CN113754193A - 一种模块化微生物载体固化mbr自养脱氮反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模块化微生物载体固化MBR自养脱氮反应器，包括依次连接的厌氧模块、第一缺氧模块、除磷模块、好氧模块和第二缺氧模块，厌氧模块、第一缺氧模块、好氧模块和第二缺氧模块内的中下部均设有微生物填料载体，且微生物填料载体的上方和下方均设有柔性和刚性双层过滤层；第一缺氧模块、好氧模块和第二缺氧模块内的微生物填料载体的上方均设有膜装置，用于拦截从双层过滤层流失的少量微生物和污泥，同时进行生化处理；除磷模块包括前段部分和后段部分，前段部分的顶部设有加料口，前段部分设有排磷口，用于连通前段部分与后段部分；后段部分的中下部设有汇集过滤装置，汇集过滤装置连接排磷管，用于过滤并排出磷沉淀物。

Description

一种模块化微生物载体固化MBR自养脱氮反应器

技术领域

本发明属于污水处理装置技术领域，具体涉及一种模块化微生物载体固化MBR自养脱氮反应器。

背景技术

生化处理是一种重要的污水处理方法，利用生化厌氧和好氧污泥将污水中的污染物进行降解和去除，实现污水的达标净化处理。随着国家相关政策的要求和标准的提升，污水处理过程中总氮的稳定达标处理，目前已经成为影响污水处理行业发展的瓶颈问题。

目前，污水在生化处理的过程中往往需要向处理的污水中投加大量的葡萄糖、乙酸钠、淀粉等碳源，造成污水处理成本大大增加，要是叠加投加碳源的种类或数量控制不当的影响，会造成残余的有机碳源二次污染的隐患问题；同时还要加大污水生化好氧处理后的硝化液回流比，来实现污水的反硝化处理来降低污水中总氮含量，造成污水处理过程中回流量的增加，使得污水实际处理量和处理效率大大降低；另外，生化处理的污泥会随同处理的污水生长并随同水体流出，为防止生化污泥流失并使水体清澈，往往需要后继增加污泥沉淀处理环节，并对沉淀的剩余污泥进行处理，造成污水处理流程和环节增加，同时污泥作为固废，其处理通常成本高昂且需具备处理资质，造成污水处理成本大大增加；并且沉淀处理后流出的清水往往水体中仍含有固体悬浮物，造成水体难以达标，往往需要后继进行砂滤或多介质进行过滤处理，使得污水处理的流程和环节进一步增加，污水处理成本进一步增加；另外污水在生化处理时，往往存在生化污泥和处理菌种易随水流流失的现象，污水处理效果持续性难以保证。

因此，开发出一种脱氮反应器，解决上述问题，就显得尤为重要。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种模块化微生物载体固化MBR自养脱氮反应器，包括依次连接的厌氧模块、第一缺氧模块、除磷模块、好氧模块和第二缺氧模块，所述厌氧模块、第一缺氧模块、好氧模块和第二缺氧模块内的中下部均设有微生物填料载体，且所述微生物填料载体的上方和下方均设有柔性和刚性双层过滤层；

所述第一缺氧模块、好氧模块和第二缺氧模块内的微生物填料载体的上方均设有膜装置，用于拦截从双层过滤层流失的少量微生物和污泥，同时进行生化处理；

所述除磷模块包括前段部分和后段部分，前段部分的顶部设有加料口，用于投加捕捉剂，前段部分设有排磷口，用于连通前段部分与后段部分；所述后段部分的中下部设有汇集过滤装置，汇集过滤装置连接排磷管，用于过滤并排出磷沉淀物。

本发明所述的反应器将污水处理进行模块化集成设计，依次对污水进行厌氧处理、缺氧处理、除磷处理、好氧处理等，实现污水的深度处理，实现污水处理的一站式集约化服务，使整个反应器通用性更强，减少了占地面积，节省了现场建造和安装时间，便于快速推广和应用；在好氧模块之后设置第二缺氧模块，将好氧处理后的硝化液排入第二缺氧模块进行反硝化处理来降低污水中总氮含量，避免了硝化液回流至第一缺氧模块，变向增大所述反应器的整体处理能力；通过厌氧模块、第一缺氧模块、好氧模块和第二缺氧模块内微生物填料载体的双层过滤层，既可保证固化微生物的填料载体保持一定的活动空间，与污水中污染物能够充分接触，从而提高处理效果，同时又可有效防止载体和微生物流失，提高污水处理效率；所述膜装置设在填料上方，膜装置与微生物填料共同作用，实现对污水的联动、分级和梯度处理，大大提高污水生化处理效率和污水处理效果。

可选的，所述厌氧模块的中下部设有第一微生物填料载体，用于处理污水的厌氧微生物固化在填料载体上。

可选的，所述第一微生物填料载体为碳化硅烧结料，所述第一微生物填料载体为颗粒状，粒径大小为0.5-10cm。

可选的，所述第一微生物填料载体的上方由下至上依次设有柔性过滤层和刚性过滤层，第一微生物填料载体的下方由上至下依次设有柔性过滤层和刚性过滤层；两层柔性过滤层的外侧设有刚性过滤层，刚性过滤层的孔径小于柔性过滤层的孔径。

可选的，所述第一缺氧模块的中下部设有第二微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层，结构与厌氧模块的第一微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层相同，只是固载的微生物为筛选并驯化的缺氧微生物，具体为异养型微生物菌种，需要污水中的有机污染物作为电子供体，为异养型微生物菌种提供外部电子，实现碳自养，无需另加碳源，同时处理污水中的COD和进行反硝化作用。

可选的，所述第一缺氧模块的第二微生物填料载体上方的刚性过滤层的上方设有第一膜装置，所述第一膜装置包括支撑架及支撑架上竖直排列的若干个膜组件，所述膜组件包括膜主轴、缠绕丝和膜带，所述膜主轴竖直放置，缠绕丝贯穿膜带，缠绕丝以膜主轴为中心、围绕膜主轴螺旋缠绕。

进一步可选的，所述膜带的材质选自PVDF、ABS、PTFE、PVC中的一种，所述缠绕丝穿入膜带，缠绕丝以膜主轴为中心轴沿轴向四周辐射、围绕膜主轴呈双螺旋状缠绕，使得膜带牢固地缠绕在膜主轴上，且由于缠绕丝在膜带内部起支撑作用，使得膜带覆盖膜主轴与缠绕丝之间的空间，增加了膜带的表面积。

本发明所述第一膜装置的构造，能够可强化膜组件与水流流体间的剪切作用，增强水流在膜表面的湍动，强化对流传质效果，有效提高第一膜装置的处理通量，并避免第一膜装置的污堵，延长第一膜装置的清洗周期。同时，第二微生物填料载体流失的少量微生物或活性污泥，能够被第一膜装置有效截留，并附着在第一膜装置上，使得第一膜装置同时发挥生化处理的作用，因此，第一膜装置和第二微生物填料实现对污水的联动、分级和梯度处理，提高污水生化处理效率和效果。

所述除磷模块的前段部分的高度高于后段部分；前段部分的下部设有排磷口，用于将前段部分的下部与后段部分的上部连通；所述前段部分设有搅拌装置，所述搅拌装置的搅拌主轴的中上部设有搅拌桨，用于搅拌并促进捕捉剂与污水中磷的接触；搅拌主轴的下部设有刮磷板，用于推动前段部分下部的磷沉淀物通过排磷口进入后段部分；所述刮磷板的转速小于搅拌桨的转速。

所述搅拌装置的变频电机处于水面上方，搅拌主轴分为上下两部分，上部分设有搅拌桨，下部分设有刮磷板，上部分与下部分的连接处设有减速装置，用于降低下部分的转速，所述减速装置采用市场上能实现减速的装置即可，例如减速齿轮，通过不同大小和齿距的齿轮相互配合，降低下部分的转速，从而降低刮磷板的转速。

可选的，所述后段部分的上部设有布水管，布水管上均匀分布若干个出水口，用于向所述汇集过滤装置均匀喷撒磷沉淀物和污水；布水管的两端分别为进水端和出水端，进水端可拆卸连接排磷口，出水端设有第一控制阀，出水端用于冲洗布水管时排水和磷沉淀物。

所述排磷管的底部伸出后段部分，并连接相关的处理装置。可选的，所述排磷管上设有排磷控制阀和排放泵，排磷控制阀的开度可调节。

本发明为了提高污水除磷效果和除磷后污水的澄清程度，设计了分段式除磷模块。传统的上下或左右一体式除磷装置，先通过化学反应或吸附作用形成磷沉淀物，再利用动力设备输入至过滤装置，分别得到磷沉淀物和污水，但污水中通常会残留含磷的絮状不溶物，除磷效果不理想。本发明所述的除磷模块的前段部分在搅拌主轴上设计了上下不同位置的搅拌桨和刮磷板，利用自身的重力或粒径评判磷沉淀物是否充分成长，提高了捕捉剂的利用率；待磷沉淀物充分成长后再进行过滤，可有效提高过滤效果，提高过滤后污水的澄清程度。

本发明的除磷模块还可以对捕捉剂再生循环利用，可选的，所述前段部分的上方设置循环利用装置，所述循环利用装置包括管道混合器和液碱罐，管道混合器的进口通过管道并联液碱罐和所述出水管，管道混合器的出口通过管道连接前段部分；液碱罐储存碱液，并将碱液输入管道混合器，所述反应器处理后的水体输入管道混合器，用于调节碱液的浓度。

所述好氧模块的中下部设有第三微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层，结构与厌氧模块的第一微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层相同，只是固载的微生物为筛选并驯化的好氧微生物。

所述第三微生物填料载体的上方设有第二膜装置，第二膜装置的结构与第一膜装置相同。

所述第二缺氧模块的中下部设有第四微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层，结构与厌氧模块的第一微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层相同，只是固载的微生物为筛选并驯化的自养型缺氧微生物。

可选的，所述第四微生物填料载体为复合填料，包括含硫填料和所述碳化硅烧结料，含硫填料选自硫铁矿、硫代硫酸钠、单质硫中的一种或两种以上的组合。

所述第四微生物填料载体的上方设有第三膜装置，第三膜装置包括若干个竖直排列的毛细管式MBR膜，膜直径为1-10mm。

可选的，所述第三膜装置和第四微生物填料载体对应的第二缺氧模块的四周内壁上分别均匀设有超声发生器，超声发生器频率可调节。

本发明所述的反应器无污泥排放，在除磷模块之外的几个模块内，通过微生物填料载体、柔性和刚性过滤层和膜装置的设置，首先微生物通过填料载体固化后，在污水处理过程中少流失无衰减耐冲击，保证污水处理的稳定运行、处理效率和持续性；然后，少量流失的微生物和污泥被双层过滤层截留，既使填料载体具有一定的活动空间，与污水充分接触，又防止填料载体流失；最后，膜装置在填料载体上方，与填料载体共同作用，实现对污水的联动、分级和梯度处理，同时再次截留流失的少量微生物和污泥，大大提高污水生化处理效率和污水处理效果。

附图说明

图1为所述的反应器的整体结构示意图；

图2为所述的反应器的俯视图；

图3为第一膜装置的结构图；

图4为除磷模块的结构图；

图5为循环利用装置的结构图。

附图中，1-厌氧模块，101-折流板，102-第一微生物填料载体，103-柔性过滤层，104-刚性过滤层，2-第一缺氧模块，201-第二微生物填料载体，3-除磷模块，4-好氧模块，401-第三微生物填料载体，402-第二膜装置，5-第二缺氧模块，501-第四微生物填料载体，502-第三膜装置，503-超声发生器，504-机械格栅，6-第一膜装置，601-支撑架，602-膜主轴，603-缠绕丝，604-膜带，7-前段部分，701-加料口，702-排磷口，8-后段部分，801-排磷管，9-汇集过滤装置，10-搅拌装置，1001-搅拌主轴，1002-搅拌桨，1003-刮磷板，11-循环利用装置，1101-管道混合器，1102-液碱罐，12-布水管，。

具体实施方式

本实施例所述的模块化微生物载体固化MBR自养脱氮反应器，如图1所示，包括依次连接的厌氧模块1、第一缺氧模块2、除磷模块3、好氧模块4和第二缺氧模块5，所述厌氧模块1、第一缺氧模块2、好氧模块4和第二缺氧模块5内的中下部均设有微生物填料载体，且所述微生物填料载体的上方和下方均设有柔性和刚性双层过滤层；

所述第一缺氧模块2、好氧模块4和第二缺氧模块5内的微生物填料载体的上方均设有膜装置，用于拦截从双层过滤层流失的少量微生物和污泥，同时进行生化处理；

所述除磷模块3包括前段部分7和后段部分8，前段部分7的顶部设有加料口701，用于投加捕捉剂，前段部分设有排磷口702，用于连通前段部分与后段部分；所述后段部分的中下部设有汇集过滤装置9，汇集过滤装置9连接排磷管801，用于过滤并排出磷沉淀物。

可选的，所述反应器的进水管设在厌氧模块1的下部，出水管设在第二缺氧模块5的上部，优选的，所述进水管设在厌氧模块1底部一端的拐角处，出水管设在第二缺氧模块5顶部与进水管形成对角的一端的拐角处。

可选的，所述厌氧模块1的内部设有若干块交错布置的折流板101，所述折流板101垂直于水流方向，且顶端和底端分别与厌氧模块1的顶部和底部固定连接；每块折流板101的一端与厌氧模块1内壁固定连接，另一端与对面的厌氧模块内壁之间留有开口，每块折流板101的开口交错布置，使得污水在折流板形101成的引流通道内折向往返流动，保证污水与载体固化微生物更加充分接触。

可选的，所述厌氧模块1的中下部设有第一微生物填料载体102，用于处理污水的厌氧微生物固化在填料载体上。

可选的，所述第一微生物填料载体102为碳化硅烧结料，其表面及内部分布有贯通气孔和半贯通气孔，气孔内固结有针对污水污染物筛选并驯化的厌氧微生物菌种；优选的，所述第一微生物填料载体102为颗粒状，粒径大小为0.5-10cm。所述第一微生物填料载体102的整体厚度根据实际污水中污染物浓度和降解难度而灵活设置。

可选的，所述第一微生物填料载体102的上方由下至上依次设有柔性过滤层103和刚性过滤层104，第一微生物填料载体102的下方由上至下依次设有柔性过滤层103和刚性过滤层104，即所述第一微生物填料载体102的上方和下方均首先接触柔性过滤层103，并由柔性过滤层103支撑固定，使得微生物填料载体在上下两层柔性过滤层103之间保持一定的活动空间，随着污水水流扰动而运动，与污水中污染物能够充分接触；两层柔性过滤层103的外侧设有刚性过滤层104，刚性过滤层104的孔径小于柔性过滤层103的孔径，刚性过滤层104控制微生物填料载体的整体运动范围，防止填料载体和微生物流失。

进一步可选的，所述柔性过滤层103为呈柔性过滤网状，材质选自聚酰胺、聚甲醛、聚十二内酰胺、聚四氟乙烯中的一种；刚性过滤层104为刚性过滤网状，材质选自304不锈钢、316不锈钢、HDPE、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种。

可选的，所述第一缺氧模块2的中下部设有第二微生物填料载体201、柔性过滤层和刚性过滤层，结构与厌氧模块1的第一微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层相同，只是固载的微生物为筛选并驯化的缺氧微生物，具体为异养型微生物菌种，需要污水中的有机污染物作为电子供体，为异养型微生物菌种提供外部电子，实现碳自养，无需另加碳源，同时处理污水中的COD和进行反硝化作用。

可选的，所述第一缺氧模块2的第二微生物填料载体201上方的刚性过滤层的上方设有第一膜装置6，所述第一膜装置6包括支撑架601及支撑架上竖直排列的若干个膜组件，所述膜组件包括膜主轴602、缠绕丝603和膜带604，所述膜主轴602竖直放置，缠绕丝603贯穿膜带604，缠绕丝603以膜主轴602为中心、围绕膜主轴602螺旋缠绕。

进一步可选的，所述支撑架601至少包括上下两根横杆，膜组件的顶部可拆卸连接上横杆，底部可拆卸连接下横杆，便于更换清洗膜组件。优选的，若干个膜组件紧密均匀地排布在支撑架601上，并且所述第一膜装置6覆盖第一缺氧模块2的整个横截面，使得经过第二微生物填料载体201处理的污水只能经过第一膜装置6之后，才能排出第一缺氧模块2。

进一步可选的，所述膜带604的材质选自PVDF、ABS、PTFE、PVC中的一种，所述缠绕丝603穿入膜带604，缠绕丝603以膜主轴602为中心轴沿轴向四周辐射、围绕膜主轴602呈双螺旋状缠绕，使得膜带604牢固地缠绕在膜主轴602上，且由于缠绕丝603在膜带604内部起支撑作用，使得膜带604覆盖膜主轴与缠绕丝之间的空间，增加了膜带604的表面积。

可选的，所述第二微生物填料载体201的下方设有曝气装置，用于向第一缺氧模块2内部提供适宜量的氧气，保证缺氧环境。

可选的，所述第一缺氧模块2的第一进水口设在第一缺氧模块2底部一端的拐角处，第一出水口设在第一缺氧模块2顶部与第一进水口形成对角的一端的拐角处，使得污水流经第一缺氧模块2的绝大部分区域，提升处理效果。污水由第一出水口溢流至除磷模块3。

所述除磷模块3的前段部分7的高度高于后段部分8；前段部分7的下部设有排磷口702，用于将前段部分的下部与后段部分的上部连通，优选的，排磷口702处设有第二控制阀；所述前段部分7设有搅拌装置10，所述搅拌装置的搅拌主轴1001的中上部设有搅拌桨1002，用于搅拌并促进捕捉剂与污水中磷的接触；搅拌主轴的下部设有刮磷板1003，用于推动前段部分下部的磷沉淀物通过排磷口702进入后段部分；所述刮磷板1003的转速小于搅拌桨1002的转速。

所述搅拌装置10的变频电机处于水面上方，搅拌主轴1001分为上下两部分，上部分设有搅拌桨1002，下部分设有刮磷板1003，上部分与下部分的连接处设有减速装置，用于降低下部分的转速，所述减速装置采用市场上能实现减速的装置即可，例如减速齿轮，通过不同大小和齿距的齿轮相互配合，降低下部分的转速，从而降低刮磷板1003的转速。

任选的，除磷模块3中也可以设置两个搅拌装置，两个搅拌装置的电机均处于水面上方，第一搅拌装置的搅拌轴的中上部设有搅拌桨，用于搅拌并促进捕捉剂与污水中磷的接触；第二搅拌装置的搅拌轴的中下部设有刮磷板，用于推动前段部分7下部的磷沉淀物通过排磷口进入后段部分8；第二搅拌装置的转速小于第一搅拌装置的转速，优选的，第一搅拌装置的搅拌轴的长度小于第二搅拌装置的搅拌轴的长度。

可选的，所述后段部分8的上部设有布水管12，布水管12上均匀分布若干个出水口，用于向所述汇集过滤装置9均匀喷撒磷沉淀物和污水；布水管12的两端分别为进水端和出水端，进水端可拆卸连接排磷口702，出水端设有第一控制阀，出水端用于冲洗布水管12时排水和磷沉淀物。

优选的，所述布水管12为螺旋形或并联的并排设置的若干根支管的形式，出水口设在布水管12的下表面。

优选的，所述搅拌装置10具有气动搅拌功能，即搅拌主轴1001为中空的，且中上部设有通气孔，搅拌主轴1001的上部接通供气装置，用于向搅拌主轴1001内部供应压缩空气，再通过通气孔排入前段部分7内的中上部，利用带压空气充分搅动污水，促进污水中的磷与捕捉剂接触。

所述捕捉剂选自过氧化苯甲酰、聚苯乙烯、聚合硫酸铁、硫酸铜、活性炭、硅藻土、活性白土、苯磺酸钙、聚丙烯酰胺、丙烯酸铁中的一种或两种以上的组合。

优选的，所述搅拌主轴1001的底部沿周向均匀设有若干个刮磷板1003，刮磷板1003与排磷口702在同一水平高度，且均处于前段部分7的底部；排磷口702设在与所述第一出水口相对的前段部分7壁面的底部。

使用时，经过第一缺氧模块2处理后的污水由第一出水口输入除磷模块3的前段部分7，与加料口701投加的捕捉剂相遇，在前段部分7的中上部充分接触反应、吸附，形成磷沉淀物，所述搅拌主轴1001中上部的搅拌桨1002和通气孔促进污水与捕捉剂充分接触；当磷沉淀物粒径较大或自重较大时，会沉降到前段部分7的下部，越靠近前段部分7的底部，磷沉淀物的粒径或自重越大，说明越是成熟的磷沉淀物，打开第二控制阀，磷沉淀物排入后段部分8进行分离，而粒径或自重还不足够大的磷沉淀物会在刮磷板1003、搅拌桨1002和通气孔的搅动作用下，重新返回前段部分7的中上部，进行充分的反应、吸附；刮磷板1003的转速小于搅拌桨1002的转速，使得前段部分7的下部的磷沉淀物的搅动程度降低，避免大颗粒磷沉淀物被过度搅动而扬起返回前段部分的上部，使得刮磷板1003只发挥将成熟的磷沉淀物扫入排磷口702。可见，本发明所述的除磷模块3能够对污水中的含磷污染物进行充分沉淀和去除，大大提高除磷效果。

任选的，所述汇集过滤装置9包括至少两块汇集过滤板，两块汇集过滤板分别在后段部分8两个相对的侧壁上倾斜设置，汇集过滤板的顶部固定在侧壁上，底部连接排磷管801的顶部开口；两块汇集过滤板的底部相互靠近，形成相对于侧壁的倾斜角度，该倾斜角度优选为45-75°。

任选的，所述汇集过滤装置9为漏斗形，口径较大的一端向上，并固定在后段部分8的侧壁上，口径较小的一端向下，并连接排磷管801的顶部开口。

所述排磷管801的底部伸出后段部分8，并连接相关的处理装置。可选的，所述排磷管801上设有排磷控制阀和排放泵，排磷控制阀的开度可调节。

所述后段部分8的底部设有第二出水口，将经过过滤的污水排入好氧模块4。

实际运行时，所述成熟的磷沉淀物的粒径为10-50mm，一般磷沉淀物成长到10mm，就开始向下沉淀了，并继续成长；成长到20-30mm的磷沉淀物很难被搅拌桨搅动了，基本上在靠近底部的位置沉积；成长到40-50mm的磷沉淀物，绝大部分在底部沉积，等待刮磷板推动排入后段部分。也有部分磷沉淀物相互间沉积或堆积，形成表观上的较大颗粒物，例如整体上看是层状或片状或其它不规则形状的，在刮磷板的作用下，颗粒不会太大而阻塞排磷口。

使用时，前段部分7形成的成熟的磷沉淀物连同污水通过排磷口702和布水管12输入后段部分8，均匀喷撒在汇集过滤装置9上，保持后段部分8的液面低于汇集过滤装置9的最低处，磷沉淀物和污水通过汇集过滤装置9过滤，磷沉淀物被汇集过滤装置9过滤拦截，并汇聚到排磷管801，最终排出除磷模块3；污水经过过滤后，流到汇集过滤装置9的下方，由第二出水口输入到好氧模块4。

本发明考虑到布水管12和汇集过滤装置9的清洗问题，可选的，所述布水管12的进水端设有第一三通阀，用于连接所述出水管，将所述反应器处理后水体通过第一三通阀输入布水管12，用于冲洗布水管12，此时布水管12的出水端的第一控制阀打开，允许布水管12内的冲洗水和堵塞的磷沉淀物从出水端和布水管12的出水口排出，达到清洗布水管12的目的。

可选的，所述第二出水口设有第二三通阀，用于连接所述出水管，将所述反应器处理后水体通过第二三通阀和第二出水口输入后段部分8，此时拆除布水管12，后段部分8内的水位不断上升，并反向冲洗汇集过滤装置9，当水位上升到排磷口702时，打开第二控制阀，磷沉淀物和冲洗水反灌入前段部分7。

本发明的除磷模块还可以对捕捉剂再生循环利用，可选的，所述前段部分7的上方设置循环利用装置11，所述循环利用装置11包括管道混合器1101和液碱罐1102，管道混合器1101的进口通过管道并联液碱罐1102和所述出水管，管道混合器1101的出口通过管道连接前段部分7；液碱罐1102储存碱液，并将碱液输入管道混合器1101，所述反应器处理后的水体输入管道混合器1101，用于调节碱液的浓度，优选的，用于连接液碱罐1102和出水管的管道上均设有流量计、调节阀和配水泵。

可选的，所述管道混合器1101的出口连接前段部分7的底部，使得碱液与前段部分底部的捕捉剂和凝聚的磷沉淀物均接触。

可选的，所述前段部分7安装有pH计，用于实时监测前段部分7的pH值，控制再生循环过程；所述碱液为氢氧化钾和/或氢氧化钠溶液。

当捕捉剂需要再生时，关闭排磷口702的第二控制阀，将捕捉剂控制在前段部分7内，关闭所述第一出水口和加料口701，开启所述循环利用装置11，碱液和所述反应器处理后的水体在管道混合器1101内混合并调节到合适的pH值后，输入前段部分7，所述搅拌装置10继续工作，所述搅拌桨1002和刮磷板1003不断转动，通气孔继续曝气，促进捕捉剂与碱液充分接触，所述pH计实时监测前段部分7的pH值，保证再生效果。上述再生过程也可以在后段部分8的汇集过滤装置9冲洗之后进行，后段部分8的磷沉淀物返回前段部分7，关闭第二控制阀，统一在前段部分7内进行再生。

所述好氧模块4的中下部设有第三微生物填料载体401、柔性过滤层和刚性过滤层，结构与厌氧模块1的第一微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层相同，只是固载的微生物为筛选并驯化的好氧微生物。所述第二出水口连通好氧模块4的底部，用于将除磷模块3处理后的污水输入好氧模块4；好氧模块4的顶部设有第三出水口，通过溢流将好氧模块4处理后的污水输入第二缺氧模块5。

所述第三微生物填料载体401的上方设有第二膜装置402，第二膜装置402的结构与第一膜装置6相同。

可选的，所述第三微生物填料载体401的下方设有均匀分布的曝气管，曝气管与外部的风机进风管道相连，曝气管表面设有微孔。

所述第二缺氧模块5的中下部设有第四微生物填料载体501、柔性过滤层和刚性过滤层，结构与厌氧模块1的第一微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层相同，只是固载的微生物为筛选并驯化的自养型缺氧微生物。

可选的，所述第四微生物填料载体501为复合填料，包括含硫填料和所述碳化硅烧结料，含硫填料选自硫铁矿、硫代硫酸钠、单质硫中的一种或两种以上的组合。在缺氧条件下，所述复合填料上固化有自养型微生物菌种，填料中的硫作为电子供体，污水中硝态氮(NO₃ ^--N)作为电子受体，实现微生物菌种的反硝化脱氮，无需外加碳源，大大降低了污水反硝化去除总氮的成本。

传统技术中，污水经过好氧池处理后，需要回流一部分至缺氧池进行反硝化脱氮处理，这时出水水质有时难以保证达标。本发明在好氧模块之后设置第二缺氧模块，且第二缺氧模块为硫自养型菌种，既不需要投加碳源，又形成了第一缺氧模块和第二缺氧模块两级自养反硝化，避免了硝化液回流至第一缺氧模块，可进一步加强总氮的去除，提高出水水质质量。同时，第一缺氧模块采用的微生物通过接受污水中的有机物的电子，实现不投加额外碳源；第二缺氧模块采用的自养型微生物菌种，也实现不投加额外碳源；二者形成异养反硝化+自养反硝化的两级反硝化处理模式，整个污水处理反硝化脱氮过程无需外加碳源，并且提高污水反硝化脱氮的效果，提高了污水处理水质。

所述第四微生物填料载体501的上方设有第三膜装置502，第三膜装置502包括若干个竖直排列的毛细管式MBR膜，膜直径为1-10mm。污水经过前面的厌氧、缺氧和除磷处理后，尤其是经过厌氧和缺氧模块的柔性/刚性过滤层与第一膜装置6、第二膜装置402的配合过滤作用，以及除磷模块3对磷沉淀物较为彻底的去除，污水流入第二缺氧模块5内已经较为澄清，主要进行反硝化脱氮，所以本发明的第三膜装置502选用孔径较小的毛细管式MBR膜，对污水自身和从第四微生物填料载体501流失的少部分絮状杂质或小粒径杂质进行拦截。

可选的，所述第三膜装置502和第四微生物填料载体501对应的第二缺氧模块5的四周内壁上分别均匀设有超声发生器503，超声发生器503频率可调节。所述超声发生器503产生的超声波的作用如下：(1)对第三膜装置502防垢和除垢的作用，防止MBR膜堵塞；(2)降解污水中的有机物，净化水体的作用，保证处理后出水水质更佳；(3)萃取复合填料中的硫，从而可对自养反硝化脱氮电子供体进行调节。

可选的，所述第二缺氧模块5的出水管前端设有机械格栅504，所述机械格栅504的栅格孔径小于第四微生物填料载体501外侧的刚性过滤层的孔径，防止固体杂质通过出水管流出所述反应器，这是所述反应器的最后一道过滤屏障。

厌氧模块1、第一缺氧模块2、除磷模块3、好氧模块4和第二缺氧模块5优选为立方体或圆柱形的池体，且优选设置单一菌种和填料载体固化的设计，提高了污水水体中微生物的密度，使得上述环节污水处理过程，微生物只进行各自单一流程生化反应，胶团菌难以形成；填料载体中微生物菌种不会因少量流失而大量减少也不会迅速减少，因为菌种也会繁衍生长，处于动态平衡。各反应池微生物菌种专一，微生物固定不进行移动，无污泥产生，也降低了污泥固废处理的高昂成本，使污水总氮、氨氮、COD等污染物得到高效去除，确保污水处理稳定达标。

实际使用中，待处理的污水由进水管进入所述反应器，在厌氧模块1的第一微生物填料载体102固化的分解大分子有机物的厌氧微生物菌种作用下，降解污水中的有机污染物，提高污水可生化性，厌氧模块1的折流板101可使得污水在有限空间内折向往返流动，提高污水停留时间，保证污水厌氧处理更加充分。

然后，输入第一缺氧池模块2，在第二微生物填料载体201固化的缺氧微生物菌种作用下，深度降解和去除污水中的有机污染物，第一膜装置6可使得流失的缺氧微生物附着在膜表面，提高生化处理负荷，并起到一定的过滤拦截作用，防止缺氧微生物及菌种流失，使膜装置同时具有截留和生化处理的双重作用。

污水经过上述处理，进入到除磷模块3的前段部分7，在捕捉剂作用下，经搅拌装置10的均匀混合，可将污水中磷污染物捕捉并充分成长，成长成熟的磷沉淀物由刮磷板1003输入后段部分8，再充分沉降过滤，彻底去除磷沉淀物，磷沉淀物由排磷管801排出；当捕捉剂需要循环利用时，可利用前段部分7设置的循环利用装置11进行处理。

污水经除磷处理后，输入好氧模块4进行处理，在第三微生物填料载体401固化的分解氨氮的好氧微生物菌种作用下，对污水中污染物进行好氧硝化处理，去除污水中氨氮污染物，第二膜装置402可对污水进行进一步生化和过滤处理，提高污水净化处理效果，同时与其下方的第三微生物填料载体401形成分级和梯度处理，深化了污水生化处理效率，提高了污水的处理效果。

经好氧模块4处理后的污水输入第二缺氧模块5，在第四微生物填料载体501的自养型微生物菌种和其复合填料的作用下对污水进行反硝化处理，进一步去除污水中总氮污染物和有机物，无需回流硝化液，污水有效处理量和处理效率大大提升；同时自养型微生物和该复合填料的设置，避免了碳源的投加。第三膜装置502可对污水进行进一步生化和过滤处理，提高污水净化处理效果，且出水无需沉淀处理，减少了污水处理流程和环节，降低了污水处理成本。

Claims (10)

1.一种模块化微生物载体固化MBR自养脱氮反应器，其特征在于，包括依次连接的厌氧模块、第一缺氧模块、除磷模块、好氧模块和第二缺氧模块，所述厌氧模块、第一缺氧模块、好氧模块和第二缺氧模块内的中下部均设有微生物填料载体，且所述微生物填料载体的上方和下方均设有柔性和刚性双层过滤层；

所述第一缺氧模块、好氧模块和第二缺氧模块内的微生物填料载体的上方均设有膜装置，用于拦截从双层过滤层流失的少量微生物和污泥，同时进行生化处理；

所述除磷模块包括前段部分和后段部分，前段部分的顶部设有加料口，用于投加捕捉剂，前段部分设有排磷口，用于连通前段部分与后段部分；所述后段部分的中下部设有汇集过滤装置，汇集过滤装置连接排磷管，用于过滤并排出磷沉淀物。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述厌氧模块的中下部设有第一微生物填料载体，用于处理污水的厌氧微生物固化在填料载体上；

所述第一微生物填料载体为碳化硅烧结料。

3.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于，所述第一微生物填料载体的上方由下至上依次设有柔性过滤层和刚性过滤层，第一微生物填料载体的下方由上至下依次设有柔性过滤层和刚性过滤层；

两层柔性过滤层的外侧设有刚性过滤层，刚性过滤层的孔径小于柔性过滤层的孔径。

4.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述第一缺氧模块的中下部设有第二微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层，结构与厌氧模块的所述第一微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层相同。

5.根据权利要求4所述的反应器，其特征在于，所述第二微生物填料载体的上方的刚性过滤层的上方设有第一膜装置，所述第一膜装置包括支撑架及支撑架上竖直排列的若干个膜组件，所述膜组件包括膜主轴、缠绕丝和膜带，所述膜主轴竖直放置，缠绕丝贯穿膜带，缠绕丝以膜主轴为中心、围绕膜主轴螺旋缠绕；

所述缠绕丝穿入膜带，缠绕丝以膜主轴为中心轴沿轴向四周辐射、围绕膜主轴呈双螺旋状缠绕，使得膜带牢固地缠绕在膜主轴上，且由于缠绕丝在膜带内部起支撑作用。

6.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述除磷模块的前段部分的高度高于后段部分；前段部分的下部设有排磷口，用于将前段部分的下部与后段部分的上部连通；

所述前段部分设有搅拌装置，所述搅拌装置的搅拌主轴的中上部设有搅拌桨，用于搅拌并促进捕捉剂与污水中磷的接触；搅拌主轴的下部设有刮磷板，用于推动前段部分下部的磷沉淀物通过排磷口进入后段部分；

所述刮磷板的转速小于搅拌桨的转速。

7.根据权利要求6所述的反应器，其特征在于，所述后段部分的上部设有布水管，布水管上均匀分布若干个出水口，布水管的两端分别为进水端和出水端，进水端可拆卸连接排磷口，出水端设有控制阀，用于冲洗布水管时排水和磷沉淀物。

8.根据权利要求7所述的反应器，其特征在于，所述前段部分的上方设置循环利用装置，所述循环利用装置包括管道混合器和液碱罐，管道混合器的进口通过管道并联液碱罐和出水管，管道混合器的出口通过管道连接前段部分；

液碱罐储存碱液，并将碱液输入管道混合器，所述反应器处理后的水体输入管道混合器，用于调节碱液的浓度。

9.根据权利要求5所述的反应器，其特征在于，所述好氧模块的中下部设有第三微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层，结构与厌氧模块的第一微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层相同；

所述第三微生物填料载体的上方设有第二膜装置，第二膜装置的结构与第一膜装置相同。

10.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述第二缺氧模块的中下部设有第四微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层，结构与厌氧模块的第一微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层相同；

所述第四微生物填料载体为复合填料，包括含硫填料和所述碳化硅烧结料，含硫填料选自硫铁矿、硫代硫酸钠、单质硫中的一种或两种以上的组合；

所述第四微生物填料载体的上方设有第三膜装置，第三膜装置包括若干个竖直排列的毛细管式MBR膜；

所述第三膜装置和第四微生物填料载体对应的第二缺氧模块的四周内壁上分别均匀设有超声发生器。

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