公布日：2023.12.29
申請(qǐng)日：2023.09.26
分類號(hào)：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(yīng)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(yīng)器的設(shè)備結(jié)構(gòu)，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(duì)其進(jìn)行改性，提供了一種具有超高比表面積、高機(jī)械性能的MBBR載體；在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明還通過(guò)對(duì)移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器設(shè)備進(jìn)行高適配性設(shè)計(jì)，并配以針對(duì)性的污水處理方法，可以對(duì)污水，特別是農(nóng)業(yè)源輕污染水體進(jìn)行高效處理。這為農(nóng)業(yè)源污染水體的處理提供了一種具有高性價(jià)比的新型污水處理設(shè)備及方法，在一定程度上解決了農(nóng)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(quán)利要求書
1.一種移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器，包括在處理污水流動(dòng)方向上依次連通的反應(yīng)池和沉淀池，其特征在于，所述反應(yīng)池內(nèi)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(shè)置在聚氨酯骨架上的包覆層，所述包覆層還含有無(wú)機(jī)吸附粉末；所述移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器還包括用于對(duì)反應(yīng)池內(nèi)污水的溶氧量進(jìn)行調(diào)節(jié)的氧溶控制裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器，其特征在于，所述MBBR載體的制備包括以下步驟：S1、預(yù)聚：將多元醇、異氰酸酯、聚乳酸的混合物預(yù)聚，得到聚氨酯預(yù)聚體，所述混合物中異氰酸酯指數(shù)大于1；S2、發(fā)泡：向聚氨酯預(yù)聚體中加入發(fā)泡劑、催化劑、勻泡劑和擴(kuò)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(jī)吸附粉末的多元醇溶劑中，使之聚合得到MBBR載體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器，其特征在于，以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，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(jù)權(quán)利要求2所述的一種移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器，其特征在于，S3中多元醇溶劑中還包含有催化劑、擴(kuò)鏈劑中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器，其特征在于，S3中無(wú)機(jī)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)池內(nèi)還沿反應(yīng)池進(jìn)水時(shí)污水流動(dòng)方向設(shè)置有將反應(yīng)池分為進(jìn)流區(qū)和回流區(qū)的引流板；并且，反應(yīng)池進(jìn)水口直接連通進(jìn)流區(qū)的前端，所述進(jìn)流區(qū)末端直接相通回流區(qū)的前端，所述回流區(qū)的末端與所述進(jìn)流區(qū)的前端相通；所述反應(yīng)池內(nèi)還設(shè)有將進(jìn)流區(qū)末端污水導(dǎo)向回流區(qū)前端的導(dǎo)向板；所述導(dǎo)向板將所述反應(yīng)池分隔成具有MBBR載體和不具有MBBR載體的兩個(gè)區(qū)域，且在所述不具有MBBR載體的區(qū)域設(shè)有與所述沉淀池相連通的反應(yīng)池出水口；所述導(dǎo)向板上具有供水通過(guò)的過(guò)水孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器，其特征在于，所述進(jìn)流區(qū)和回流區(qū)的任意一段區(qū)域沿污水流動(dòng)方向上設(shè)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(diào)節(jié)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)攪拌器沿著滑軌移動(dòng)的控制電機(jī)和驅(qū)動(dòng)攪拌器工作的工作電機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器，其特征在于，所述氧溶控制裝置包括用以測(cè)量反應(yīng)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(cè)量信息的PLC控制器，所述PLC控制器電連接有用以向反應(yīng)池提供氧氣的鼓風(fēng)機(jī)；所述氧溶控制裝置還包括全部或部分設(shè)置在反應(yīng)池內(nèi)部的曝氣裝置，所述曝氣裝置包括與鼓風(fēng)機(jī)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)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?yàn)榉纸缇�，所述沉淀池沿著水深度方向上自上而下貫通設(shè)置有清水區(qū)和污泥處置區(qū)；所述清水區(qū)設(shè)有清水出水口；所述污泥處置區(qū)包括用以對(duì)沉淀池的進(jìn)水中的污泥進(jìn)行匯集的污泥池，以及設(shè)置在污泥池內(nèi)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(yīng)池內(nèi)的污泥回流管。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器，其特征在于，所述清水區(qū)和污泥處置區(qū)之間還設(shè)有用以對(duì)流入清水區(qū)的水進(jìn)行過(guò)濾的污泥篩分區(qū)；所述污泥篩分區(qū)包括設(shè)置在沉淀池進(jìn)水口上方的篩分填料，以及用于對(duì)篩分填料進(jìn)行固定的篩分填料固定件。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的一種移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器，其特征在于，所述清水區(qū)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(nèi)部水流大小的溢流堰臺(tái)，所述出水槽由溢流堰臺(tái)與沉淀池側(cè)表面圍合而成。
12.權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)所述的移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器在污水處理中進(jìn)行應(yīng)用。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的應(yīng)用，其特征在于，所述移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器在農(nóng)業(yè)源水污染處理中應(yīng)用。
14.一種污水處理方法，其特征在于，使用權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)所述的移動(dòng)床生物膜反應(yīng)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(yīng)池內(nèi)，使得污水中的細(xì)菌在MBBR載體上進(jìn)行掛膜，得到成膜體系；所述細(xì)菌包括好氧硝化細(xì)菌和厭氧反硝化細(xì)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(duì)污水中的溶氧量進(jìn)行調(diào)控，使得經(jīng)掛膜后的MBBR載體對(duì)污水進(jìn)行處理，得到處理水。
15.根據(jù)權(quán)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(yǎng)物質(zhì)，所述微生物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包括尿素、磷酸氫二鉀和蔗糖，得到營(yíng)養(yǎng)液；S1.2、向營(yíng)養(yǎng)液中投加好氧硝化細(xì)菌，使其擴(kuò)培，得到菌液；S1.3、向菌液中投加MBBR載體，使得好氧硝化細(xì)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(xì)菌，使得MBBR載體表面形成生物膜，得到成膜體系。
16.根據(jù)權(quán)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(yīng)池有效污水處理體積計(jì)算，所述MBBR載體的投加量為8％-15％。
17.根據(jù)權(quán)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(yīng)池進(jìn)水口向進(jìn)流區(qū)前端引入污水，而后污水沿著引流板流至進(jìn)流區(qū)末端；S2.2、進(jìn)流區(qū)末端的部分污水在導(dǎo)流板的導(dǎo)流下流入回流區(qū)，進(jìn)入回流區(qū)的污水沿著引流板流至回流區(qū)末端，最終匯入進(jìn)流區(qū)前端；進(jìn)流區(qū)末端的其余污水透過(guò)導(dǎo)流板的過(guò)水孔，最終在反應(yīng)池出水口流出。
18.根據(jù)權(quán)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(duì)污水中溶氧量進(jìn)行調(diào)控的步驟包括：S2.1、溶氧傳感器的監(jiān)測(cè)探頭采集反應(yīng)池污水中的溶氧量數(shù)據(jù)，而后通過(guò)溶氧傳感器的通訊模塊將所述溶氧量數(shù)據(jù)上傳至PLC控制器；S2.2、PLC控制器對(duì)溶氧量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果，通過(guò)指令鼓風(fēng)機(jī)的開啟或者關(guān)閉，對(duì)污水中溶氧量進(jìn)行調(diào)控。
19.根據(jù)權(quán)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(dāng)污水中溶氧量低于1mg/L時(shí)，PLC控制器將指令鼓風(fēng)機(jī)開啟，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(dāng)溶氧量高于4mg/L時(shí)，PLC控制器將指令鼓風(fēng)機(jī)關(guān)閉。
20.根據(jù)權(quán)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(yīng)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(yīng)池內(nèi)污水的水力停留時(shí)間為2-4h。
23.根據(jù)權(quán)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(yīng)池出水口流出的處理水沿沉淀池進(jìn)水口流入沉淀池，隨著沉淀池內(nèi)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(qū)，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(qū)，經(jīng)污泥回流管回流至反應(yīng)池。
發(fā)明內(nèi)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(yīng)器及污水處理方法，具體通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器，包括在處理污水流動(dòng)方向上依次連通的反應(yīng)池和沉淀池，所述反應(yīng)池內(nèi)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(shè)置在聚氨酯骨架上的包覆層，所述包覆層還含有無(wú)機(jī)吸附粉末；所述移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器還包括用于對(duì)反應(yīng)池內(nèi)污水的溶氧量進(jìn)行調(diào)節(jié)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(yīng)器的設(shè)備結(jié)構(gòu)，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(duì)移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器設(shè)備進(jìn)行高適配性設(shè)計(jì)，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(yīng)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(qiáng)化了MBBR載體內(nèi)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(jī)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(yīng)對(duì)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(zhǎng)，無(wú)需頻繁補(bǔ)加以維持污水處理效果，這減少了移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器的長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用。
其次，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，聚氨酯骨架中軟鏈段與硬鏈段之間形成的交聯(lián)結(jié)構(gòu)不僅會(huì)增加聚氨酯骨架的機(jī)械強(qiáng)度，與此同時(shí)，隨著交聯(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(jī)吸附粉末進(jìn)行無(wú)機(jī)改性，將進(jìn)一步提高MBBR載體的比表面積。經(jīng)測(cè)定，本發(fā)明的MBBR載體的比表面積超過(guò)20000m2/m3，達(dá)到市售普通載體比表面積的13倍之多。這意味著同等體積的MBBR載體可以富集有更多的污水處理微生物，因此同等反應(yīng)池污水處理有效容積下，相較于現(xiàn)有載體30％-40％的投配量，本發(fā)明的載體投配量?jī)H需8％-15％，這減少了移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器的工程造價(jià)。
本發(fā)明除了針對(duì)MBBR載體進(jìn)行研發(fā)外，還對(duì)移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器設(shè)備進(jìn)行了適配設(shè)計(jì)。這具體體現(xiàn)在，本發(fā)明的移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器摒棄了以往復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，僅設(shè)置有單一反應(yīng)池，通過(guò)在反應(yīng)池內(nèi)設(shè)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(yīng)池條件下，兩種污水處理必備菌——厭氧反硝化細(xì)菌和好氧硝化細(xì)菌的污水處理?xiàng)l件難統(tǒng)一的技術(shù)問(wèn)題。具體的，基于MBBR載體內(nèi)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(nèi)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(xì)菌將富集在MBBR載體表面，厭氧反硝化細(xì)菌將沿低氧氣梯度方向移動(dòng)直至在MBBR載體內(nèi)部附著。然而常規(guī)附著并不意味著可以良好的進(jìn)行污水處理，本發(fā)明還通過(guò)設(shè)置氧溶控制裝置，可以對(duì)污水中的溶氧量進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，以充分激發(fā)好氧硝化細(xì)菌的硝化作用和厭氧反硝化細(xì)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(xì)菌的反硝化進(jìn)程相契合，促進(jìn)MBBR載體內(nèi)部形成厭氧層，具體的，經(jīng)過(guò)MBBR載體外表面好氧消化細(xì)菌氧化后，氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，硝酸鹽在MBBR載體內(nèi)部厭氧反硝化細(xì)菌的還原下會(huì)生成氮?dú)�，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(xiàn)有技術(shù)將會(huì)有更多的氮?dú)獗唤亓粼?/span>MBBR載體內(nèi)部，形成厭氧區(qū)，這可以為厭氧反硝化細(xì)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(nèi)將形成穩(wěn)定的好氧、厭氧區(qū)，以配合微生物對(duì)污水的處理，因此省去了現(xiàn)有技術(shù)中多種處理液回流反應(yīng)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(yù)聚：將多元醇、異氰酸酯、聚乳酸的混合物預(yù)聚，得到聚氨酯預(yù)聚體，所述混合物中異氰酸酯指數(shù)大于1；
S2、發(fā)泡：向聚氨酯預(yù)聚體中加入發(fā)泡劑、催化劑、勻泡劑和擴(kuò)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(jī)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(yīng)而形成的聚酯類聚合物，其含有豐富的酯基，是一種公認(rèn)的生物降解材料，目前被廣泛應(yīng)用在可降解包裝材料或可降解醫(yī)用材料等領(lǐng)域。從化學(xué)本質(zhì)上看，其降解機(jī)理為酯基為微生物的催化降解提供了結(jié)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(yùn)作環(huán)境極為惡劣，一方面MBBR載體需要長(zhǎng)時(shí)間浸泡在污水中，另一方面，污水的處理依賴MBBR載體上負(fù)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(xiàn)聚乳酸材料在污水處理設(shè)備及載體填料中進(jìn)行應(yīng)用。
但本案申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，將聚乳酸引入聚氨酯預(yù)聚體進(jìn)行共混改性后，可以獲得具有極佳機(jī)械性能的聚氨酯骨架。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合理論分析發(fā)現(xiàn)：(1)聚乳酸與多元醇、異氰酸酯反應(yīng)分別形成具有高結(jié)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(jī)械強(qiáng)度。(2)聚乳酸與多元醇、異氰酸酯反應(yīng)分別形成含有大量官能團(tuán)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(qiáng)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(jié)晶行為，形成更有序、緊密的結(jié)構(gòu)，使得聚氨酯骨架具有更高的機(jī)械強(qiáng)度。此外，由于官能團(tuán)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(nèi)聚能研究試驗(yàn)表明酯基的內(nèi)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(chǔ)上，為避免因聚乳酸引入的大量酯基導(dǎo)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(shè)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(shù)大于1時(shí)，混合物經(jīng)預(yù)聚、發(fā)泡后獲得主要含有端異氰酸酯預(yù)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(yù)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(yīng)，形成包覆層。
此外，申請(qǐng)人還發(fā)現(xiàn)，聚氨酯骨架中軟鏈段與硬鏈段之間形成的交聯(lián)結(jié)構(gòu)不僅會(huì)增加聚氨酯骨架的機(jī)械強(qiáng)度，與此同時(shí)隨著交聯(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(jī)吸附粉末進(jìn)行無(wú)機(jī)改性，一方面，粗糙的聚氨酯骨架表面為無(wú)機(jī)吸附粉末的粘結(jié)提供了極佳的結(jié)合位點(diǎn)，無(wú)機(jī)吸附粉末在后續(xù)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可以負(fù)載有更多含量的無(wú)機(jī)吸附粉末，這可以強(qiáng)化無(wú)機(jī)吸附粉末本身的性能。具體的，如電氣石、活性炭無(wú)機(jī)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(yīng)器的系統(tǒng)穩(wěn)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(qū)，因此污水處理的效率更高。其次，可以負(fù)載有更多含量的無(wú)機(jī)吸附粉末還意味著擴(kuò)大了載體密度的可調(diào)整范圍，有助于實(shí)現(xiàn)載體在污水中的良好自懸浮和自流化，減少流化輔助設(shè)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(jī)械強(qiáng)度，因此相較于現(xiàn)有的MBBR載體，其具有更長(zhǎng)的使用周期，無(wú)需頻繁補(bǔ)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(jī)無(wú)機(jī)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(duì)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(xiàn)有的MBBR載體，同等大小的移動(dòng)床生物膜反應(yīng)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(fèi)用。
作為優(yōu)選，S1中預(yù)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(shù)計(jì)，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(jī)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(jī)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(kuò)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(jī)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(kuò)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(yīng)池內(nèi)還沿反應(yīng)池進(jìn)水時(shí)污水流動(dòng)方向設(shè)置有將反應(yīng)池分為進(jìn)流區(qū)和回流區(qū)的引流板；并且，反應(yīng)池進(jìn)水口直接連通進(jìn)流區(qū)的前端，所述進(jìn)流區(qū)末端直接相通回流區(qū)的前端，所述回流區(qū)的末端與所述進(jìn)流區(qū)的前端相通；所述反應(yīng)池內(nèi)還設(shè)有將進(jìn)流區(qū)末端污水導(dǎo)向回流區(qū)前端的導(dǎo)向板；所述導(dǎo)向板將所述反應(yīng)池分隔成具有MBBR載體和不具有MBBR載體的兩個(gè)區(qū)域，且在所述不具有MBBR載體的區(qū)域設(shè)有與所述沉淀池相連通的反應(yīng)池出水口；所述導(dǎo)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(nèi)將形成穩(wěn)定的好氧、厭氧區(qū)，因此相應(yīng)的，基于設(shè)備成本等綜合因素考量，本發(fā)明的移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器的主要污水處理裝置——反應(yīng)池僅設(shè)置為一個(gè)。為解決單一反應(yīng)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(duì)反應(yīng)池內(nèi)部進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)。具體的，本條技術(shù)方案通過(guò)引流板和導(dǎo)流板的設(shè)計(jì)，可以充分利用進(jìn)水水流的沖擊力實(shí)現(xiàn)污水在反應(yīng)池內(nèi)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(duì)污水進(jìn)行處理。此外，相較于現(xiàn)有的設(shè)置回流機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，本發(fā)明通過(guò)引流板和導(dǎo)流板將進(jìn)一步節(jié)約污水處理設(shè)備的運(yùn)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(qū)和回流區(qū)的任意一段區(qū)域沿污水流動(dòng)方向上設(shè)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(diào)節(jié)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)攪拌器沿著滑軌移動(dòng)的控制電機(jī)和驅(qū)動(dòng)攪拌器工作的工作電機(jī)。
雖然設(shè)置引流板和導(dǎo)流板可以有效的利用進(jìn)水水流的沖擊力實(shí)現(xiàn)MBBR載體與污水之間充分接觸，但是污水在反應(yīng)池內(nèi)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(duì)污水的充分處理�；诖耍緱l技術(shù)方案通過(guò)在進(jìn)流區(qū)和回流區(qū)的任意一段區(qū)域沿污水流動(dòng)方向上設(shè)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(yīng)池內(nèi)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(cè)量反應(yīng)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(cè)量信息的PLC控制器，所述PLC控制器電連接有用以向反應(yīng)池提供氧氣的鼓風(fēng)機(jī)；所述氧溶控制裝置還包括全部或部分設(shè)置在反應(yīng)池內(nèi)部的曝氣裝置，所述曝氣裝置包括與鼓風(fēng)機(jī)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(yīng)器污水處理過(guò)程中，反應(yīng)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(duì)污水中溶氧量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)PLC控制器開啟或者關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)對(duì)污水中溶氧量進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，可以更加精準(zhǔn)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(yīng)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?yàn)榉纸缇�，所述沉淀池沿著水深度方向上自上而下貫通設(shè)置有清水區(qū)和污泥處置區(qū)；所述清水區(qū)設(shè)有清水出水口；所述污泥處置區(qū)包括用以對(duì)沉淀池的進(jìn)水中的污泥進(jìn)行匯集的污泥池，以及設(shè)置在污泥池內(nèi)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(yīng)池內(nèi)的污泥回流管。
在移動(dòng)床生物膜反應(yīng)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)附著有一些微生物。因此，為避免直接排放反應(yīng)池處理后的水導(dǎo)致污水處理微生物的流失，本條技術(shù)方案通過(guò)設(shè)置污泥處置區(qū)，一方面，可以及時(shí)的將附著有微生物的污泥及時(shí)回流至反應(yīng)池中，保證反應(yīng)池中達(dá)到相應(yīng)的生物量；另一方面，通過(guò)設(shè)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(qū)和污泥處置區(qū)之間還設(shè)有用以對(duì)流入清水區(qū)的水中的污泥進(jìn)行過(guò)濾的污泥篩分區(qū)；所述污泥篩分區(qū)包括設(shè)置在沉淀池進(jìn)水口上方的篩分填料，以及用于對(duì)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(nèi)設(shè)置清水區(qū)和污泥處置區(qū)，即可借助污泥自身的重力實(shí)現(xiàn)水與污泥的上下分層，但本條技術(shù)方案通過(guò)在清水區(qū)和污泥處置區(qū)之間設(shè)置污泥篩分區(qū)，可以進(jìn)一步的對(duì)清水區(qū)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(xù)在重力的作用下沉入污泥處置區(qū)，經(jīng)污泥回流管回流至反應(yīng)池；然而，除大粒徑物質(zhì)外的水將隨著沉淀池內(nèi)水位的不斷提升而滲透過(guò)篩分填料流入清水區(qū)，最終在清水出水口流出。
作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述清水區(qū)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(nèi)部水流大小的溢流堰臺(tái)，所述出水槽由溢流堰臺(tái)與沉淀池側(cè)表面圍合而成。
本條技術(shù)方案通過(guò)在清水區(qū)設(shè)置溢流堰臺(tái)，一方面可以使得清水區(qū)中的水均勻的通過(guò)溢流堰臺(tái)進(jìn)而沿著出水槽流至清水出水口；另一方面溢流堰臺(tái)還可以對(duì)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(xiàng)所述的移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器在污水處理中進(jìn)行應(yīng)用。
作為優(yōu)選，所述移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器在農(nóng)業(yè)源水污染處理中應(yīng)用。
所述農(nóng)業(yè)源水污染是指農(nóng)業(yè)活動(dòng)導(dǎo)致的水體污染問(wèn)題，包括農(nóng)田種植過(guò)程中農(nóng)藥、化肥等的使用造成的水污染、畜禽養(yǎng)殖業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)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(biāo)為主要特征。據(jù)《第二次全國(guó)污染源普查公報(bào)》中顯示，2017年農(nóng)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(guó)水污染物排放總量的49.78％、22.44％、46.52％、67.22％，可見(jiàn)農(nóng)業(yè)源水污染治理勢(shì)在必行。
本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊苿?dòng)床生物膜反應(yīng)器通過(guò)MBBR載體、反應(yīng)池、以及氧溶控制裝置的配合，在保證達(dá)到特定污水處理效果的前提下，極大的減少了設(shè)備的占地面積、設(shè)備工程造價(jià)，以及反應(yīng)器長(zhǎng)期的運(yùn)行維護(hù)成本，且反應(yīng)池內(nèi)污水的水力停留時(shí)間相較于現(xiàn)有技術(shù)縮減了一半之多，這意味著進(jìn)一步降低了污水處理的運(yùn)行成本，體現(xiàn)出了極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此設(shè)立本發(fā)明的移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)更低，這將在一定程度上加快農(nóng)業(yè)活動(dòng)污水處理廠的建設(shè)，進(jìn)而解決目前農(nóng)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(cè)試結(jié)果來(lái)看，本發(fā)明的反應(yīng)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(dá)到了90％以上，可見(jiàn)，其可以對(duì)集中大批量排放的污水進(jìn)行高效的處理，十分契合農(nóng)業(yè)源污水的處理需求，對(duì)于改善地表水質(zhì)環(huán)境、助力和美鄉(xiāng)村建設(shè)具有特殊的意義。
一種污水處理方法，使用上述任一項(xiàng)所述的移動(dòng)床生物膜反應(yīng)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(yīng)池內(nèi)，使得污水中的細(xì)菌在MBBR載體上進(jìn)行掛膜，得到成膜體系；所述細(xì)菌包括好氧硝化細(xì)菌和厭氧反硝化細(xì)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(duì)污水中的溶氧量進(jìn)行調(diào)控，使得經(jīng)掛膜后的MBBR載體對(duì)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(yǎng)物質(zhì)，所述微生物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包括尿素、磷酸氫二鉀和蔗糖，得到營(yíng)養(yǎng)液；
S1.2、向營(yíng)養(yǎng)液中投加好氧硝化細(xì)菌，使其擴(kuò)培，得到菌液；
S1.3、向菌液中投加MBBR載體，使得好氧硝化細(xì)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(xì)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(yīng)池有效污水處理體積計(jì)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(yīng)池進(jìn)水口向進(jìn)流區(qū)前端引入污水，而后污水沿著引流板流至進(jìn)流區(qū)末端；
S2.2、進(jìn)流區(qū)末端的部分污水在導(dǎo)流板的導(dǎo)流下流入回流區(qū)，進(jìn)入回流區(qū)的污水沿著引流板流至回流區(qū)末端，最終匯入進(jìn)流區(qū)前端；進(jìn)流區(qū)末端的其余污水透過(guò)導(dǎo)流板的過(guò)水孔，最終在反應(yīng)池出水口流出。
作為優(yōu)選，步驟S2中，氧溶控制裝置對(duì)污水中溶氧量進(jìn)行調(diào)控的步驟包括：
S2.1、溶氧傳感器采集反應(yīng)池污水中的溶氧量數(shù)據(jù)，而后通過(guò)溶氧傳感器的通訊模塊將所述溶氧量數(shù)據(jù)上傳至PLC控制器；
S2.2、PLC控制器對(duì)溶氧量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果，通過(guò)指令鼓風(fēng)機(jī)的開啟或者關(guān)閉，對(duì)污水中溶氧量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟S2.2還包括：
當(dāng)污水中溶氧量低于1mg/L時(shí)，PLC控制器將指令鼓風(fēng)機(jī)開啟，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(dāng)溶氧量高于4mg/L時(shí)，PLC控制器將指令鼓風(fēng)機(jī)關(guān)閉。
作為優(yōu)選，步驟S2還包括：向反應(yīng)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(yīng)池內(nèi)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(yīng)池出水口流出的處理水沿沉淀池進(jìn)水口流入沉淀池，隨著沉淀池內(nèi)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(qū)，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(qū)，經(jīng)污泥回流管回流至反應(yīng)池。
與現(xiàn)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(duì)移動(dòng)床生物膜反應(yīng)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(jī)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(yīng)對(duì)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(zhǎng)，無(wú)需頻繁補(bǔ)加以維持污水處理效果，這減少了移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器的長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用。
本發(fā)明通過(guò)在聚氨酯骨架表面引入無(wú)機(jī)吸附粉末進(jìn)行無(wú)機(jī)改性，將進(jìn)一步提高MBBR載體的比表面積。經(jīng)測(cè)定，本發(fā)明的MBBR載體的比表面積超過(guò)20000m2/m3，達(dá)到市售普通載體比表面積的13倍之多。這意味著同等體積的MBBR載體可以富集有更多的污水處理微生物，因此同等反應(yīng)池有效污水處理容積下，相較于現(xiàn)有載體30％-40％的投配量，本發(fā)明的載體投配量?jī)H需8％-15％，這減少了移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器的工程造價(jià)。
本發(fā)明提供的移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器通過(guò)MBBR載體、反應(yīng)池、以及氧溶控制裝置的配合，一方面，在保證達(dá)到特定污水處理效果的前提下，極大的減少了設(shè)備的占地面積、設(shè)備工程造價(jià)，以及反應(yīng)器長(zhǎng)期的運(yùn)行維護(hù)成本，體現(xiàn)出了極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；另一方面，相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明反應(yīng)池內(nèi)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(yùn)行成本。
從性能測(cè)試結(jié)果來(lái)看，本發(fā)明的移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器在4h水力停留時(shí)間下，對(duì)農(nóng)業(yè)源污水中氨氮、總磷、總氮、化學(xué)需氧量的去除率均達(dá)到了90％以上，可見(jiàn)，其可以對(duì)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(nóng)業(yè)源污水的處理需求，對(duì)于改善地表水質(zhì)環(huán)境、助力和美鄉(xiāng)村建設(shè)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）
