CN106145324A - 基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置，其包括：下水、废水流入管；膜生物反应器曝气槽，其使得从所述下水、废水流入管流入的下水、废水借助于膜生物反应器生成活性污泥；粒状活性污泥槽，其从所述下水、废水流入管接受下水、废水的一部分，从所述膜生物反应器曝气槽接受活性污泥；活性污泥移送机构，其用于从所述膜生物反应器曝气槽向所述粒状活性污泥槽移送活性污泥；空气注入机构，其向所述粒状活性污泥槽注入空气；移送管线，其用于使在所述粒状活性污泥槽中粒状化的粒状活性污泥移送到所述膜生物反应器曝气槽；及过滤单元，其对通过所述移送管线而移送到膜生物反应器曝气槽的粒状活性污泥进行过滤，排出过滤水。
Description
技术领域
本发明涉及基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置及下水、废水处理方法，更详细而言，涉及一种在分离下水、废水的处理水方面，通过活性污泥的尽快粒状化，能够使膜的过滤速度提高，能够防止膜的积垢(fouling)的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置及下水、废水处理方法。
背景技术
城市及农渔村的下水、废水、污水等的主要处理技术，主要使用串联连接作为生物反应槽的曝气槽与用于固液分离的沉淀池的活性污泥工艺。但是，在活性污泥工艺中，用于固液分离的重力式沉淀池运转困难，浮游物质的流出浓度高，最近取代重力式沉淀池，正在多方面应用在活性污泥曝气槽中潜入合成膜使用的膜生物反应器(MBR:membrane bio-reactor)工序。
目前，膜生物反应器工序正在许多下水废水处理场运转，随着再利用工作日益重要，预定今后将在更多地区应用。但是，在膜生物反应器工序中，活性污泥浓度为8,000mg/L～10,000mg/L，保持很高浓度，以很低的有机物负载(F/M(Food/Microorganism)ratio)运营，结果，由于微生物细胞的原生质崩溃，污泥被粉碎，粉碎的污泥引起堵塞合成膜孔隙(pore)的孔隙阻塞(poreblocking)，使合成膜的过滤速度(flux)下降，这被认为是最大问题。
将下水、废水中含有的构成物质作为食物进行新陈代谢的微生物，有构成细胞成份的边界EPS(boundary EPS(extra polysaccharide，胞外多糖))与排出到细胞外的溶解性EPS(soluble EPS)两种。
EPS的构成物质为多糖(polysaccharide)、蛋白质(protein)、腐殖酸(humicacid)、糖醛酸(uronic acid)等，与活性污泥的粒状化相关的主要物质为多糖(polysaccharide)和蛋白质(protein)。但是，粒状化物质大量排出到细胞外时，即，如果溶解性EPS量多，那么在膜表面形成黏稠的黏液(slime)，引起积垢(fouling)，不仅降低膜的过滤速度，而且需要频繁清洗(cleaning)，存在降低膜的寿命的问题。
另一方面，活性污泥粒状化相关现有技术如下。
韩国专利公开公报第10-2005-0053150号(废水处理用好氧性生物质颗粒)，在含有活性污泥的反应器内，通过废水流入-空气供应而进行曝气-沉积-处理水排出，再在反应槽内直接放入活性污泥，反复经过数十次进行废水流入-曝气-沉积-排出等一系列过程后，形成生物质颗粒。也就是说，利用间歇性地执行废水的流入与排出的序批式(SBR:Sequencing Batch Reactor)装置，使活性污泥粒状化。
另外，韩国专利公开公报第10-2010-0125705号(序批式装置及利用其的粒状污泥的制造方法)也一样，是利用序批式装置形成粒状污泥，形成菌丝状颗粒后将其去除，另行制造粒状污泥，反复经过流入-曝气-沉积-排出等一系列过程，这是相同的。
结果，以往的这种方法由于活性污泥的粒状化速度缓慢，因而把活性污泥注入反应槽并禁锢后，数十次反复进行流入-曝气-沉积-排出，逐渐形成粒状活性污泥。但是，由于粒状化速度缓慢，不仅是粒状化所需的运转时间，在使处理水的水质稳定地排出方面，也存在需要大量时间的问题。
另一方面，在韩国专利公开公报第10-2012-0089495号(利用生物膜及好氧性颗粒污泥的下水废水处理装置及方法)及韩国专利公开公报第10-2013-0035387号(利用粒状污泥的下水废水处理装置及方法)中，以利用粒状活性污泥的水处理方法，流出水是在另外的沉淀池中安装浸渍式膜进行运转。
通常的膜生物反应器借助于膜过滤而执行固液分离，因而不需要沉淀池，但需在重力式沉淀池中追加安装膜。在这种以往的技术中，为了使活性污泥粒状化，存在需要无数次地反复进行流入-曝气-沉积-处理水排出等过程的问题。
现有技术文献
专利文献
(文献1)韩国专利公开公报第10-2004-0053150号(2004.06.23)
(文献2)韩国专利公开公报第10-2010-0125705号(2010.12.01)
(文献3)韩国专利公开公报第10-2012-0089495号(2012.08.13)
(文献4)韩国专利公开公报第10-2013-0035387号(2013.04.09)
发明内容
因此，本发明是为解决如上所述以往问题而研发的，其目的在于提供一种在分离下水、废水的处理水方面，通过活性污泥的尽快粒状化，能够使膜的过滤速度提高，能够防止膜的积垢的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置及下水、废水处理方法。
也就是说，本发明旨在提供一种下水、废水处理装置及下水、废水处理方法，为了使膜的流量增加而使细胞内的多糖(polysaccharide)和蛋白质(protein)含量增加，降低细胞外的溶解性EPS浓度，促进活性污泥的粒状化，能够谋求提高膜的过滤速度和防止膜的积垢。
本发明的技术课题并不限定于以上言及的内容，未言及的其它技术课题是所属领域的技术人员可以从以下记载明确理解的。
根据旨在达成所述目的及其它特征的本发明的第一方案，提供一种基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置，包括：下水、废水流入管；膜生物反应器曝气槽，其使得从所述下水、废水流入管流入的下水、废水借助于膜生物反应器(membrane bio reactor)生成活性污泥；粒状活性污泥槽，其从所述下水、废水流入管接受下水、废水的一部分，从所述膜生物反应器曝气槽接受活性污泥；活性污泥移送机构，其用于从所述膜生物反应器曝气槽向所述粒状活性污泥槽移送活性污泥；空气注入机构，其向所述粒状活性污泥槽注入空气；移送管线，其用于使在所述粒状活性污泥槽中粒状化的粒状活性污泥移送到所述膜生物反应器曝气槽；及过滤单元，其对通过所述移送管线而移送到膜生物反应器曝气槽的粒状活性污泥进行过滤，排出过滤水。
就本发明的第一方案而言，优选所述膜生物反应器曝气槽利用流入的下水、废水作为食物，借助于微生物的新陈代谢来生成活性污泥；所述过滤单元包括：中空丝膜，其对粒状活性污泥进行过滤；过滤水排出管线，其供在所述中空丝膜过滤的过滤水排出；及减压泵，其配备于所述过滤水排出管线，对中空丝膜进行减压泵浦。
就本发明的第一方案而言，优选在所述膜生物反应器曝气槽和所述粒状活性污泥槽中，作为下水、废水流入量与微生物量的运转因素的F/M(Food toMicroorganism)比在粒状活性污泥槽保持较高。
就本发明的第一方案而言，优选还包括：有机物/氮浓度检测单元，其在所述粒状活性污泥槽中检测有机物浓度及氮浓度；及有机性促进材料注入机构，其用于向所述粒状活性污泥槽注入单糖类的有机性促进材料。
就本发明的第一方案而言，还包括：粒状化促进材料注入机构，其注入用于在所述粒状活性污泥槽中促进活性污泥的粒状化的无机性促进材料。
就本发明的第一方案而言，优选所述有机性促进材料为葡萄糖或淀粉中至少一种，所述无机性促进材料为含钙化合物及含镁化合物中至少一种。
就本发明的第一方案而言，优选还包括：注入控制装置，其根据由所述有机物/氮浓度检测单元检测的有机物浓度和氮浓度，自动控制所述有机性促进材料注入机构及粒状化促进材料注入机构各个的注入量。
根据本发明的第二方案，提供一种基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理方法，包括：活性污泥生成步骤，使下水、废水从下水、废水流入管流入膜生物反应器(membrane bio reactor)曝气槽，并利用作为微生物食物，生成活性污泥；粒状活性污泥生成步骤，从所述下水、废水流入管接受下水、废水的一部分，并接受在所述活性污泥生成步骤生成的活性污泥，注入空气，混合下水、废水与活性污泥，生成粒状活性污泥；移送步骤，使所述粒状活性污泥生成步骤生成的粒状活性污泥移送到所述膜生物反应器；全量粒状活性污泥化步骤，反复实施所述活性污泥生成步骤、粒状活性污泥生成步骤及移送步骤，把膜生物反应器曝气槽内的全部污泥更换为粒状活性污泥；及过滤步骤，过滤所述全量粒状活性污泥化步骤中成为全量粒状活性污泥的粒状活性污泥，排出过滤水。
就本发明的第二方案而言，优选在所述膜生物反应器曝气槽中配备有絮凝菌，使得针对流入的下水、废水而生成活性污泥；在所述活性污泥生成步骤和粒状活性污泥生成步骤中，作为下水、废水流入量与微生物量的运转因素的F/M(Food to Microorganism)比在粒状活性污泥生成步骤高于活性污泥生成步骤；所述过滤步骤利用配置于膜生物反应器曝气槽并过滤粒状活性污泥的中空丝膜进行过滤。
就本发明的第二方案而言，优选在所述粒状活性污泥生成步骤中，还包括：有机物/氮浓度检测步骤，检测有机物浓度及氮浓度；及有机性促进材料注入步骤，向所述粒状活性污泥槽注入单糖类的有机性促进材料。
就本发明的第二方案而言，优选还包括：粒状化促进材料注入步骤，注入用于在所述粒状活性污泥槽中促进活性污泥的粒状化的无机性促进材料。
就本发明的第二方案而言，优选所述有机性促进材料为葡萄糖或淀粉中至少一种，所述无机性促进材料为含钙化合物及含镁化合物中至少一种。
就本发明的第二方案而言，优选当所述有机物/氮浓度检测步骤判断有机物含量高时，作为粒状化促进材料而注入含钙化合物；当所述有机物/氮浓度检测步骤判断氮含量高时，作为粒状化促进材料而注入含镁化合物。
就本发明的第二方案而言，优选根据所述有机物/氮浓度检测步骤检测的有机物浓度和氮浓度，自动控制有机性促进材料和无机性促进材料各个的注入量。
本发明的效果如下。
本发明的下水、废水处理装置及下水、废水处理方法，把膜生物反应器曝气槽的活性污泥在另行安装的粒状活性污泥槽中迅速制造成粒状活性污泥，把膜生物反应器曝气槽的活性污泥更换为全量粒状活性污泥，从而不仅使膜生物反应器中安装的膜的过滤速度增加，而且降低溶解性EPS浓度，具有能够防止膜的积垢问题的效果。
本发明的效果并非限定于以上言及的内容，未言及的其它技术课题是所属领域的技术人员可以从以下记载明确理解的。
附图说明
图1是概略地图示本发明的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置构成的图。
图2是显示本发明的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理方法的流程图。
图3是实际利用下水、废水而在粒状活性污泥槽中按各F/M比执行，根据运转期间，测量更换为粒状活性污泥的膜生物反应器曝气槽中的活性污泥SVI(sludge volume index,ml/g)并显示的图表。
图4是在图3的实验结束后利用电子显微镜拍摄并比较显示活性污泥与粒状活性污泥的颗粒尺寸的照片。
图5是显示测量粒状活性污泥和活性污泥的污泥中含有的多糖及蛋白质含量的结果的图表。
图6是显示为了获知活性污泥的粒状化过程中所需适合金属离子而以X线光电子分析仪(XPS:X-ray Photoelectron Spectroscopy)分析的结果的图表。
图7是比较显示活性污泥与经过粒状化的污泥的膜过滤速度(flux)的图表。
符号说明
10-下水、废水流入管，11-分支移送管，100-膜生物反应器曝气槽，110-膜生物反应器(membrane bio reactor)，200-粒状活性污泥槽，210-移送管线，310-移送管，320-移送泵，400-空气注入机构，510-中空丝膜(合成膜)，520-过滤水排出管线，530-减压泵，610-有机物/氮浓度检测单元，620-有机性促进材料注入机构，630-粒状化促进材料注入机构，S100-利用微生物的活性污泥生成步骤，S200-粒状活性污泥生成步骤，S210-有机物/氮浓度检测步骤，S220-有机物/无机物促进材料投入步骤，S300-粒状活性污泥曝气槽移送步骤，S400-全量粒状活性污泥化步骤，S500-过滤排出步骤。
具体实施方式
从以下详细说明及附图会更明确理解本发明的追加目的、特征及优点。
在详细说明本发明之前，需要理解的是，本发明可以谋求多样的变更，可以具有各种实施例，以下说明并在附图中图示的示例并非要把本发明限定于特定的实施形态，而是包括本发明的思想及技术范围中包含的所有变更、均等物乃至代替物。
当言及某种构成要素“连结于”或“连接于”其它构成要素时，应理解为既可以直接连结于或连接于其它构成要素，也可以在中间存在其它构成要素。相反，当言及某种构成要素“直接连结于”或“直接连接于”其它构成要素时，应理解为中间不存在其它构成要素。
本说明书中使用的术语只用于说明特定的实施例，并非有意限定本发明。只要文理上未明确意指不同，单数的表现也包括复数的表现。在本说明书中，“包括”或“具有”等术语应理解为是要指定存在说明书中记载的特征、数字、阶段、动作、构成要素、部件或它们的组合，不预先排除一个或其以上的其它特征或数字、步骤、动作、构成要素、部件或它们的组合的存在或附加可能性。
另外，说明书中记载的“...部”、“...单元”、“...模块”等术语，可以意味着处理至少一种功能或动作的单位。
另外，在参照附图进行说明方面，与附图符号无关，相同的构成要素赋予相同的参照符号，并省略对此的重复说明。在说明本发明方面，当判断认为对相关公知技术的具体说明可能混淆本发明要旨时，省略其详细说明。
本发明的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置及下水、废水处理方法，为了增加在膜生物反应器曝气槽中活性污泥的粒状化速度，在高浓度有机物负载下运转，促进粒状化，除高浓度有机物负载之外，为了进一步促进粒状化，作为有机性促进材料，向流入下水、废水添加容易被微生物分解的单糖类，或作为无机性催化剂而添加金属离子，如此形成的粒状活性污泥返送到全量膜生物反应器曝气槽，膜生物反应器曝气槽的活性污泥的一部分重新移送到粒状活性污泥槽，粒状化后全量返送到膜生物反应器曝气槽，反复执行，使膜生物反应器曝气槽的活性污泥全量更换为粒状活性污泥。因此，颗粒尺寸加大的粒状活性污泥不仅能够使膜的过滤速度增加，而且，使膜生物反应器曝气槽的溶存性EPS减少，能够防止作为过滤速度降低的原因物质的膜积垢(黏液)生成。
下面对本发明优选实施例的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置及下水、废水处理方法进行说明。
首先，参照图1，对本发明的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置进行说明。图1是概略地图示本发明的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置的构成的图。对于以下说明的构成要素，当判断认为对公知技术的说明可能混淆本发明要旨时，省略其详细说明。
本发明的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置如图1所示，包括：下水、废水流入管10；膜生物反应器曝气槽100，其使得从所述下水、废水流入管10接受提供下水、废水，借助于膜生物反应器(membrane bio reactor)110生成活性污泥；粒状活性污泥槽200，其从所述下水、废水流入管10接受下水、废水的一部分，从所述膜生物反应器曝气槽100接受活性污泥；活性污泥移送机构310、320，其用于从所述膜生物反应器曝气槽100向粒状活性污泥槽200移送活性污泥；空气注入机构400，其向所述粒状活性污泥槽200注入空气，使得粒状活性污泥槽200内的下水、废水与活性污泥混合，生成粒状活性污泥；移送管线210，其用于把在所述粒状活性污泥槽200中粒状化的粒状活性污泥移送到所述膜生物反应器曝气槽100；及过滤单元510、520、530，其对通过所述移送管线210而移送到膜生物反应器曝气槽100的粒状活性污泥进行过滤，排出过滤水。未说明的符号11是从下水、废水流入管10分出而用于把下水、废水的一部分供应到粒状活性污泥槽200的分支移送管。
在所述膜生物反应器曝气槽100中，把流入的下水、废水用作食物，借助于微生物的新陈代谢而生成活性污泥。
就这种膜生物反应器曝气槽100中的运转而言，流入下水、废水连续流入，下水、废水流入量与微生物量的作为运转因素的F/M(Food to Microorganism)比在0.1Kg BOD/Kg MLSS.day以下转动，使得在食物不足的条件下运转。其中，当按F/M比为0.1Kg BOD/Kg MLSS.day以下运转膜生物反应器曝气槽100时，就曝气槽中栖息的微生物种类而言，与沉降性优秀的絮凝(flocformation)菌相比，对沉降性缓慢的分散型菌的栖息存在有利一面。
所述粒状活性污泥槽200为了营造粒状活性污泥菌能够优势生长的环境而独立于膜生物反应器曝气槽100构成。在这种粒状活性污泥槽200中，流入下水、废水的有机物注入量与微生物量的F/M比，高于膜生物反应器曝气槽100的F/M比，保持0.2Kg BOD/Kg MLSS.day以上，使得在食物丰富的条件下运转，使用于活性污泥的粒状化的细胞内主要构成物质的多糖和蛋白质含量增加。
其中，本发明还包括：有机物/氮浓度检测单元610，其在所述粒状活性污泥槽200中检测有机物浓度及/或氮浓度；及有机性促进材料注入机构620，其用于当流入的下水、废水中含有的有机物浓度低时，注入容易被微生物所新陈代谢的诸如葡萄糖或淀粉的单糖类有机性促进材料，增进作为细胞构成物质的多糖的含量。
另外，本发明还包括粒状化促进材料注入机构630，其为了促进在所述粒状活性污泥槽200中活性污泥的粒状化而注入含钙化合物及含镁化合物中至少一种的无机性促进材料。
在这种粒状化促进材料中，对于作为细胞内主要构成物质的多糖和蛋白质，为了活性污泥的粒状化，多糖的官能基(functional group)由羟基(hydroxyl:OH-)构成，作为形成粒状活性污泥所需的无机性促进材料，容易与钙离子反应，蛋白质由氨基(amide:NH2-)构成，作为粒状化所需促进材料，容易与镁离子反应。
例如，就无机性促进材料而言，当通过下水、废水的下水、废水中含有的有机物浓度与氮浓度的构成比判断时，优选有机物含量高的废水，使用含钙化合物作为粒状化促进材料，相反，氮含量高的废水，使用含镁化合物。
其中，本发明还包括注入控制装置(图中未示出)，其根据由有机物/氮浓度检测单元610检测的有机物浓度和氮浓度，自动控制所述有机性促进材料注入机构620及粒状化促进材料注入机构630各个的注入量。
进而，移送机构310、320包括：移送管310，其连接得使膜生物反应器曝气槽100的活性污泥移送到粒状活性污泥槽200；及移送泵320，其安装于所述移送管310，用于泵浦活性污泥。
过滤单元510、520、530包括：中空丝膜510，其配置于膜生物反应器曝气槽100一侧，对粒状活性污泥进行过滤；过滤水排出管线520，其供在所述中空丝膜(或合成膜)510过滤的过滤水排出；及减压泵530，其配备于所述过滤水排出管线530，对中空丝膜510进行减压泵浦。
对如上所述构成的本发明的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置的动作进行说明。
通过下水、废水流入管10而流入的下水、废水流量的约3/4流入膜生物反应器曝气槽100，生成活性污泥，通过移送分支管11而流入的下水、废水的约1/4移送到粒状活性污泥槽200，填满粒状活性污泥槽200的一半。而且，粒状活性污泥槽200的剩余一半填充通过活性污泥移送机构310、320而来自膜生物反应器曝气槽100的活性污泥后，利用空气注入机构400吹入空气，使流入的下水、废水与活性污泥混合，生成粒状活性污泥。
此时，当流入下水、废水的有机物量与微生物量的F/M比，低于0.2kgBOD/kg MLSS.day时，为了提高微生物细胞的多糖构成比，促进粒状化，向粒状活性污泥槽200中注入作为单糖类的淀粉或葡萄糖等，在流入下水、废水的构成比方面，当有机物含量高于氮时，作为化学催化剂，注入含钙盐(含钙化合物)，或当氮含量高时，注入含镁盐(含镁化合物)。
经这种过程而生成的粒状活性污泥通过移送管线210移送到全量膜生物反应器曝气槽100，膜生物反应器曝气槽100的活性污泥再与流入下水、废水的一部分在粒状活性污泥槽200中混合，经过粒状化过程后，返送到膜生物反应器曝气槽100，反复进行这种过程，把膜生物反应器曝气槽100的活性污泥全量更换为粒状活性污泥。
所述全量更换的粒状活性污泥比活性污泥的颗粒尺寸增大，借助于减压泵530而对中空丝膜510进行减压泵浦并生产过滤水时，可以使过滤流量增加，同时，借助于微生物的新陈代谢而产生的溶解性EPS被活性污泥的粒状化所需要，防止在中空丝膜510表面生成黏液，能够增大中空丝膜510的寿命。
下面参照图2，对本发明的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理方法进行说明。图2是显示本发明的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理方法的流程图。
本发明的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理方法如图2所示，包括：活性污泥生成步骤(S100)，使下水、废水从下水、废水流入管流入膜生物反应器(membrane bio reactor)曝气槽，并利用为微生物食物，生成活性污泥；粒状活性污泥生成步骤(S200)，从所述下水、废水流入管接受下水、废水的一部分，并接受在所述活性污泥生成步骤(S100)生成的活性污泥，注入空气，混合下水、废水与活性污泥，生成粒状活性污泥；移送步骤(S300)，使所述粒状活性污泥生成步骤(S200)生成的粒状活性污泥移送到所述膜生物反应器；全量粒状活性污泥化步骤(S400)，反复实施所述活性污泥生成步骤(S100)、粒状活性污泥生成步骤(S200)及移送步骤(S300)，把膜生物反应器曝气槽内的全部污泥更换为粒状活性污泥；及过滤步骤(S500)，过滤所述全量粒状活性污泥化步骤(S400)中成为全量粒状活性污泥的粒状活性污泥，排出过滤水。
在所述膜生物反应器曝气槽中，把流入的下水、废水用作食物，借助于微生物的新陈代谢而生成活性污泥。
在所述活性污泥生成步骤(S100)和粒状活性污泥生成步骤(S200)中，优选作为下水、废水流入量与微生物量的运转因素的F/M(Food toMicroorganism，食物细菌比)比在粒状活性污泥生成步骤(S200)中高于活性污泥生成步骤(S100)。
另外，本发明在所述粒状活性污泥生成步骤(S200)中，还包括：有机物/氮浓度检测步骤(S210)，检测有机物浓度及/或氮浓度；及有机性促进材料及/或无机性促进材料注入步骤(S220)，当流入的下水、废水中含有的有机物浓度低时，注入容易被微生物所新陈代谢的诸如葡萄糖或淀粉的单糖类的有机性促进材料，注入用于增进作为细胞构成物质的多糖的含量的有机性促进材料，及/或为促进活性污泥的粒状化而注入含钙化合物及含镁化合物中至少一种的无机性促进材料。
例如，就无机性促进材料而言，以流入下水、废水中含有的有机物浓度和氮浓度的构成比来判断时，有机物含量高的废水，优选使用含钙化合物作为粒状化促进材料，相反，氮含量高的下水、废水，使用含镁化合物。
其中，本发明的处理方法可以使得根据有机物/氮浓度检测步骤(S210)所检测的有机物浓度和氮浓度，自动控制有机性促进材料与无机性促进材料各个的注入量。
接着，过滤步骤(S500)是利用配置于膜生物反应器曝气槽并使粒状活性污泥过滤的中空丝膜(合成膜)进行过滤。
本发明的发明人通过所述本发明的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置及下水、废水处理方法，执行了关于粒状化速度与膜中的黏液生成的实验。
实验是在膜生物反应器活性污泥工序与膜生物反应器活性污泥工序中设置粒状活性污泥槽，比较了活性污泥与粒状活性污泥的特性。
下水、废水的流入流量约为200L/天，作为实验装置，膜生物反应器曝气槽约为70L，粒状活性污泥槽约为曝气槽的1/20大小，即约3.5L。膜使用PVDF(Polyvinylidenefluoride)中空丝膜。
膜生物反应器曝气槽的运转方法以通常的活性污泥工艺运转。粒状活性污泥槽是把来自膜生物反应器曝气槽的粒状污泥的一部分填充于粒状活性污泥槽的约一半，另一半以流入下水、废水的一部分填充，曝气约2小时后，使得粒状化，流入膜生物反应器曝气槽，再把流入下水、废水及膜生物反应器曝气槽的活性污泥填充于粒状活性污泥槽并曝气后，流入膜生物反应器曝气槽，反复进行该过程。如此反复执行，把膜生物反应器曝气槽的活性污泥全量更换为粒状活性污泥。
在实验执行内容中，膜生物反应器曝气槽及粒状活性污泥槽的污泥浓度(MLSS)保持约6,000mg/L，流入水为实际下水、废水及在实际下水、废水中溶解作为单糖类的淀粉或葡萄糖，了解单糖类对污泥粒状化的影响。而且，为了了解金属离子对活性污泥粒状化的影响，作为钙盐，在粒状活性污泥槽中注入氯化钙(CaCl2)，作为镁盐，注入硫酸镁(MgSO4)。
图3是实际利用下水、废水而在粒状活性污泥槽中按各F/M比执行，根据运转期间，测量更换为粒状活性污泥的膜生物反应器曝气槽中的活性污泥SVI(sludge volume index,ml/g)并显示的图表。就活性污泥而言，即使运转期间长期化，也没有大的变化，但当经过粒状活性污泥槽时，粒状活性污泥槽的F/M比越增加，颗粒尺寸越大，特别是F/M 0.4kg BOD/KgMLSS.day时，确认了沉降速度急剧增大。而且，可知在相同的F/M比下，追加注入单糖类时，粒状化速度进一步增加。
图4是在图3的实验结束后利用电子显微镜拍摄并比较显示活性污泥与粒状活性污泥的颗粒尺寸的照片。而且，图5是显示测量粒状活性污泥和活性污泥的污泥中含有的多糖及蛋白质含量的结果的图表,各个成份显示出粒状活性污泥最高。
综合而言，可以确认：通过把活性污泥转换成粒状活性污泥，能够使膜生物反应器曝气槽的溶存性EPS减小，防止作为降低过滤速度原因物质的膜的黏液生成。
图6是显示为了获知活性污泥的粒状化过程中所需适合金属离子而以X线光电子分析仪(XPS:X-ray Photoelectron Spectroscopy)分析的结果的图表，显示出Mg+2离子容易与作为细胞蛋白质的amide基反应，Ca+2离子容易与作为多糖官能基的OH-反应。综合而言，可知有机物含量高于氮时，作为粒状化催化剂，适合使用Ca+2离子，氮含量高时，Mg+2适合。
图7是比较显示活性污泥与经过粒状化的污泥的膜过滤速度(flux)的图表，可知粒状活性污泥的过滤速度(flux)比1.5优秀。
如上所述的本发明的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置及下水、废水处理方法，把膜生物反应器曝气槽的活性污泥在另行安装的粒状活性污泥槽中迅速制造成粒状活性污泥，使膜生物反应器曝气槽的活性污泥更换为全量粒状活性污泥，从而不仅使膜生物反应器中安装的膜的过滤速度增加，而且降低溶解性EPS浓度，具有能够防止膜的积垢问题的优点。
本说明书中说明的实施例和附图只不过示例性地说明本发明包含的技术思想的一部分而已。因此，本说明书中公开的实施例不是用于限定而是用于说明本发明的技术思想，因而本发明的技术思想的范围并非由这种实施例限定，这是不言而喻的。在本发明的说明书及附图中包含的技术思想的范围内，所属领域的技术人员可以容易地类推的变形例和具体实施例应解释为均包含于本发明的权利范围内。
Claims (14)
1.一种基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置，其特征在于，包括：
下水、废水流入管；
膜生物反应器曝气槽，其使得从所述下水、废水流入管流入的下水、废水借助于膜生物反应器生成活性污泥；
粒状活性污泥槽，其从所述下水、废水流入管接受下水、废水的一部分，从所述膜生物反应器曝气槽接受活性污泥；
活性污泥移送机构，其用于从所述膜生物反应器曝气槽向所述粒状活性污泥槽移送活性污泥；
空气注入机构，其向所述粒状活性污泥槽注入空气；
移送管线，其用于使在所述粒状活性污泥槽中粒状化的粒状活性污泥移送到所述膜生物反应器曝气槽；及
过滤单元，其对通过所述移送管线而移送到膜生物反应器曝气槽的粒状活性污泥进行过滤，排出过滤水。
2.根据权利要求1所述的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置，其特征在于，
所述膜生物反应器曝气槽构成为利用流入的下水、废水作为食物，借助于微生物的新陈代谢来生成活性污泥；
所述过滤单元包括：中空丝膜，其对粒状活性污泥进行过滤；过滤水排出管线，其供在所述中空丝膜过滤的过滤水排出；及减压泵，其配备于所述过滤水排出管线，对中空丝膜进行减压泵浦；
所述移送机构包括：移送管，其连接为将所述膜生物反应器曝气槽的活性污泥移送到粒状活性污泥槽；及移送泵，其安装于所述移送管，用于泵浦活性污泥。
3.根据权利要求1所述的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置，其特征在于，
在所述膜生物反应器曝气槽与所述粒状活性污泥槽中，作为下水、废水流入量与微生物量的运转因素的F/M比在粒状活性污泥槽保持较高。
4.根据权利要求1所述的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置，其特征在于，还包括：
有机物/氮浓度检测单元，其在所述粒状活性污泥槽中检测有机物浓度及氮浓度；及
有机性促进材料注入机构，其用于向所述粒状活性污泥槽注入单糖类的有机性促进材料。
5.根据权利要求4所述的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置，其特征在于，还包括：
粒状化促进材料注入机构，其注入用于在所述粒状活性污泥槽中促进活性污泥的粒状化的无机性促进材料。
6.根据权利要求5所述的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置，其特征在于，
所述有机性促进材料为葡萄糖或淀粉中至少一种，
所述无机性促进材料为含钙化合物及含镁化合物中至少一种。
7.根据权利要求6所述的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理装置，其特征在于，还包括：
注入控制装置，其根据由所述有机物/氮浓度检测单元检测的有机物浓度和氮浓度，自动控制所述有机性促进材料注入机构及粒状化促进材料注入机构各个的注入量。
8.一种基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理方法，其特征在于，包括：
活性污泥生成步骤，使下水、废水从下水、废水流入管流入膜生物反应器曝气槽，并利用为微生物食物，生成活性污泥；
粒状活性污泥生成步骤，从所述下水、废水流入管接受下水、废水的一部分，并接受在所述活性污泥生成步骤生成的活性污泥，注入空气，混合下水、废水与活性污泥，生成粒状活性污泥；
移送步骤，使所述粒状活性污泥生成步骤生成的粒状活性污泥移送到所述膜生物反应器；
全量粒状活性污泥化步骤，反复实施所述活性污泥生成步骤、粒状活性污泥生成步骤及移送步骤，把膜生物反应器曝气槽内的全部污泥更换为粒状活性污泥；及
过滤步骤，过滤所述全量粒状活性污泥化步骤中成为全量粒状活性污泥的粒状活性污泥，排出过滤水。
9.根据权利要求8所述的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理方法，其特征在于，
在所述膜生物反应器曝气槽中配备有絮凝菌，使得针对流入的下水、废水而生成活性污泥；
在所述活性污泥生成步骤和粒状活性污泥生成步骤中，作为下水、废水流入量与微生物量的运转因素的F/M比在粒状活性污泥生成步骤高于活性污泥生成步骤；
所述过滤步骤利用配置于膜生物反应器曝气槽并过滤粒状活性污泥的中空丝膜进行过滤。
10.根据权利要求8所述的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理方法，其特征在于，还包括：
有机物/氮浓度检测步骤，在所述粒状活性污泥生成步骤中检测有机物浓度及氮浓度；
有机性促进材料注入步骤，向所述粒状活性污泥槽注入单糖类的有机性促进材料。
11.根据权利要求10所述的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理方法，其特征在于，还包括：
粒状化促进材料注入步骤，注入用于在所述粒状活性污泥槽中促进活性污泥的粒状化的无机性促进材料。
12.根据权利要求11所述的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理方法，其特征在于，
所述有机性促进材料为葡萄糖或淀粉中至少一种，
所述无机性促进材料为含钙化合物及含镁化合物中至少一种。
13.根据权利要求12所述的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理方法，其特征在于，
当所述有机物/氮浓度检测步骤判断有机物含量高时，作为粒状化促进材料而注入含钙化合物；
当所述有机物/氮浓度检测步骤判断氮含量高时，作为粒状化促进材料而注入含镁化合物。
14.根据权利要求11所述的基于活性污泥的粒状化的下水、废水处理方法，其特征在于，
根据所述有机物/氮浓度检测步骤检测的有机物浓度和氮浓度，自动控制有机性促进材料和无机性促进材料各个的注入量。
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