CN113428974B - 一种膜生物反应器和一种减缓膜生物反应器膜污染的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种膜生物反应器和一种减缓膜生物反应器膜污染的方法，属于生物反应器领域。为了解决膜生物反应器膜污染的技术问题。本发明提供了一种含有菌丝球‑活性污泥混合液的膜反应器，菌丝球‑活性污泥混合液包括菌丝球和活性污泥，菌丝球‑活性污泥混合液以菌丝球作为附着载体与活性污泥形成颗粒混合液；以及一种减少膜生物反应器膜污染的方法，过程为一是菌丝球作为附着载体，二是菌丝球作为内核促进颗粒形成阶段。在整个运行过程中，菌丝球作为有利于微生物聚集的生物质载体，促进了颗粒的形成，降低了污泥污染物与膜表面之间的相互作用能，从而降低污染物在膜表面的粘附，减少了胞外聚合物产生菌在膜表面的附着生长，最终减缓膜污染。

Description

一种膜生物反应器和一种减缓膜生物反应器膜污染的方法
技术领域
本发明属于膜生物反应器领域，具体涉及一种膜生物反应器和一种减缓膜生物反应器膜污染的方法。
背景技术
膜生物反应器(MBR)处理市政废水和工业废水时对污水的去除效果显著，出水悬浮固体浓度低，并且集剩余污泥产量低和占地面积小的优点于一体，在污水处理行业已经得到了广泛且成熟的应用。但是膜污染问题是急需解决的瓶颈，它严重限制了MBR在水处理中的发展。目前研究都集在对膜生物反应器处理水和废水时进行污染控制中的发展。在膜过滤的操作中，水分子和细小物质不断透过膜，同时一些物质被膜截留而堵塞膜孔或在膜表面沉积，从而造成膜污染。活性污泥混合液体系中存在的营养基质、菌胶团、微生物细胞、细胞碎片、微生物代谢产物例如胞外聚合物以及各种有机、无机溶解性物质等都是膜污染的主要来源。为解决膜污染的问题，专家学者们采取了各种解决措施，如化学药剂控制、纳米材料、细胞包埋、曝气清洗等方法，但效果并不理想，还会影响反应器中的微生物与膜组件的耐久性，并没有为膜污染问题提供一个可持续的解决方案。
发明内容
本发明的目的是为了减少膜生物反应器中污染物在膜表面沉积或堵塞膜孔，解决了膜生物反应器中膜污染的技术问题。
本发明提供了一种膜反应器，所述膜反应器包括膜组件1、微孔曝气管3、进水管5、出水管组成4和反应区11，所述膜组件1安装在完全浸没在反应区11内部，膜组件1上端与出水管4相连，所述进水管5位于反应区11的顶部，所述微孔曝气管3位于反应区11底部，所述膜反应器还包括菌丝球-活性污泥混合液。
进一步限定，所述菌丝球-活性污泥混合液包括菌丝球和活性污泥，所述菌丝球-活性污泥混合液以菌丝球作为附着载体与活性污泥形成颗粒混合液。
进一步限定，所述菌丝球-活性污泥混合液是按照如下方法制备：
(1)制备菌丝球：将真菌孢子接种于菌丝球生长的液体培养基中，并在25-30℃转速150-170r/min的条件下震荡3-4天，即可得到制备好的菌丝球；
(2)驯化活性污泥：选用污水处理厂曝气池的活性污泥作为反应器的种泥，将种泥闷曝3天，完成活性污泥的前期驯化；
(3)将步骤(1)获得的菌丝球与步骤(2)获得的活性污泥进行混合，混合的条件为：以6L/min的曝气量持续进行曝气。
进一步限定，步骤(3)中菌丝球和活性污泥的添加量的关系为：菌丝球的添加量＝菌丝球干重/(1-菌丝球含水率)，菌丝球干重＝活性污泥干重×质量比，活性污泥干重＝活性污泥初始浓度×反应器有效容积V有效，V有效为在反应器中浸没中空纤维膜组件的有效水深所得的体积。
进一步限定，所述菌丝球的来源为真菌。
进一步限定，所述真菌为黑曲霉。
进一步限定，所述膜组件为中空纤维柱状浸入式膜组件、中空纤维帘状浸入式膜组件、平板型帘状浸入式膜组件和板式膜组件中的任意一种。
本发明还提供了一种减缓膜生物反应器膜污染的方法，所述方法是将上述的菌丝球-活性污泥混合液加入到好氧颗粒污泥膜生物反应器中进行反应。
有益效果：本发明利用菌丝球作为生物质载体，促进了好氧颗粒污泥的形成，成功实现了AG-MBR系统的启动，并有效控制膜污染。AG-MBR系统启动期减缓膜污染的过程分为两个阶段：如图2所示，一是菌丝球作为附着载体，二是菌丝球作为内核促进颗粒形成阶段。本发明AG-MBR系统内形成的好氧颗粒污泥主要分为以下四个主要阶段：(1)将菌丝球投入反应器后，其疏松多孔的结构与触手状的菌丝开始大量吸附反应器内各类细菌及微生物。(2)菌丝球逐渐破碎成碎片，各类细菌以微小碎片和菌丝球碳骨架为内核不断粘附、聚集、生长、繁殖。(3)系统丝状菌大量繁殖，EPS含量升高，丝状菌围绕着内核不断缠绕生长，同时丝状菌与菌丝球碳骨架的缝隙间聚集了大量的细菌。(4)EPS与丝状菌粘附在周围，组成中间为褐色污泥团外层为乳白色的小颗粒的结构(乳白色外层较为松散，有孔隙结构和通道，粘性大)，继续富集其他细菌及EPS等黏性物质，形成黄褐色或褐色的颗粒污泥。在整个运行过程中，菌丝球作为有利于微生物聚集的生物质载体，促进了颗粒的形成，降低了污泥污染物与膜表面之间的相互作用能，从而降低污染物在膜表面的粘附，减少了EPS(胞外聚合物)产生菌在膜表面的附着生长，最终减缓膜污染。
附图说明
图1为本发明MBR反应器的结构示意图；其中，1是中空纤维膜组件，2是中空纤维膜，3是微孔曝气管，4是出水管，5是进水管，11的反应区；
图2为好氧颗粒污泥的形成流程图；其中，6是菌丝球碳骨架，7是丝状菌，8是球菌，9是杆菌，10是EPS(胞外聚合物)；
图3为两反应器对COD的去除效能；
图4为两反应器的跨膜压力变化。
具体实施例
菌丝球生长培养基：葡萄糖：20g/L、KH2PO4：1g/L、NH4Cl：1g/L、MgSO4·7H2O：0.5g/L。
污水是来自于污水处理厂得的原水。
活性污泥来自于哈尔滨文昌污水处理厂曝气池的活性污泥。
COD的去除效能计算的方法：COD去除率＝(C1-C2)×100％/C1，C1—进水COD浓度，C2—出水COD浓度。
跨膜压力变化的计算方法：当数显电子真空压力表的安装位置与反应器液位在同一水平面上时，可直接在真空表上读数，跨膜压力值近似等于真空表读数的绝对值，每天读数四次。
实施例1.一种膜反应器
1.制备菌丝球-活性污泥混合液的方法：
(1)制备菌丝球：将真菌孢子接种于菌丝球生长的液体培养基中，并在30℃转速170r/min的条件下震荡3天，即可得到制备好的菌丝球；
(2)驯化活性污泥：选用污水处理厂曝气池的活性污泥作为反应器的种泥，将种泥闷曝3天，完成活性污泥的前期驯化；
(3)将步骤(1)获得的菌丝球与步骤(2)获得的活性污泥进行混合，混合的条件为xx。所述菌丝球和活性污泥的添加量的关系为：菌丝球的添加量＝菌丝球干重/(1-菌丝球含水率)，菌丝球干重＝活性污泥干重×质量比，活性污泥干重＝活性污泥初始浓度×反应器有效容积V有效，V有效为在反应器中浸没中空纤维膜组件的有效水深所得的体积。
2.一种膜反应器如图1所示，所述膜反应器包括膜组件1、微孔曝气管3、进水管5、出水管组成4和反应区11，所述膜组件1安装在完全浸没在反应区11内部，1膜组件上端与出水管4相连，所述进水管5位于反应区11的顶部，所述微孔曝气管3位于反应区11底部，所述膜反应器还包括菌丝球-活性污泥混合液，数个空纤维膜2组成膜组件1。膜组件为中空纤维柱状浸入式膜组件、中空纤维帘状浸入式膜组件、平板型帘状浸入式膜组件和板式膜组件中的任意一种。
实施例2.一种减少好氧颗粒污泥膜生物反应器污染的方法
1.菌丝球的制备：将黑曲霉孢子接种于菌丝球生长的液体培养基中，并在30℃转速170r/min的条件下在摇床中震荡3天，挑选出合适大小的黑曲霉菌丝球并用超纯水清洗，即可得到制备好的菌丝球。
2.反应器活性污泥的前期驯化：选用污水处理厂曝气池的活性污泥作为反应器的种泥，首先将种泥闷曝3天，再将种泥投入到MBR反应器内，检测投加的种泥的初始浓度控制在6000mg/L。
3.反应器的启动方法与菌丝球的投加方式：反应器以连续流的方式运行，设在反应器底部的3微孔曝气管以6L/min的曝气量对整个反应器持续进行曝气，接种种泥的同时投加制备好的菌丝球，并在之后的运行过程中定期投加相同质量比的菌丝球，所述的菌丝球的投加方式为：从向反应器同时投加活性污泥和菌丝球的日期算起，记为第一天，每隔10天向反应器内投加相同质量比的菌丝球，菌丝球的投加量(单次)见式1、式2、式3。进行废水处理，然后在处理过程中进行去除率的统计和跨膜压力的统计。
式1：活性污泥干重＝活性污泥浓度×反应器有效容积V有效，V有效为在反应器中液体覆盖中空纤维膜组件1的体积。
式2：菌丝球干重＝活性污泥干重×质量比，质量比是菌丝球和活性污泥的质量比。
式3：菌丝球投加量(添加菌丝球湿重)＝菌丝球干重/(1-菌丝球含水率)，测菌丝球测湿重后，将菌丝球在放到烘箱里烘干，测一次干重，干重和湿重做一次差值，再除以湿重就是含水率。
污泥干重90g，菌丝球干重9g，质量比10％，将菌丝球在放到烘箱里烘干(烘箱温度105℃，时间120分钟)，计算菌丝球含水率为95％，反应器体积20L，有效容积15L，活性污泥的初始浓度为6000mg/L，计算得到菌丝球湿重为180g。
结果：本实施例中利用菌丝球和MBR系统构建形成的AG-MBR工艺的COD去除率如图3所示，其中R2为改良工艺，在80天的运行过程中，R2的出水浓度稳定在10mg/L，去除率稳定在98.2％。
本实施例中AG-MBR系统改良工艺的跨膜压力变化如图4所示，改良工艺R2进行了两次清洗，且每次清洗后跨膜压力的上升速率均比较缓慢，有效延长了运行周期，减少了清洗次数。
对比例1.
实施例1中均采用相同的水质及处理工艺。与实施例1不同的是，该反应器采用传统的AG-MBR工艺，在反应器的运行过程中只添加活性污泥，不添加菌丝球。
结果：传统AG-MBR工艺处理后的COD去除率如图3所示，其中R1为传统工艺，在80天的运行过程中，R1的出水浓度稳定在10mg/L，去除率稳定在97.3％。
传统AG-MBR工艺处理后的跨膜压力变化如图4所示，传统工艺R1进行了四次清洗，虽然在前35天跨膜压力上升速率较为缓慢，但在后期上升速率急剧上升，且R1每次清洗后跨膜压力的上升速率要高于R2，需要频繁清洗，严重影响了膜组件的耐久性与通透性。
本发明利用菌丝球作为生物质载体，促进了系统内好氧颗粒污泥的形成，成功实现了AG-MBR系统的启动，并有效控制膜污染。AG-MBR系统启动期减缓膜污染的过程分为两个阶段：一是菌丝球作为附着载体，二是菌丝球作为内核促进颗粒形成阶段。在整个运行过程中，菌丝球作为有利于微生物聚集的生物质载体，促进了颗粒的形成，降低了污泥污染物与膜表面之间的相互作用能，从而降低污染物在膜表面的粘附，减少了EPS(胞外聚合物)产生菌在膜表面的附着生长，最终减缓膜污染。

Claims (4)

1.一种减缓膜生物反应器膜污染的方法，其特征在于，所述方法是将菌丝球-活性污泥混合液加入到好氧颗粒污泥膜生物反应器中进行反应，所述到好氧颗粒污泥膜生物反应器包括膜组件（1）、微孔曝气管（3）、进水管（5）、出水管（4）组成和反应区（11），所述膜组件（1）安装在完全浸没在反应区（11）内部，膜组件（1）上端与出水管（4）相连，所述进水管（5）位于反应区（11）的顶部，所述微孔曝气管（3）位于反应区（11）底部，所述菌丝球-活性污泥混合液包括菌丝球和活性污泥，所述菌丝球-活性污泥混合液以菌丝球作为附着载体与活性污泥形成颗粒混合液；
所述菌丝球-活性污泥混合液是按照如下方法制备：
a：制备菌丝球：将真菌孢子接种于菌丝球生长的液体培养基中，并在25-30℃转速150-170r/min的条件下震荡3-4天，即可得到制备好的菌丝球；
b：驯化活性污泥：选用污水处理厂曝气池的活性污泥作为反应器的种泥，将种泥闷曝3天，完成活性污泥的前期驯化；
c：将步骤a获得的菌丝球与步骤b获得的活性污泥进行混合，混合的条件为：以6L/min的曝气量进行曝气；
菌丝球和活性污泥的添加量的关系为：菌丝球的添加量 = 菌丝球干重 /(1-菌丝球含水率)，菌丝球干重 =活性污泥干重×质量比，活性污泥干重=活性污泥初始浓度×反应器有效容积V有效，V有效为在反应器中浸没中空纤维膜组件的有效水深所得的体积。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述菌丝球的来源为真菌。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述真菌为黑曲霉。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜组件为中空纤维柱状浸入式膜组件、中空纤维帘状浸入式膜组件、平板型帘状浸入式膜组件和板式膜组件中的任意一种。
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