CN112777746A - 微藻污泥mabr反应器、自聚光微藻污泥mabr反应器、微藻污泥绿色污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微藻‑污泥MABR反应器、自聚光微藻‑污泥MABR反应器、微藻‑污泥绿色污水处理系统。基于微藻‑污泥MABR水处理系统，结合调节蓄污系统、微藻‑污泥MABR反应器、终端水质控制系统、供聚光系统、管道输送系统。其中，核心微藻‑污泥MABR反应器包括：内透明反应管、膜分隔片、中透明反应管、外支撑管体系、端板；供聚光系统包括太阳能发电控制系统、太阳光聚光系统、电发光系统，其他的调节蓄污系统、终端水质控制系统、管道输送系统、配合微藻‑污泥MABR反应器、供聚光系统进行运行。本发明可应用于高氮磷富营养化严重的污水处理或微污染污水处理等。并解决传统水处理工艺系统能源利用、碳源利用、非碳源营养物质利用不绿色循环的缺点。

Description

微藻污泥MABR反应器、自聚光微藻污泥MABR反应器、微藻污泥 绿色污水处理系统

技术领域

本发明涉及环保污水处理领域，尤其是涉及以微藻-污泥MABR反应器为核心的微藻-污泥MABR反应器、自聚光微藻-污泥MABR反应器、微藻-污泥绿色污水处理系统。

背景技术

目前的污水处理方法有悬浮生物系统（即活性污泥法，利用悬浮细菌），着生生物系统法（利用固定细菌），悬浮生物系统（利用悬浮微藻），固定生物系统法（利用固定藻类）等方法。

其中悬浮生物系统（活性污泥法）存在好氧工艺段曝气耗能严重、系统碳源消耗大、厌氧氨氧化等特新工艺适用范围不广、控制难等缺点；着生生物系统法（利用固定细菌）存在生物膜厚重，有效生物膜少，氮磷处理较难等缺点，其中的MABR系统虽然采用了利用膜无泡曝气、生物膜内好氧的形式但也存在始终需要曝气、氮磷处理较难的缺点；悬浮生物系统（利用悬浮微藻）存在悬浮微藻不好回收、后端COD可能不降反升、光源提供难等难题，固定生物系统法（利用固定藻类）也存在后端COD可能不降反升、光源提供难等问题，而纯粹的藻菌混合共生体系由于对活性污泥的占比要求较高，需要活性污泥在一个较低的比例，这难以控制，另外活性污泥对光的传输阻碍，影响藻的光合作用。

发明人长期从事于微藻和活性污泥水处理工艺的研发和应用，深刻理解水处理系统中物质循环、能量循环的重要性，利用微藻这种生产者和活性污泥这种类消费者分解者，实现和发明了本系统工艺，与时俱进利用了新型膜材料，达到了微藻污泥两者共生，尽可能地避免了现有问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微藻-污泥MABR反应器为核心的微藻-污泥MABR反应器、自聚光微藻-污泥MABR反应器、微藻-污泥绿色污水处理系统，其可应用于高氮磷富营养化严重的污水处理或微污染污水处理等。并从能量循环、物质循环的角度，设计解决传统水处理工艺的单一系统粗放问题等缺点。

为解决上述问题，本发明采用的方案如下：一种微藻-污泥MABR反应器，其特征在于，包括内透明反应管、膜分隔片、中透明反应管、端板；

所述内透明反应管设置在中透明反应管内，内透明反应管与中透明反应管之间形成反应区；

所述内透明反应管和中透明反应管之间通过膜分隔片进行连接，将反应区分为至少两个反应通道，分别为藻区和污泥区；（如用2个膜分隔片则将2管分割成2个半环状通道，4个膜分隔片则将管分割橙4个1/4环状通道，以此类推）；

所述藻区和污泥区内均设有填料，用于微藻和污泥的初始生物膜附着接种；

所述反应通道的两端由端板密封，各反应通道由两端的端板上连接的管道顺序串联；使得整个反应区由一个进水口和一个出水口串联全部反应通道；

所述每个藻区和污泥区底部分别设有排藻口和排泥口，开口位置设在端板连接的管道上或端板上；

所述每个藻区和污泥区的顶部分别设有排气口，开口位置可设在端板连接的管道上或端板上。

进一步，根据上述设计方案所述微藻-污泥MABR反应器，其特征在于，所述膜分隔片包括特性膜、膜固定结构、膜保护网；所述膜固定结构为类似相框形状的镂空结构；所述膜固定结构的侧边分别与内透明反应管和中透明反应管密封连接；所述特性膜设置在膜固定结构上，并通过膜保护网覆盖固定并保护。

进一步，根据上述设计方案所述微藻-污泥MABR反应器，其特征在于，所述膜分隔片、内透明反应管、中透明反应管上设有相互匹配的密封卡口，膜分隔片通过密封卡口与内透明反应管和中透明反应管密封连接。

进一步，根据上述设计方案所述微藻-污泥MABR反应器，其特征在于，所述藻区的端板的内侧设有光照强度传感器，用于监测藻区的光照强度。

进一步，根据上述设计方案所述微藻-污泥MABR反应器，其特征在于，所述内透明反应管、中透明反应管的轴线倾斜设置，倾斜角为3-5°。

进一步，根据上述设计方案所述微藻-污泥MABR反应器，其特征在于，所述特性膜为溶解氧仪薄膜。

进一步，根据上述设计方案所述微藻-污泥MABR反应器，其特征在于，还包括外支撑管体系，所述外支撑管体系设置在中透明反应管外围，并对其进行固定；所述外支撑管体系包括反射装置，用于反射从中透明反应管透出的光；所述外支撑管体系包括补充光源装置，用于从中透明反应管外围补充光源。

进一步，根据上述设计方案所述微藻-污泥MABR反应器的自聚光微藻-污泥MABR反应器，其特征在于，包括微藻-污泥MABR反应器和供聚光系统；所述供聚光系统用于向微藻-污泥MABR反应器提供光源。

进一步，根据上述设计方案所述微藻-污泥MABR反应器的微藻-污泥绿色污水处理系统，其特征在于，包括调节蓄污系统、微藻-污泥MABR反应器、终端水质控制系统、供聚光系统、管道输送系统；所述调节蓄污系统设置在微藻-污泥MABR反应器前端，通过水解酸化将大分子有机物转化为小分子有机物；所述微藻-污泥MABR反应器利用微藻去除氮磷，利用无泡曝气生物膜系统，去除COD，产水进入终端水质控制系统；所述终端水质控制系统用于最终过滤、消毒使得出水达标；所述供聚光系统用于向微藻-污泥MABR反应器提供光源；所述管道输送系统用于系统内污水的流动和控制。

进一步，根据上述设计方案所述基于微藻-污泥MABR反应器的微藻-污泥绿色污水处理系统，其特征在于，所述供聚光系统包括太阳能发电控制系统、太阳光聚光系统、电发光系统；

所述太阳光聚光系统包括透镜聚光器、光纤原理传光器、透明亮片散光棒；

所述透镜聚光器用于聚集大范围的太阳光，并转化变成小范围平行光；

所述光纤原理传光器用于将透镜聚光器聚集的光源传递至透明亮片散光棒；

所述透明亮片散光棒置于内透明反应管内，用于将透镜聚光器聚集的光在内透明反应管内散射；

所述太阳能发电控制系统用于太阳能发电储电、读取微藻-污泥MABR反应器内光照强度传感器即监测反应区内光照强度、控制灯管发光强度；

所述电发光系统包括灯管，由太阳能发电控制系统控制，当太阳能发电控制系统监测到微藻-污泥MABR反应器内光照强度低于设定区间，则调整电发光系统发光和或发光档位，当太阳能发电控制系统监测到微藻-污泥MABR反应器内光照强度高于设定区间，则调整电发光系统关闭和或发光档位，当太阳能发电控制系统监测到微藻-污泥MABR反应器内电发光系统关闭，且光照强度依旧高于合适区间时，则报警提示运行管理人员减少聚光系统的聚光，如此使反应器内的光照强度始终处于设定范围内。

进一步，根据上述设计方案所述基于微藻-污泥MABR反应器的微藻-污泥绿色污水处理系统，其特征在于，所述透明亮片散光棒的棒体材质为透明材质且末端面涂有银色反光涂料，所述透明亮片散光棒的棒体内设有小反光片，用于将透明材料内的光线反射，改变大的折射角，避免了全反射，将光线均匀的沿透明亮片散光棒柱曲面发出。

本发明的技术效果如下：微藻-污泥MABR反应器主要包括内透明反应管、膜分隔片、中透明反应管、近似扇形端板、外支撑管体系；内透明反应管位于中透明反应管中心，膜分隔片连接两者，可形成多个扇形分区，两侧由相应大小形状的近似扇形端板固定封住，这样就形成了多个空间分区，根据采用的膜分隔片的数量的不同，分区数量亦有不同，主要按依次相邻分为藻区Z1、Z2、Z3、Z4等，污泥区N1、N2、N3、N4等，数字按位置由下往上排布确定，数量由实际情况确定，污水先经过藻区，再经过污泥区，微藻-污泥MABR反应器亦可多个并联、串联增加处理能力和处理效果，藻区和污泥分别装有填料，方便微藻和污泥的生物膜固定。整个反应器略微地倾斜，低侧设排泥排藻口，高侧设排气口，可采用人工排放、设电磁阀自动定期排放等方式。

内透明反应管，采用透明材质，比如玻璃、树脂等；内透明反应管应设有相应卡口固定结构，使其可以平稳固定在系统上并保持整个系统的密封。

膜分隔片，分为特性膜、膜固定结构、膜保护网三部分；特性膜固定在膜固定结构上，特性膜是膜分隔片的主要功能材料，起着扩散溶解氧、阻隔微藻和污泥两类生物的主要作用，常见的使用案例如溶解氧仪薄膜（聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、硅橡胶等透气材料）。根据选用的膜的种类的不同，也会有扩散二氧化碳等作用，另外膜保护网固定在膜固定结构上，并覆盖在特性膜上，防止杂物或滤料损伤特性膜，同时有附着生长藻膜和污泥膜的作用。膜固定结构含有分别和内透明反应管和中透明反应管连接密封的卡口结构。

中透明反应管、近似扇形端板，其特征在于，都是微藻-污泥MABR反应器的容器功能结构，中透明反应管设有和膜分隔片连接密封的卡口结构，近似扇形端板则挡住反应器的两端，同时连接管道系统，藻区端板上装有光照强度传感器。近似扇形端板的固定方法可以是粘接、焊接等方式。

外支撑管体系，其特征在于，包含固定住中透明反应管，同时中间留有装灯管的空间，同时内侧刷有银色反光涂料，或贴有反光材料，同时两端尽可能按实际管道情况封上反光板，达到尽可能将光封在内部的作用，同时结合实际水质和工况，保证系统的温度要求，如果实际情况内部温度较高，则空隙大些，如果内部温度不太高，满足灯管和微生物，则空隙小些。

供聚光系统，其特征在于，分为太阳能发电控制系统、太阳光聚光系统、电发光系统。太阳能发电控制系统起到利用太阳能发电储电、读取反应器内光照强度传感器即监测系统内光照强度、控制灯管发光强度等作用。电发光系统主要有灯管构成，由太阳能发电控制系统控制，当系统监测到反应器内光照强度低于合适区间，则调整电发光系统是否发光和发光挡位；当系统监测到反应器内光照强度高于合适区间，则调整电发光系统是否关闭；当系统监测到反应器内电发光系统关闭时，光照强度依旧高于合适区间，则报警提示运行管理人员减少聚光系统的聚光；如此使反应器内的光照强度始终处于最佳范围内。太阳光聚光系统由透镜聚光器、光纤原理传光器、透明亮片散光棒构成。透镜聚光器主要起到聚集大范围的太阳光这种近平行光，并转化变成小范围平行光的作用，原理可为众所周知的两个正透镜组成的开普勒形式或者一个负透镜和一个正透镜组成的伽利略形式透镜组原理，根据不同的工程规模可以选择与太阳能电池行业的常见固定方式即固定方向式和跟踪式，固定方向式由于只能在某时刻实现最大的聚光效果，其他时刻则较弱，跟踪式则方向随太阳转动，但成本较高，移动弯曲部位可采用柔性管装透明液体实现柔性导光，柔性管为复合材质，内部涂刷反光材料或利用光纤原理增加比透明液体更低折射率的低折射率管；光纤原理传光器利用了众所周知的光纤原理，可将透镜聚光器缩小的平行光极低损耗的传送至透明亮片散光棒内，内部为透明材料，外层为低折射率的材料，最外层为银色反光涂料；核心的透明亮片散光棒置于内透明反应管内，连接在光纤原理传光器上，端面涂有银色反光涂料，棒体材质为透明材质，但是制造过程中加入适量的小反光片，将透明材料内的光线反射，这样改变了大的折射角，避免了全反射，将光线较均匀了沿透明亮片散光棒柱曲面发出。

调节蓄污系统、终端水质控制系统、管道输送系统，其特征在于， 围绕微藻-污泥MABR反应器、供聚光系统进行运行，实现相应辅助功能。其中调节蓄污系统收集污水，同时对于COD起到酸化水解的作用，将大分子有机碳转化为小分子有机碳，有利于微藻的利用，同时，调节蓄污系统高于系统高程，污水可自流；终端水质控制系统起到最终过滤、消毒等匹配实际标准的作用，如采用砂滤、活性炭、紫外等常规末端工艺单元；管道输送系统由多种管道构成，保证系统污水的流动和控制。

利用调节池水解酸化功能，使污水中大分子有机物分解成小分子有机物，有利于后面微藻地利用，利用了调节池地相对高程，实现了系统的自流，节省了泵送能耗。

借鉴了溶解氧仪溶解氧的转移，巧妙地利用了透氧膜实现了传统MABR功能。

利用微藻-污泥MABR反应器的微藻-污泥共生，实现了藻区除去了大批量的氮磷，为提供合适污泥碳氮比提供了可行性，同时微藻在光照条件下产生了大量的溶解氧，笔者长期的试验证明其溶解氧甚至超过了溶解氧探头测量的范围，大量的溶解氧透过特性膜材料，实现了类似MABR技术的无泡曝气，在膜的另一侧即泥区产生了和“曝气形式的传统MABR系统”同样的生物系统；在污泥区，逸出的悬浮的微藻和脱落的微藻膜会促进泥区的悬浮污泥藻菌共生体，丰富了污泥区的生化系统，起到了防止了悬浮微藻泄露的作用，同时污泥区的强去COD作用，避免了单纯使用微藻系统无法去COD的问题。

利用分区和管道连接，巧妙地实现了藻区和污泥区都实现了向上流，避免或减轻了藻区悬浮微藻和填料固定微藻的流失，污泥区悬浮污泥和填料固定污泥生物膜的流失。

利用了聚光系统充分利用了白天的太阳能，而太阳能发电发光在聚光系统光照强度不足的夜晚、阴天、非设定角度等时，智能地供给提供了辅助光源，使系统地能量来源极其绿色。

利用了系统巧妙的倾角，实现了一端可排泥排藻，另一端可排气的功能。

附图说明

图1为：微藻-污泥MABR系统工艺流程图。

图2为：污泥区端板示意图。

图3为：藻区近端板示意图。

图4为：膜分隔片截面示意图。

图5为：中透明反应管示意图。

图6为：内透明反应管示意图。

图7为：聚光系统示意图。

图8为：微藻-污泥MABR反应器侧面示意图。

图9为：微藻-污泥MABR反应器关键部分立体图。

其中1：调节蓄污系统；2：微藻-污泥MABR反应器；3：终端水质控制系统；4：供聚光系统；5：管道输送系统；6：内透明反应管；7：膜分隔片；8：中透明反应管；9：端板；10：外支撑管体系；11：膜固定结构；12：特性膜；13：膜保护网；14：电发光系统（灯管）；15：透镜聚光器；16：光纤原理传光器；17：透明亮片散光棒；18：微藻透明固定载体；19：污泥固定载体；20：光照强度传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

实施例：一种微藻-污泥MABR系统，由调节蓄污系统、微藻-污泥MABR反应器、终端水质控制系统、供聚光系统、管道输送系统共5部分组成。调节蓄污系统、终端水质控制系统、管道输送系统围绕微藻-污泥MABR反应器、供聚光系统进行运行，实现相应辅助功能。

系统运行流程如下。

系统运行前需要先对微藻透明固定载体18和污泥固定载体19独立挂膜，避免运行挂膜时间长的缺点。

正式运行时，污水先进入调节蓄污系统1储存，在水解酸化作用下大分子有机物转化为小分子有机物，经污水自流进入多分区的微藻-污泥MABR反应器2，反应器被膜分隔片7分为多个区（本图分为8个），藻区和污泥区相邻隔开，由下至上，从一端到另一端，（如：Z1左侧进入-Z1右侧-Z2右侧-Z2左侧，如此类推）先经过藻区，再由下至上，从一端到另一端经过污泥区，在藻区，氮磷被微藻大量利用，COD的去除却不佳，此时产生大量溶解氧，溶解氧经特性膜12扩散至另一侧的污泥区，构建MABR系统，即生物膜内侧无泡曝气生物膜系统，实现高效去除COD，能输氧满足条件的的膜种类繁多，输氧性能有强有弱，所产生的微小原理多种多样，但主要的原理作用不变，即氧的扩散利用、污泥和微藻的相对阻隔，即使是氧扩散能力很差的劣质膜，在另一侧构建MABR系统效果不佳的时候，也可以将多余的溶解氧透过水体输送至污泥区，构造普通的着生生物系统，也能起到一定的作用。而光照方面，晴朗的白天由聚光系统聚光，光线经透镜聚光器15将太阳光这种近平行光缩小范围浓缩至小面积的近平行光，经光纤原理传光器16传送，最终到达透明亮片散光棒17，均匀的从柱曲面发出均匀的日光，而在阴天、晚上、或固定安装方式的其他太阳光角度时，则利用晴朗白天的太阳能发电电力进行灯管发光，维持最佳的光照，使系统不间断的运行。污水经过藻区后在污泥区反应，藻类的载体附着固定根据试验发现不算特别好，存在少量悬浮微藻和脱落的藻膜，但是由下至上则尽量避免了藻的流失，另外即使有流失，反而会在泥区和悬浮的部分污泥形成藻菌共生体，有利于处理。当藻区的除氮磷极佳导致污泥区无最佳碳氮磷比例时，可以适当减少藻区的区段，拆除部分膜分隔片7构造异形非对称的反应器等手段。长期运行后积累的气体、藻泥、污泥可采用人工排放、设电磁阀自动定期排放等方式。

经过污泥区，污水中的氮磷COD等营养物质被去除，水质基本达标，但可能细菌、SS等不满足下游接受水体的要求，这时可以利用适合的终端水质控制系统3如砂滤、紫外等单元进行最后的处理。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种微藻-污泥MABR反应器，其特征在于，包括内透明反应管、膜分隔片、中透明反应管、端板；

所述内透明反应管设置在中透明反应管内，内透明反应管与中透明反应管之间形成反应区；

所述内透明反应管和中透明反应管之间通过膜分隔片进行连接，将反应区分为至少两个反应通道，分别为藻区和污泥区；

所述藻区和污泥区内均设有填料，用于微藻和污泥的初始生物膜附着接种；

所述反应通道的两端由端板密封，各反应通道由两端的端板上连接的管道顺序串联；使得整个反应区由一个进水口和一个出水口串联全部反应通道；

所述每个藻区和污泥区底部分别设有排藻口和排泥口，开口位置设在端板连接的管道上或端板上；

所述每个藻区和污泥区的顶部分别设有排气口，开口位置可设在端板连接的管道上或端板上。

2.根据权利要求1所述微藻-污泥MABR反应器，其特征在于，所述膜分隔片包括特性膜、膜固定结构、膜保护网；所述膜固定结构为类似相框形状的镂空结构；所述膜固定结构的侧边分别与内透明反应管和中透明反应管密封连接；所述特性膜设置在膜固定结构上，并通过膜保护网覆盖固定并保护。

3.根据权利要求1所述微藻-污泥MABR反应器，其特征在于，所述膜分隔片、内透明反应管、中透明反应管上设有相互匹配的密封卡口，膜分隔片通过密封卡口与内透明反应管和中透明反应管密封连接。

4.根据权利要求1所述微藻-污泥MABR反应器，其特征在于，所述藻区的端板的内侧设有光照强度传感器，用于监测藻区的光照强度。

5.根据权利要求1所述微藻-污泥MABR反应器，其特征在于，所述内透明反应管、中透明反应管的轴线倾斜设置，倾斜角为3-5°。

6.根据权利要求2所述微藻-污泥MABR反应器，其特征在于，所述特性膜为溶解氧仪薄膜。

7.根据权利要求1所述微藻-污泥MABR反应器，其特征在于，还包括外支撑管体系，所述外支撑管体系设置在中透明反应管外围，并对其进行固定；所述外支撑管体系包括反射装置，用于反射从中透明反应管透出的光；所述外支撑管体系包括补充光源装置，用于从中透明反应管外围补充光源。

8.一种基于权利要求1-7所述微藻-污泥MABR反应器的自聚光微藻-污泥MABR反应器，其特征在于，包括微藻-污泥MABR反应器和供聚光系统；所述供聚光系统用于向微藻-污泥MABR反应器提供光源。

9.一种基于权利要求1-7所述微藻-污泥MABR反应器的微藻-污泥绿色污水处理系统，其特征在于，包括调节蓄污系统、微藻-污泥MABR反应器、终端水质控制系统、供聚光系统、管道输送系统；所述调节蓄污系统设置在微藻-污泥MABR反应器前端，通过水解酸化将大分子有机物转化为小分子有机物；所述微藻-污泥MABR反应器利用微藻去除氮磷，利用无泡曝气生物膜系统，去除COD，产水进入终端水质控制系统；所述终端水质控制系统用于最终过滤、消毒使得出水达标；所述供聚光系统用于向微藻-污泥MABR反应器提供光源；所述管道输送系统用于系统内污水的流动和控制。

10.根据权利要求8-9所述基于微藻-污泥MABR反应器的微藻-污泥绿色污水处理系统，其特征在于，所述供聚光系统包括太阳能发电控制系统、太阳光聚光系统、电发光系统；

所述太阳光聚光系统包括透镜聚光器、光纤原理传光器、透明亮片散光棒；

所述透镜聚光器用于聚集大范围的太阳光，并转化变成小范围平行光；

所述光纤原理传光器用于将透镜聚光器聚集的光源传递至透明亮片散光棒；

所述透明亮片散光棒置于内透明反应管内，用于将透镜聚光器聚集的光在内透明反应管内散射；

所述太阳能发电控制系统用于太阳能发电储电、读取微藻-污泥MABR反应器内光照强度传感器即监测反应区内光照强度、控制灯管发光强度；

所述电发光系统包括灯管，由太阳能发电控制系统控制，当太阳能发电控制系统监测到微藻-污泥MABR反应器内光照强度低于设定区间，则调整电发光系统发光和或发光档位，当太阳能发电控制系统监测到微藻-污泥MABR反应器内光照强度高于设定区间，则调整电发光系统关闭和或发光档位，当太阳能发电控制系统监测到微藻-污泥MABR反应器内电发光系统关闭，且光照强度依旧高于合适区间时，则报警提示运行管理人员减少聚光系统的聚光，如此使反应器内的光照强度始终处于设定范围内。

11.根据权利要求10所述基于微藻-污泥MABR反应器的微藻-污泥绿色污水处理系统，其特征在于，所述透明亮片散光棒的棒体材质为透明材质且末端面涂有银色反光涂料，所述透明亮片散光棒的棒体内设有小反光片，用于将透明材料内的光线反射，改变大的折射角，避免了全反射，将光线均匀的沿透明亮片散光棒柱曲面发出。

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