用于將污泥池中的污泥回流至反應池內的污泥回流管。
10.根據權利要求9所述的一種移動(dòng)床生物膜反應器，其特征在于，所述清水區和污泥處置區之間還設有用以對流入清水區的水進(jìn)行過(guò)濾的污泥篩分區；所述污泥篩分區包括設置在沉淀池進(jìn)水口上方的篩分填料，以及用于對篩分填料進(jìn)行固定的篩分填料固定件。
11.根據權利要求9或10所述的一種移動(dòng)床生物膜反應器，其特征在于，所述清水區包括用于將水引流至清水出水口的出水槽，所述出水槽包括用于控制出水槽內部水流大小的溢流堰臺，所述出水槽由溢流堰臺與沉淀池側表面圍合而成。
12.權利要求1-11任一項所述的移動(dòng)床生物膜反應器在污水處理中進(jìn)行應用。
13.根據權利要求12所述的應用，其特征在于，所述移動(dòng)床生物膜反應器在農業(yè)源水污染處理中應用。
14.一種污水處理方法，其特征在于，使用權利要求1-11任一項所述的移動(dòng)床生物膜反應器；所述污水處理方法包括以下步驟：S1、掛膜：將MBBR載體加入裝載有污水的反應池內，使得污水中的細菌在MBBR載體上進(jìn)行掛膜，得到成膜體系；所述細菌包括好氧硝化細菌和厭氧反硝化細菌；S2、污水處理：向成膜體系中引入污水，通過(guò)氧溶控制裝置對污水中的溶氧量進(jìn)行調控，使得經(jīng)掛膜后的MBBR載體對污水進(jìn)行處理，得到處理水。
15.根據權利要求14所述的一種污水處理方法，其特征在于，步驟S1包括：S1.1、向污水中投加微生物營(yíng)養物質(zhì)，所述微生物營(yíng)養物質(zhì)包括尿素、磷酸氫二鉀和蔗糖，得到營(yíng)養液；S1.2、向營(yíng)養液中投加好氧硝化細菌，使其擴培，得到菌液；S1.3、向菌液中投加MBBR載體，使得好氧硝化細菌在MBBR載體表面掛膜，得到掛膜體系；S1.4、向掛膜體系中接種厭氧反硝化細菌，使得MBBR載體表面形成生物膜，得到成膜體系。
16.根據權利要求15所述的一種污水處理方法，其特征在于，步驟S1.3中，以反應池有效污水處理體積計算，所述MBBR載體的投加量為8％-15％。
17.根據權利要求14所述的一種污水處理方法，其特征在于，步驟S2中，所述引入污水包括以下步驟：S2.1、通過(guò)反應池進(jìn)水口向進(jìn)流區前端引入污水，而后污水沿著(zhù)引流板流至進(jìn)流區末端；S2.2、進(jìn)流區末端的部分污水在導流板的導流下流入回流區，進(jìn)入回流區的污水沿著(zhù)引流板流至回流區末端，最終匯入進(jìn)流區前端；進(jìn)流區末端的其余污水透過(guò)導流板的過(guò)水孔，最終在反應池出水口流出。
18.根據權利要求14所述的一種污水處理方法，其特征在于，步驟S2中，氧溶控制裝置對污水中溶氧量進(jìn)行調控的步驟包括：S2.1、溶氧傳感器的監測探頭采集反應池污水中的溶氧量數據，而后通過(guò)溶氧傳感器的通訊模塊將所述溶氧量數據上傳至PLC控制器；S2.2、PLC控制器對溶氧量數據進(jìn)行分析，并根據分析結果，通過(guò)指令鼓風(fēng)機的開(kāi)啟或者關(guān)閉，對污水中溶氧量進(jìn)行調控。
19.根據權利要求18所述的一種污水處理方法，其特征在于，步驟S2.2還包括：當污水中溶氧量低于1mg/L時(shí)，PLC控制器將指令鼓風(fēng)機開(kāi)啟，使得氧氣沿曝氣管道流至污水底部，并經(jīng)曝氣頭流出，以提高污水中的溶氧量；當溶氧量高于4mg/L時(shí)，PLC控制器將指令鼓風(fēng)機關(guān)閉。
20.根據權利要求14所述的一種污水處理方法，其特征在于，步驟S2還包括：向反應池的污水中投加碳酸鈣，使得污水的pH值維持在7.0-8.5。
21.根據權利要求14所述的一種污水處理方法，其特征在于，步驟S2中污水的溫度為15-30℃。
22.根據權利要求14所述的一種污水處理方法，其特征在于，步驟S2中反應池內污水的水力停留時(shí)間為2-4h。
23.根據權利要求14所述的一種污水處理方法，其特征在于，還包括：S3、水質(zhì)凈化：經(jīng)反應池出水口流出的處理水沿沉淀池進(jìn)水口流入沉淀池，隨著(zhù)沉淀池內處理水水位的不斷提升，處理水中的水將滲透過(guò)篩分填料流入清水區，最終在清水出水口流出；而流入沉淀池的處理水中的污泥在重力作用下沉入污泥處置區，經(jīng)污泥回流管回流至反應池。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種污水處理效率高、污水處理成本低的移動(dòng)床生物膜反應器及污水處理方法，具體通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現：
一種移動(dòng)床生物膜反應器，包括在處理污水流動(dòng)方向上依次連通的反應池和沉淀池，所述反應池內部裝載有MBBR載體，所述MBBR載體包括經(jīng)聚乳酸改性的聚氨酯骨架，以及固定設置在聚氨酯骨架上的包覆層，所述包覆層還含有無(wú)機吸附粉末；所述移動(dòng)床生物膜反應器還包括用于對反應池內污水的溶氧量進(jìn)行調節的氧溶控制裝置。
相較于以往通過(guò)增加移動(dòng)床生物膜反應器的設備結構，以提高微生物污水處理效果的技術(shù)方案，本發(fā)明另辟蹊徑，以微生物實(shí)際富集、并進(jìn)行污水處理的具體場(chǎng)所——MBBR載體作為研發(fā)重心，并通過(guò)對移動(dòng)床生物膜反應器設備進(jìn)行高適配性設計，提供了一種污水處理效率高且污水處理成本低的移動(dòng)床生物膜反應器。具體而言：
首先，本發(fā)明在MBBR載體制備過(guò)程中創(chuàng )新性引入聚乳酸作為原料之一，強化了MBBR載體內部聚氨酯骨架中軟鏈段與硬鏈段之間的交聯(lián)作用，大幅度的提升了聚氨酯骨架的機械性能，因此在污水處理過(guò)程中，本發(fā)明的MBBR載體可以更好的應對水力的剪切、氣流的沖擊以及MBBR載體之間的摩擦碰撞，相較于市售的普通載體，其使用周期更長(cháng)，無(wú)需頻繁補加以維持污水處理效果，這減少了移動(dòng)床生物膜反應器的長(cháng)期運行費用。
其次，申請人發(fā)現，聚氨酯骨架中軟鏈段與硬鏈段之間形成的交聯(lián)結構不僅會(huì )增加聚氨酯骨架的機械強度，與此同時(shí)，隨著(zhù)交聯(lián)密度的增加，聚氨酯骨架表面越來(lái)越粗糙，因此，通過(guò)在聚氨酯骨架表面引入無(wú)機吸附粉末進(jìn)行無(wú)機改性，將進(jìn)一步提高MBBR載體的比表面積。經(jīng)測定，本發(fā)明的MBBR載體的比表面積超過(guò)20000m2/m3，達到市售普通載體比表面積的13倍之多。這意味著(zhù)同等體積的MBBR載體可以富集有更多的污水處理微生物，因此同等反應池污水處理有效容積下，相較于現有載體30％-40％的投配量，本發(fā)明的載體投配量?jì)H需8％-15％，這減少了移動(dòng)床生物膜反應器的工程造價(jià)。
本發(fā)明除了針對MBBR載體進(jìn)行研發(fā)外，還對移動(dòng)床生物膜反應器設備進(jìn)行了適配設計。這具體體現在，本發(fā)明的移動(dòng)床生物膜反應器摒棄了以往復雜的結構，僅設置有單一反應池，通過(guò)在反應池內設置與MBBR載體相配合的氧溶控制裝置，巧妙地解決了在單一反應池條件下，兩種污水處理必備菌——厭氧反硝化細菌和好氧硝化細菌的污水處理條件難統一的技術(shù)問(wèn)題。具體的，基于MBBR載體內部及外表面與污水之間接觸充分程度的不同，MBBR載體由外至內將形成由高至低的氧氣梯度，因此經(jīng)過(guò)微生物掛膜后，好氧硝化細菌將富集在MBBR載體表面，厭氧反硝化細菌將沿低氧氣梯度方向移動(dòng)直至在MBBR載體內部附著(zhù)。然而常規附著(zhù)并不意味著(zhù)可以良好的進(jìn)行污水處理，本發(fā)明還通過(guò)設置氧溶控制裝置，可以對污水中的溶氧量進(jìn)行動(dòng)態(tài)調整，以充分激發(fā)好氧硝化細菌的硝化作用和厭氧反硝化細菌的反硝化作用。此外，本發(fā)明通過(guò)提供具有高比表面積的MBBR載體可以與厭氧反硝化細菌的反硝化進(jìn)程相契合，促進(jìn)MBBR載體內部形成厭氧層，具體的，經(jīng)過(guò)MBBR載體外表面好氧消化細菌氧化后，氨氮轉化為硝酸鹽，硝酸鹽在MBBR載體內部厭氧反硝化細菌的還原下會(huì )生成氮氣，由于本發(fā)明的MBBR載體具有極大的比表面積，因此相較于現有技術(shù)將會(huì )有更多的氮氣被截留在MBBR載體內部，形成厭氧區，這可以為厭氧反硝化細菌進(jìn)一步反硝化步驟的進(jìn)行提供最適的污水厭氧處理環(huán)境。綜上，本發(fā)明的MBBR載體，在微生物掛膜并進(jìn)行污水處理后，由外至內將形成穩定的好氧、厭氧區，以配合微生物對污水的處理，因此省去了現有技術(shù)中多種處理液回流反應的步驟，有效的提高了污水的處理效率。
作為優(yōu)選，所述MBBR載體的制備包括以下步驟：
S1、預聚：將多元醇、異氰酸酯、聚乳酸的混合物預聚，得到聚氨酯預聚體，所述混合物中異氰酸酯指數大于1；
S2、發(fā)泡：向聚氨酯預聚體中加入發(fā)泡劑、催化劑、勻泡劑和擴鏈劑，使之發(fā)泡得到聚氨酯骨架；
S3、浸漬：將聚氨酯骨架浸漬在包含有無(wú)機吸附粉末的多元醇溶劑中，使之聚合得到MBBR載體。
聚乳酸是一種由乳酸單體通過(guò)聚合反應而形成的聚酯類(lèi)聚合物，其含有豐富的酯基，是一種公認的生物降解材料，目前被廣泛應用在可降解包裝材料或可降解醫用材料等領(lǐng)域。從化學(xué)本質(zhì)上看，其降解機理為酯基為微生物的催化降解提供了結合位點(diǎn)，經(jīng)微生物分泌的蛋白酶作用后，酯鍵裂解。
然而本發(fā)明的MBBR載體的運作環(huán)境極為惡劣，一方面MBBR載體需要長(cháng)時(shí)間浸泡在污水中，另一方面，污水的處理依賴(lài)MBBR載體上負載的微生物，這顯然為聚乳酸材質(zhì)降解的極佳環(huán)境，因此本領(lǐng)域技術(shù)人員很難想象將聚乳酸作為MBBR載體的制備材料之一，且經(jīng)檢索，在污水處理技術(shù)領(lǐng)域，暫未發(fā)現聚乳酸材料在污水處理設備及載體填料中進(jìn)行應用。
但本案申請人發(fā)現，將聚乳酸引入聚氨酯預聚體進(jìn)行共混改性后，可以獲得具有極佳機械性能的聚氨酯骨架。在試驗的基礎上，結合理論分析發(fā)現：(1)聚乳酸與多元醇、異氰酸酯反應分別形成具有高結晶性的聚氨酯軟鏈段和硬鏈段，這增加了軟鏈段和硬鏈段的有序性和緊密度，從而有效提高了聚氨酯骨架的機械強度。(2)聚乳酸與多元醇、異氰酸酯反應分別形成含有大量官能團的聚氨酯軟鏈段和硬鏈段，通過(guò)軟鏈段和硬鏈段之間相互吸引形成了大量氫鍵，這增強了硬鏈段與軟鏈段之間的交聯(lián)作用，與此同時(shí)交聯(lián)作用可以進(jìn)一步增加聚氨酯骨架的結晶行為，形成更有序、緊密的結構，使得聚氨酯骨架具有更高的機械強度。此外，由于官能團的大量引入提高了聚氨酯骨架的親水性。(3)聚乳酸含有大量的酯基，聚合物內聚能研究試驗表明酯基的內聚能較高，通過(guò)聚乳酸共混改性，賦予了聚氨酯骨架出色的耐磨性。
在此基礎上，為避免因聚乳酸引入的大量酯基導致聚氨酯骨架在污水處理過(guò)程中被極速降解的技術(shù)問(wèn)題，本條方案通過(guò)浸漬工藝，在聚氨酯骨架表面形成了聚氨酯包覆層，所述固定設置在聚氨酯骨架上的包覆層可以將聚氨酯骨架與污水、微生物等易降解環(huán)境相隔絕。具體的，S1混合物中異氰酸酯指數大于1時(shí)，混合物經(jīng)預聚、發(fā)泡后獲得主要含有端異氰酸酯預聚物和異氰酸酯單體的聚氨酯骨架，而后通過(guò)S3浸漬，聚氨酯骨架表面的端異氰酸酯預聚物和異氰酸酯單體將與多元醇溶劑再次進(jìn)行聚合反應，形成包覆層。
此外，申請人還發(fā)現，聚氨酯骨架中軟鏈段與硬鏈段之間形成的交聯(lián)結構不僅會(huì )增加聚氨酯骨架的機械強度，與此同時(shí)隨著(zhù)交聯(lián)密度的增加，聚氨酯骨架表面越來(lái)越粗糙。因此浸漬時(shí)在MBBR載體中引入無(wú)機吸附粉末進(jìn)行無(wú)機改性，一方面，粗糙的聚氨酯骨架表面為無(wú)機吸附粉末的粘結提供了極佳的結合位點(diǎn)，無(wú)機吸附粉末在后續污水處理的過(guò)程中不易溶出；另一方面，粗糙的聚氨酯骨架表面意味著(zhù)可以負載有更多含量的無(wú)機吸附粉末，這可以強化無(wú)機吸附粉末本身的性能。具體的，如電氣石、活性炭無(wú)機吸附粉末能有效吸收和降解污水中的有毒物質(zhì)，提高移動(dòng)床生物膜反應器的系統穩定性；沸石粉可快速富集微污染水體中的氨氮，形成高氨氮富集區，因此污水處理的效率更高。其次，可以負載有更多含量的無(wú)機吸附粉末還意味著(zhù)擴大了載體密度的可調整范圍，有助于實(shí)現載體在污水中的良好自懸浮和自流化，減少流化輔助設備的能耗。
綜上，本發(fā)明在MBBR載體制備過(guò)程中創(chuàng )新性引入聚乳酸作為共混改性材料并配以浸漬工藝，提高了聚氨酯骨架的機械強度，因此相較于現有的MBBR載體，其具有更長(cháng)的使用周期，無(wú)需頻繁補加以維持污水中氨氮等污染物的去除率；此外，本發(fā)明的MBBR載體通過(guò)有機無(wú)機雜化技術(shù)極大的提高的MBBR載體的比表面積，一方面，可以富集有更多的微生物對污水進(jìn)行處理，因此污水處理效率會(huì )更高；另一方面，相較于現有的MBBR載體，同等大小的移動(dòng)床生物膜反應器可以裝配有更少的MBBR載體，這將大幅度降低MBBR載體的投入費用。
作為優(yōu)選，S1中預聚的溫度為70-90℃，S3中浸漬的溫度為10-35℃。
作為優(yōu)選，以質(zhì)量份數計，S1中混合物中各組分的添加量為多元醇100-200份、異氰酸酯30-50份、聚乳酸10-40份。
作為優(yōu)選，所述多元醇的羥值為26-300，分子量為2000-6000。
作為優(yōu)選，所述聚乳酸的分子量為5000-10000。
作為優(yōu)選，S3中無(wú)機吸附粉末包括沸石粉、活性炭或者電氣石中的一種或幾種。
作為優(yōu)選，S3中多元醇溶劑中無(wú)機吸附粉末的濃度為2-5g/L。
作為優(yōu)選，S3中多元醇溶劑包含有催化劑、擴鏈劑中的一種或幾種。
作為優(yōu)選，上述多元醇包括聚合物多元醇、聚醚多元醇中的一種或幾種。異氰酸酯包括甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、甲基環(huán)己基二異氰酸酯中的一種或幾種。發(fā)泡劑包括水、乙酸甲酯、二氯甲烷、液態(tài)二氧化碳中的一種或幾種。催化劑包括發(fā)泡劑催化劑和凝膠催化劑，所述發(fā)泡劑催化劑為三亞乙基二胺的正丙醇溶液，凝膠催化劑包括有機鉍、二月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫、三乙烯二胺中的一種或幾種。勻泡劑為硅油。擴鏈劑包括1，4-丁二醇、1，4-環(huán)己二醇、乙二醇、丙二醇、三乙醇胺中的一種或幾種。
作為優(yōu)選，所述反應池內還沿反應池進(jìn)水時(shí)污水流動(dòng)方向設置有將反應池分為進(jìn)流區和回流區的引流板；并且，反應池進(jìn)水口直接連通進(jìn)流區的前端，所述進(jìn)流區末端直接相通回流區的前端，所述回流區的末端與所述進(jìn)流區的前端相通；所述反應池內還設有將進(jìn)流區末端污水導向回流區前端的導向板；所述導向板將所述反應池分隔成具有MBBR載體和不具有MBBR載體的兩個(gè)區域，且在所述不具有MBBR載體的區域設有與所述沉淀池相連通的反應池出水口；所述導向板上具有供水通過(guò)的過(guò)水孔。
如上所述，污水處理的過(guò)程中，本發(fā)明的MBBR載體由外至內將形成穩定的好氧、厭氧區，因此相應的，基于設備成本等綜合因素考量，本發(fā)明的移動(dòng)床生物膜反應器的主要污水處理裝置——反應池僅設置為一個(gè)。為解決單一反應池條件下，低投配量的MBBR載體無(wú)法充分與污水之間進(jìn)行接觸的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明對反應池內部進(jìn)行了特殊設計。具體的，本條技術(shù)方案通過(guò)引流板和導流板的設計，可以充分利用進(jìn)水水流的沖擊力實(shí)現污水在反應池內的自循環(huán)流動(dòng)，因此在污水的帶動(dòng)下，MBBR載體將在污水中充分的流化，進(jìn)而使得其上的微生物對污水進(jìn)行處理。此外，相較于現有的設置回流機構的設計，本發(fā)明通過(guò)引流板和導流板將進(jìn)一步節約污水處理設備的運行能耗，更加符合綠色發(fā)展的要求。
作為優(yōu)選，所述進(jìn)流區和回流區的任意一段區域沿污水流動(dòng)方向上設有推動(dòng)含有MBBR載體的污水和/或污泥流動(dòng)的推流攪拌裝置，所述推流攪拌裝置包括攪拌器，以及用于調節所述攪拌器在污水中深度的滑軌，所述推流攪拌裝置還包括帶動(dòng)攪拌器沿著(zhù)滑軌移動(dòng)的控制電機和驅動(dòng)攪拌器工作的工作電機。
雖然設置引流板和導流板可以有效的利用進(jìn)水水流的沖擊力實(shí)現MBBR載體與污水之間充分接觸，但是污水在反應池內部流動(dòng)過(guò)程中，污水的動(dòng)能難免會(huì )有所損耗，因此污水的流速將逐漸趨于平緩，且污泥分布亦將更為集中，這不利于MBBR載體或污泥中的微生物對污水的充分處理�；诖�，本條技術(shù)方案通過(guò)在進(jìn)流區和回流區的任意一段區域沿污水流動(dòng)方向上設置推流攪拌裝置，一方面將為污水的流動(dòng)提供助力；另一方面可以使得污水處理微生物與污水進(jìn)行更加有效的接觸，進(jìn)而提高反應池內污水的整體處理效果。
作為優(yōu)選，所述氧溶控制裝置包括用以測量反應池污水中溶氧量的溶氧傳感器，以及用于接收溶氧傳感器測量信息的PLC控制器，所述PLC控制器電連接有用以向反應池提供氧氣的鼓風(fēng)機；所述氧溶控制裝置還包括全部或部分設置在反應池內部的曝氣裝置，所述曝氣裝置包括與鼓風(fēng)機相接的曝氣管道，以及與所述曝氣管道相接的且將氣體分散的多個(gè)曝氣頭，所述曝氣頭處于污水底部。
在移動(dòng)床生物膜反應器污水處理過(guò)程中，反應池污水中的溶氧量是維持本發(fā)明MBBR載體中微生物代謝及污水處理的關(guān)鍵因素。因此，本條技術(shù)方案通過(guò)對污水中溶氧量進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，并通過(guò)PLC控制器開(kāi)啟或者關(guān)閉鼓風(fēng)機對污水中溶氧量進(jìn)行動(dòng)態(tài)調節，可以更加精準的為微生物提供較為適宜的污水處理氧氣環(huán)境。
作為優(yōu)選，所述反應池出水口與沉淀池進(jìn)水口相通；以沉淀池進(jìn)水口的進(jìn)水方向為分界線(xiàn)，所述沉淀池沿著(zhù)水深度方向上自上而下貫通設置有清水區和污泥處置區；所述清水區設有清水出水口；所述污泥處置區包括用以對沉淀池的進(jìn)水中的污泥進(jìn)行匯集的污泥池，以及設置在污泥池內部的污泥回流泵，所述污泥回流泵連接有用于將污泥池中的污泥回流至反應池內的污泥回流管。
在移動(dòng)床生物膜反應器中，除了MBBR載體表面會(huì )富集有污水處理微生物外，污水中的污泥表面也會(huì )附著(zhù)有一些微生物。因此，為避免直接排放反應池處理后的水導致污水處理微生物的流失，本條技術(shù)方案通過(guò)設置污泥處置區，一方面，可以及時(shí)的將附著(zhù)有微生物的污泥及時(shí)回流至反應池中，保證反應池中達到相應的生物量；另一方面，通過(guò)設置沉淀池還可以減少水中的雜質(zhì)，經(jīng)清水出水口流出的水質(zhì)會(huì )更高。
作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述清水區和污泥處置區之間還設有用以對流入清水區的水中的污泥進(jìn)行過(guò)濾的污泥篩分區；所述污泥篩分區包括設置在沉淀池進(jìn)水口上方的篩分填料，以及用于對篩分填料進(jìn)行固定的篩分填料固定件。
原則上，在沉淀池內設置清水區和污泥處置區，即可借助污泥自身的重力實(shí)現水與污泥的上下分層，但本條技術(shù)方案通過(guò)在清水區和污泥處置區之間設置污泥篩分區，可以進(jìn)一步的對清水區的水質(zhì)進(jìn)行把控。具體的，經(jīng)沉淀池進(jìn)水口流入的處理水在篩分填料的篩分下，污泥等大粒徑物質(zhì)因無(wú)法通過(guò)篩分填料將陸續在重力的作用下沉入污泥處置區，經(jīng)污泥回流管回流至反應池；然而，除大粒徑物質(zhì)外的水將隨著(zhù)沉淀池內水位的不斷提升而滲透過(guò)篩分填料流入清水區，最終在清水出水口流出。
作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述清水區包括用于將水引流至清水出水口的出水槽，所述出水槽包括用于控制出水槽內部水流大小的溢流堰臺，所述出水槽由溢流堰臺與沉淀池側表面圍合而成。
本條技術(shù)方案通過(guò)在清水區設置溢流堰臺，一方面可以使得清水區中的水均勻的通過(guò)溢流堰臺進(jìn)而沿著(zhù)出水槽流至清水出水口；另一方面溢流堰臺還可以對污水中的雜質(zhì)進(jìn)行阻擋，這進(jìn)一步的提高了出水的水質(zhì)。
本發(fā)明還提出了上述任一項所述的移動(dòng)床生物膜反應器在污水處理中進(jìn)行應用。
作為優(yōu)選，所述移動(dòng)床生物膜反應器在農業(yè)源水污染處理中應用。
所述農業(yè)源水污染是指農業(yè)活動(dòng)導致的水體污染問(wèn)題，包括農田種植過(guò)程中農藥、化肥等的使用造成的水污染、畜禽養殖業(yè)、水產(chǎn)養殖業(yè)造成的水污染中的一種或幾種，其以化學(xué)需氧量、氨氮、總氮、總磷超標為主要特征。據《第二次全國污染源普查公報》中顯示，2017年農業(yè)源水污染物排放量為：化學(xué)需氧量1067.13萬(wàn)噸，氨氮21.62萬(wàn)噸，總氮141.49萬(wàn)噸，總磷21.20萬(wàn)噸，分別占全國水污染物排放總量的49.78％、22.44％、46.52％、67.22％，可見(jiàn)農業(yè)源水污染治理勢在必行。
本申請提供的移動(dòng)床生物膜反應器通過(guò)MBBR載體、反應池、以及氧溶控制裝置的配合，在保證達到特定污水處理效果的前提下，極大的減少了設備的占地面積、設備工程造價(jià)，以及反應器長(cháng)期的運行維護成本，且反應池內污水的水力停留時(shí)間相較于現有技術(shù)縮減了一半之多，這意味著(zhù)進(jìn)一步降低了污水處理的運行成本，體現出了極高的經(jīng)濟價(jià)值。因此設立本發(fā)明的移動(dòng)床生物膜反應器的經(jīng)濟負擔更低，這將在一定程度上加快農業(yè)活動(dòng)污水處理廠(chǎng)的建設，進(jìn)而解決目前農業(yè)源水污染分散性高、集中處理難的問(wèn)題。此外，從性能測試結果來(lái)看，本發(fā)明的反應器在4h水力停留時(shí)間下，污水中氨氮、總磷、總氮、化學(xué)需氧量的去除率均達到了90％以上，可見(jiàn)，其可以對集中大批量排放的污水進(jìn)行高效的處理，十分契合農業(yè)源污水的處理需求，對于改善地表水質(zhì)環(huán)境、助力和美鄉村建設具有特殊的意義。
一種污水處理方法，使用上述任一項所述的移動(dòng)床生物膜反應器；所述污水處理方法包括以下步驟：
S1、掛膜：將MBBR載體加入裝載有污水的反應池內，使得污水中的細菌在MBBR載體上進(jìn)行掛膜，得到成膜體系；所述細菌包括好氧硝化細菌和厭氧反硝化細菌；
S2、污水處理：向成膜體系中引入污水，通過(guò)氧溶控制裝置對污水中的溶氧量進(jìn)行調控，使得經(jīng)掛膜后的MBBR載體對污水進(jìn)行處理，得到處理水。
作為優(yōu)選，所述步驟S1包括：
S1.1、向污水中投加微生物營(yíng)養物質(zhì)，所述微生物營(yíng)養物質(zhì)包括尿素、磷酸氫二鉀和蔗糖，得到營(yíng)養液；
S1.2、向營(yíng)養液中投加好氧硝化細菌，使其擴培，得到菌液；
S1.3、向菌液中投加MBBR載體，使得好氧硝化細菌在MBBR載體表面掛膜，得到掛膜體系；
S1.4、向掛膜體系中接種厭氧反硝化細菌，使得MBBR載體表面形成生物膜，得到成膜體系。
作為優(yōu)選，步驟S1.3中，以反應池有效污水處理體積計算，所述MBBR載體的投加量為8％-15％。
作為優(yōu)選，步驟S2中，所述引入污水包括以下步驟：
S2.1、通過(guò)反應池進(jìn)水口向進(jìn)流區前端引入污水，而后污水沿著(zhù)引流板流至進(jìn)流區末端；
S2.2、進(jìn)流區末端的部分污水在導流板的導流下流入回流區，進(jìn)入回流區的污水沿著(zhù)引流板流至回流區末端，最終匯入進(jìn)流區前端；進(jìn)流區末端的其余污水透過(guò)導流板的過(guò)水孔，最終在反應池出水口流出。
作為優(yōu)選，步驟S2中，氧溶控制裝置對污水中溶氧量進(jìn)行調控的步驟包括：
S2.1、溶氧傳感器采集反應池污水中的溶氧量數據，而后通過(guò)溶氧傳感器的通訊模塊將所述溶氧量數據上傳至PLC控制器；
S2.2、PLC控制器對溶氧量數據進(jìn)行分析，并根據分析結果，通過(guò)指令鼓風(fēng)機的開(kāi)啟或者關(guān)閉，對污水中溶氧量進(jìn)行調節。
作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟S2.2還包括：
當污水中溶氧量低于1mg/L時(shí)，PLC控制器將指令鼓風(fēng)機開(kāi)啟，使得氧氣沿曝氣管道流至污水底部，并經(jīng)曝氣頭流出，以提高污水中的溶氧量；當溶氧量高于4mg/L時(shí)，PLC控制器將指令鼓風(fēng)機關(guān)閉。
作為優(yōu)選，步驟S2還包括：向反應池的污水中投加碳酸鈣，使得污水的pH值維持在7.0-8.5。
作為優(yōu)選，步驟S2中污水的溫度為15-30℃。
作為優(yōu)選，步驟S2中反應池內污水的水力停留時(shí)間為2-4h。
作為優(yōu)選，污水處理方法還包括：
S3、水質(zhì)凈化：經(jīng)反應池出水口流出的處理水沿沉淀池進(jìn)水口流入沉淀池，隨著(zhù)沉淀池內處理水水位的不斷提升，處理水中的水將滲透過(guò)篩分填料流入清水區，最終在清水出水口流出；而流入沉淀池的處理水中的污泥在重力作用下沉入污泥處置區，經(jīng)污泥回流管回流至反應池。
與現有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
本發(fā)明通過(guò)對移動(dòng)床生物膜反應器的MBBR載體進(jìn)行改性研發(fā)，大幅度的提升了聚氨酯骨架的機械性能，因此在污水處理過(guò)程中，本發(fā)明的MBBR載體可以更好的應對水力的剪切、氣流的沖擊以及MBBR載體之間的摩擦碰撞，相較于市售的普通載體，其使用周期更長(cháng)，無(wú)需頻繁補加以維持污水處理效果，這減少了移動(dòng)床生物膜反應器的長(cháng)期運行費用。
本發(fā)明通過(guò)在聚氨酯骨架表面引入無(wú)機吸附粉末進(jìn)行無(wú)機改性，將進(jìn)一步提高MBBR載體的比表面積。經(jīng)測定，本發(fā)明的MBBR載體的比表面積超過(guò)20000m2/m3，達到市售普通載體比表面積的13倍之多。這意味著(zhù)同等體積的MBBR載體可以富集有更多的污水處理微生物，因此同等反應池有效污水處理容積下，相較于現有載體30％-40％的投配量，本發(fā)明的載體投配量?jì)H需8％-15％，這減少了移動(dòng)床生物膜反應器的工程造價(jià)。
本發(fā)明提供的移動(dòng)床生物膜反應器通過(guò)MBBR載體、反應池、以及氧溶控制裝置的配合，一方面，在保證達到特定污水處理效果的前提下，極大的減少了設備的占地面積、設備工程造價(jià)，以及反應器長(cháng)期的運行維護成本，體現出了極高的經(jīng)濟價(jià)值；另一方面，相較于現有技術(shù)，本發(fā)明反應池內污水的水力停留時(shí)間縮短了一半之多，這意味本發(fā)明極大的提高了污水的處理效率，進(jìn)一步降低了污水處理的運行成本。
從性能測試結果來(lái)看，本發(fā)明的移動(dòng)床生物膜反應器在4h水力停留時(shí)間下，對農業(yè)源污水中氨氮、總磷、總氮、化學(xué)需氧量的去除率均達到了90％以上，可見(jiàn)，其可以對集中大批量排放的污水進(jìn)行高質(zhì)、高效的處理，十分契合農業(yè)源污水的處理需求，對于改善地表水質(zhì)環(huán)境、助力和美鄉村建設具有特殊的意義。
（發(fā)明人：許超;胡立江;賈洪柏;劉軍;閆晨煜;楊宇;任波源;陳升;楊云成;饒賓期）
