CN115784431B - 维持光生物膜系统碳氧平衡的膜供co2污水处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种维持光生物膜系统碳氧平衡的膜供CO₂污水处理方法及装置，属于污水处理技术领域。本发明解决了现有以菌藻生物膜技术为基础的的污水处理技术所存在的微藻氧气产量不足导致的有机物碳化效率低所造成的微藻所需无机碳不足、系统碳氧失衡及氮磷同化效能低的问题。步骤一、挂膜；步骤二、挂膜后，通过进气管路连接曝气装置，曝气装置内的CO₂经进气管路进入膜组件，向反应器主体内曝气；步骤三、驯化；步骤四、稳定运行。通过膜组件供给CO₂，补充不足的无机碳，打破现有技术中碳氧失衡的瓶颈，开拓了一种更为简单有效的污水处理工艺，维持微藻‑细菌系统的碳氧平衡，实现微藻细菌增长的生长平衡，加速营养物质的回收；避免CO₂向大气扩散，降低碳排放。

Description

维持光生物膜系统碳氧平衡的膜供CO2污水处理方法及装置

技术领域

本发明涉及维持光生物膜系统碳氧平衡的膜供CO₂污水处理方法及装置，属于污水处理技术领域。

背景技术

部分生活生产水质水量波动性强、碳氮比失衡，导致其水体的污染严重且持久。而常规的污水处理过程中好氧池造成的大量氧气损失，不但能耗高，还会造成营养元素浪费。

光生物膜反应器具备的光合作用具有对外加氧气需求低、生物膜中微藻资源回收利用效能高、系统碳排放量少的特点。但微藻功能化将依赖于无机碳，尤其是CO₂和HCO₃-形态。

现有的光生物膜反应器中，一般是采用膜曝气或曝气头方式为污水提供额外氧气，而供给O₂的目的是为了氧化有机物形成CO₂供微藻使用。

但当大部分O₂被细菌而非微藻利用时，会导致细菌繁殖过快，造成的菌藻积累比例失衡。并且供给O₂量需要精确，过少的O₂会造成有机物氧化不彻底，CO₂产生量少；过多的O₂会损伤微藻，限制光合作用。

目前的污水处理研究中，也有向污水直接提供CO₂以维持碳氧平衡的方式，但是现有CO₂供给方式均是采用曝气头曝气，效率较低，且这种供给方法会造成大量CO₂损失，CO₂是一种温室气体，大量的损失会加剧碳排放，造成二次污染。

发明内容

本发明是为了解决现有以菌藻生物膜技术为基础的污水处理技术所存在的微藻氧气产量低导致的有机物碳化效率不高所造成的微藻所需无机碳不足、系统碳氧失衡及氮磷同化效能低问题，进而提供了一种维持光生物膜系统碳氧平衡的膜供CO₂污水处理方法及装置。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种维持光生物膜系统碳氧平衡的膜供CO₂污水处理方法，包括如下步骤：

步骤一、挂膜：

光共生体系混合物通过进水泵进入反应器主体内，通过进水流量计控制进水流量恒定，使得反应器容积与进水流量之比为设定的水力停留时间；反应器主体内的膜组件通过管路连接抽吸泵，启动抽吸泵，光共生体系混合物中的水分子通过膜组件，光污泥被截留在微滤膜表面形成光生物膜，挂膜过程中及挂膜完成后，将未形成光生物膜的剩余泥状光共生体系混合物排出，挂膜完成后，排出反应器主体内的水分；

步骤二、曝气：

挂膜后，通过进气管路连接曝气装置，曝气装置内的CO₂经进气管路进入膜组件，通过曝气膜孔向反应器主体内曝气；

步骤三、驯化：

低浓度污水经过进水孔进入反应器主体内，再经由出水孔排出，同时，反应器主体内的低浓度污水经由循环出水口排出，通过循环泵经由循环管路及循环进水口进入反应器主体内循环，实现反应器主体内低浓度污水的动力混合过程，期间观察光生物膜颜色变化，变为绿色时结束驯化；

步骤四、稳定运行：

高浓度污水经过进水孔进入反应器主体内，再经由出水孔排出，同时，反应器主体内的低浓度污水经由循环出水口排出，经由循环管路及循环进水口进入反应器主体内循环，实现反应器主体内低浓度污水的动力混合过程；稳定运行阶段开始后，对连接在出水孔的出水管路定期排气，对反应器主体定期排泥。

一种维持系统碳氧平衡的微孔CO₂供给污水处理方法，包括如下步骤：

步骤一、循环挂膜：

光共生体系混合物通过进水泵进入反应器主体内，保证进水流量恒定，使得反应器主体容积与进水流量之比为设定的水力停留时间，反应器主体内的光共生体系混合物经由循环出水口排出，通过循环泵经由循环管路及循环进水口进入反应器主体内循环；循环一天后，将过量光污泥排出，并补充等量的光共生体系混合物，继续光共生体系混合物在反应器主体内的循环过程，此循环过程循环5～10天，完成循环挂膜；循环挂膜的同时，反应器主体内的膜组件通过进气管路连接曝气装置，曝气装置内的CO₂经进气管路进入膜组件，向反应器主体内曝气；

步骤二、驯化：

低浓度污水经过进水孔进入反应器主体内，再经由出水孔排出，同时，反应器主体内的低浓度污水经由循环出水口排出，通过循环泵经由循环管路及循环进水口进入反应器主体内循环，实现反应器主体内低浓度污水的动力混合过程，期间观察光生物膜颜色变化，变为绿色时结束驯化；

步骤三、稳定运行：

高浓度污水经过进水孔进入反应器主体内，再经由出水孔排出，同时，反应器主体内的低浓度污水经由循环出水口排出，经由循环管路及循环进水口进入反应器主体内循环，实现反应器主体内低浓度污水的动力混合过程；稳定运行阶段开始后，对连接在出水孔的出水管路定期排气，对反应器主体定期排泥。

进一步地，步骤一中所述设定的水力停留时间为4～12h。

进一步地，向反应器主体内曝气过程中，通过减压阀控制气体流量在0.048m³/d

/m²～0.1m³/d/m²之间。

进一步地，驯化步骤及稳定运行步骤中，循环污水的循环流量在1.6m³/d/m²～32m³/d/m²。

进一步地，所述进水孔及所述循环进水口位于低位，出水孔及循环出水口位于高位，且进水孔与出水孔相对开设于膜组件的两侧反应器主体侧壁上，循环进水口与循环出水口相对开设于反应器主体的另外两个侧壁上。

一种上述污水处理方法所采用的污水处理装置，包括反应器主体、外盖、布水板、膜组件、曝气装置、进气管路、进水箱、进水管路、出水箱、出水管路及循环管路，其中外盖盖设在反应器主体上，所述布水板贴设在反应器主体一侧内壁，所述膜组件位于反应器主体内且一端与反应器主体的另一侧内壁固接，所述曝气装置通过进气管路连接至膜组件，且进气管路上设置气体流量计及压力表，所述进水箱通过进水管路连接至反应器主体的进水孔，且进水管路上设置进水泵及进水流量计，所述出水箱通过出水管路连接至反应器主体的出水孔，且出水管路上设置有出水阀门，所述循环管路的一端连接至反应器主体上的循环出水口，另一端连接至反应器主体上的循环进水口，且循环管路上设置有循环泵及循环流量计。

进一步地，膜组件占用体积为反应器主体总体积的1/5～1/10，使得膜填装率为0.1m²/m³～0.5m²/m³。

进一步地，出水管路上外接有排气管路，且所述排气管路上安装有排气装置及排气阀门。

进一步地，反应器主体底部开设有排泥口，所述排泥口连接有排泥管路，所述排泥管路上设置有排泥阀门。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

一、本申请通过膜组件供给CO₂，补充不足的无机碳，打破现有技术中碳氧失衡的瓶颈，开拓了一种更为简单有效的污水处理工艺，维持微藻-细菌系统的碳氧平衡，实现微藻细菌增长的生长平衡，加速营养物质的回收；同时通过膜组件供给CO₂，供给效率可以达到100％，避免CO₂向大气扩散，切断温室气体排放源，降低碳排放，提高复杂废水稳定有效处理及营养元素资源化回收。

本申请中通过循环进水口、循环管路、循环出水口构建了内循环系统，一方面促进系统内部溶液的交替循环，延长污水中污染物在反应器主体内的停留时间，强化传质效果；另一方面均化反应器主体内的CO₂浓度，通过调整循环回流比来保证反应器主体内混合液CO₂浓度处于饱和状态，强化反应器主体内微藻代谢能力，提高出水水质。

同时，本申请通过动力混合过程，加剧反应器主体内紊流状态，加强反应器主体内剪切力，从而加速光生物膜在膜组件上的吸附和生长。此方法代替普通生物滤池内利用曝气产生气泡从而混合溶液，在一定程度上防止挥发性温室气体因曝气而吹脱至大气中。循环次数的设定应与水力停留时间相关，在相应的水力停留时间内，应使循环次数达到40-200次。

附图说明

图1为本申请中污水处理装置的立体示意框图；

图2为本申请的污水处理装置的平面示意框图；

图3为本申请中排气装置与排气阀门及出水阀门之间的电路连接示意图。

图中：

1.反应器主体；1-1.进水孔；1-2出水孔；1-3.循环出水口；1-4.循环进水口；

2.外盖；3.布水板；4.膜组件；5.曝气装置；6.进水箱；7.出水箱；8.气体流量计；9.压力表；10.进水泵；11.进水流量计；12.出水阀门；13.循环泵；14.循环流量计；

15.排气装置；15-1.高液位传感器；15-2.低液位传感器；15-3.PLC控制器；

16.排气阀；17.排泥阀门；18.进气阀门。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～3说明本实施方式，一种维持系统碳氧平衡的微孔CO₂供给污水处理方法，包括如下步骤：

步骤一、挂膜：

光共生体系混合物通过进水泵10进入反应器主体1内，通过进水流量计11控制进水流量恒定，使得反应器容积与进水流量之比为设定的水力停留时间；反应器主体1内的膜组件4通过管路连接抽吸泵，启动抽吸泵，光共生体系混合物中的水分子通过膜组件4，光污泥被截留在微滤膜表面形成光生物膜，挂膜过程中及挂膜完成后，将未形成光生物膜的剩余泥状光共生体系混合物排出，挂膜完成后，排出反应器主体1内的水分；

光共生体系混合物为污泥状，即为泥水混合物。菌藻污泥(光污泥)中微藻的种类可以是一种，也可以是多种混合藻。膜组件4与抽吸泵之间的连接管路可以为单独的管路，也可以为与曝气装置5相连接的进气管路，使用进气管路可降低成本。

反应器主体1内的水分可通过另加设的泵体抽出。未形成光生物膜的剩余泥状光共生体系混合物可通过排泥管路排出。

步骤二、曝气：

挂膜后，通过进气管路连接曝气装置5，曝气装置5内的CO₂经进气管路进入膜组件4，通过曝气膜孔向反应器主体1内曝气；

曝气过程维持至整个水处理过程结束。

曝气过程可以为连续曝气，也可以为间歇曝气。

进气管路上设置进气阀门18。

本申请通过膜组件4供给CO₂，补充不足的无机碳，打破现有技术中碳氧失衡的瓶颈，开拓了一种更为简单有效的污水处理工艺，维持微藻-细菌系统的碳氧平衡，实现微藻细菌增长的生长平衡，加速营养物质的回收；同时通过膜组件4供给CO₂，供给效率可以达到100％，避免CO₂向大气扩散，切断温室气体排放源，降低碳排放，提高废水稳定有效处理及营养元素资源化回收。

步骤三、驯化：

低浓度污水经过进水孔1-1进入反应器主体1内，再经由出水孔1-2排出，同时，反应器主体1内的低浓度污水经由循环出水口1-3排出，通过循环泵13经由循环管路及循环进水口1-4进入反应器主体1内循环，实现反应器主体1内低浓度污水的动力混合过程，期间观察光生物膜颜色变化，变为绿色时结束驯化；

低浓度污水通过进水泵10送入反应器主体1内。本申请中所述的低浓度与高浓度为相对概念，即驯化阶段的污水浓度低于稳定运行阶段的污水浓度。经过驯化阶段，使挂膜更加稳定，同时利于后期污水处理过程的稳定运行。为了更利于后期污水处理过程的稳定运行，驯化阶段的污水浓度可逐渐升高，至稳定运行阶段的污水浓度。通过循环泵13控制循环污水流量。

步骤四、稳定运行：

高浓度污水经过进水孔1-1进入反应器主体1内，再经由出水孔1-2排出，同时，反应器主体1内的低浓度污水经由循环出水口1-3排出，经由循环管路及循环进水口1-4进入反应器主体1内循环，实现反应器主体1内低浓度污水的动力混合过程；稳定运行阶段开始后，对连接在出水孔1-2的出水管路定期排气，对反应器主体1定期排泥。

在运行过程中可以调节各类污染物指标验证反应器主体1的抗冲击能力。

本申请中通过循环进水口1-4、循环管路、循环出水口1-3构建了内循环系统，一方面促进系统内部溶液的交替循环，延长污水中污染物在反应器主体1内的停留时间，强化传质效果；另一方面均化反应器主体1内的CO₂浓度，通过调整循环回流比来保证反应器主体1内混合液CO₂浓度处于饱和状态，强化反应器主体1内微藻代谢能力，提高出水水质。

同时，本申请通过动力混合过程，加剧反应器主体1内紊流状态，加强反应器主体1内剪切力，从而加速光生物膜在膜组件4上的吸附和生长。此方法代替普通生物滤池内利用曝气产生气泡从而混合溶液，在一定程度上防止挥发性温室气体因曝气而吹脱至大气中。循环次数的设定应与水力停留时间相关，在相应的水力停留时间内，应使循环次数达到40-200次。

循环污水流量和曝气量比值在16～667之间。

本申请的污水处理方法，排气周期长，通常为3～5天，排气时间短，通常为0.5～2min，与现有技术相比，有效简化了操作过程。

本申请的工作压力为10-100kpa。

整个稳定运行过程中没有反冲洗过程，当脱落生物膜达到整个反应器体积1/5～1/4时打开排泥阀门17进行排泥，但排出固液混合物时膜组件4不得暴露至空气中。

通过对出水管路定期排气，排除出水管路内的积气，保障出水通畅。

本申请中膜组件4一方面作为CO₂供给载体，将CO₂以肉眼看不见的形式传递到水中，另一方面作为生物生长的载体。

本申请适用水质范围较广，如富营养物质污水、市政污水及工业废水等。

步骤一中所述设定的水力停留时间为4～12h。如此设计，通过本申请直接膜供给二氧化碳，节省了现有技术中氧气氧化有机物的时间，进而与膜供氧气相比，大大减少了水力停留时间。

向反应器主体1内曝气过程中，通过减压阀控制气体流量在0.048m³/d/m²～0.1m³/d/m²之间。如此设计，使得膜组件4表面不能产生肉眼可见的气泡。与现有技术中膜供氧气用于细菌相比较，二氧化碳用于微藻时气体供给量相对减少。

驯化步骤及稳定运行步骤中，循环污水的循环流量在1.6m³/d/m²～32m³/d/m²。

所述进水孔1-1及所述循环进水口1-4位于低位，出水孔1-2及循环出水口1-3位于高位，且进水孔1-1与出水孔1-2相对开设于膜组件4的两侧反应器主体1侧壁上，循环进水口1-4与循环出水口1-3相对开设于反应器主体1的另外两个侧壁上。如此设计，低位设置进水孔1-1能够使进入的废水上升至出水孔1-2过程中克服重力，延长废水到达出水孔1-2的时间，使其延长和光生物膜接触时间。高位设置循环出水口1-3能够将即将溢流出的废水重新泵至低位，使其完成更充分的混合。

具体实施方式二：结合图1～3说明本实施方式，一种维持系统碳氧平衡的微孔CO₂供给污水处理方法，包括如下步骤：

步骤一、循环挂膜：

光共生体系混合物通过进水泵10进入反应器主体1内，保证进水流量恒定，使得反应器主体1容积与进水流量之比为设定的水力停留时间，反应器主体1内的光共生体系混合物经由循环出水口1-3排出，通过循环泵13经由循环管路及循环进水口1-4进入反应器主体1内循环；循环一天后，将过量光污泥排出，并补充等量的光共生体系混合物，继续光共生体系混合物在反应器主体1内的循环过程，此循环过程循环5～10天，完成循环挂膜；循环挂膜的同时，反应器主体1内的膜组件4通过进气管路连接曝气装置5，曝气装置5内的CO₂经进气管路进入膜组件4，向反应器主体1内曝气；光共生体系混合物的循环流速控制在0.4m³/d/m²～1.6m³/d/m²，以减小循环水流对微生物膜的剪切力。

光共生体系混合物为污泥状，即为泥水混合物。未形成光生物膜的剩余泥状光共生体系混合物可通过排泥管路排出。

曝气过程维持至整个水处理过程结束。

曝气过程可以为连续曝气，也可以为间歇曝气。

本申请通过膜组件4供给CO₂，补充不足的无机碳，打破现有技术中碳氧失衡的瓶颈，开拓了一种更为简单有效的污水处理工艺，维持微藻-细菌系统的碳氧平衡，实现微藻细菌增长的生长平衡，加速营养物质的回收；同时通过膜组件4供给CO₂，供给效率可以达到100％，避免CO₂向大气扩散，切断温室气体排放源，降低碳排放，提高难降解复杂有机的去除效率，对波动性复杂废水稳定有效处理及资源化回收。

步骤二、驯化：

低浓度污水经过进水孔1-1进入反应器主体1内，再经由出水孔1-2排出，同时，反应器主体1内的低浓度污水经由循环出水口1-3排出，通过循环泵13经由循环管路及循环进水口1-4进入反应器主体1内循环，实现反应器主体1内低浓度污水的动力混合过程，期间观察光生物膜颜色变化，变为绿色时结束驯化；低浓度污水通过进水泵10送入反应器主体1内。本申请中所述的低浓度与高浓度为相对概念，即驯化阶段的污水浓度低于稳定运行阶段的污水浓度。经过驯化阶段，使挂膜更加稳定，同时利于后期污水处理过程的稳定运行。为了更利于后期污水处理过程的稳定运行，驯化阶段的污水浓度可逐渐升高，至稳定运行阶段的污水浓度。通过循环泵13控制循环污水流量。

步骤三、稳定运行：

高浓度污水经过进水孔1-1进入反应器主体1内，再经由出水孔1-2排出，同时，反应器主体1内的低浓度污水经由循环出水口1-3排出，经由循环管路及循环进水口1-4进入反应器主体1内循环，实现反应器主体1内低浓度污水的动力混合过程；稳定运行阶段开始后，对连接在出水孔1-2的出水管路定期排气，对反应器主体1定期排泥。在运行过程中可以调节各类污染物指标验证反应器主体1的抗冲击能力。

本申请中通过循环进水口1-4、循环管路、循环出水口1-3构建了内循环系统，一方面促进系统内部溶液的交替循环，延长污水中污染物在反应器主体1内的停留时间，强化传质效果；另一方面均化反应器主体1内的CO₂浓度，通过调整循环回流比来保证反应器主体1内混合液CO₂浓度处于饱和状态，强化反应器主体1内微藻代谢能力，提高出水水质。

同时，本申请通过动力混合过程，加剧反应器主体1内紊流状态，加强反应器主体1内剪切力，从而加速光生物膜在膜组件4上的吸附和生长。此方法代替普通生物滤池内利用曝气产生气泡从而混合溶液，在一定程度上防止挥发性温室气体因曝气而吹脱至大气中。循环次数的设定应与水力停留时间相关，在相应的水力停留时间内，应使循环次数达到40～200次。

循环污水流量和曝气量比值在16～667之间。

本申请的污水处理方法，排气周期长，通常为3～5天，排气时间短，通常为0.5～2min，与现有技术相比，有效简化了操作过程。

本申请的工作压力为10-100kpa。

整个稳定运行过程中没有反冲洗过程，当脱落生物膜达到整个反应器体积1/5～1/4时打开排泥阀门17进行排泥，但排出固液混合物时膜组件4不得暴露至空气中。

通过对出水管路定期排气，排除出水管路内的积气，保障出水通畅。

本申请中膜组件4一方面作为CO₂供给载体，将CO₂以肉眼看不见的形式传递到水中，另一方面作为生物生长的载体。

本申请适用水质范围较广，如富营养物质污水、市政污水及工业废水等。

步骤一中所述设定的水力停留时间为4～12h。如此设计，通过本申请直接膜供给二氧化碳，节省了现有技术中氧气氧化有机物的时间，进而与膜供氧气相比，大大减少了水力停留时间。

向反应器主体1内曝气过程中，通过减压阀控制气体流量在0.048m³/d/m²～0.1m³/d/m²之间。如此设计，使得膜组件4表面不能产生肉眼可见的气泡。与现有技术中膜供氧气用于细菌相比较，二氧化碳用于微藻时气体供给量相对减少。

驯化步骤及稳定运行步骤中，循环污水的循环流量在1.6m³/d/m²～32m³/d/m²。

所述进水孔1-1及所述循环进水口1-4位于低位，出水孔1-2及循环出水口1-3位于高位，且进水孔1-1与出水孔1-2相对开设于膜组件4的两侧反应器主体1侧壁上，循环进水口1-4与循环出水口1-3相对开设于反应器主体1的另外两个侧壁上。

具体实施方式三：结合图1～3说明本实施方式，循环挂膜过程中，曝气装置供给气压使得压力表显示压力维持在泡点以下，控制水力停留时间8h，循环流速0.4m³/d/m²。此过程中，每天检测出水水质指标，评估反应器主体的处理效能以及污泥活性。该循环挂膜过程持续约5天，在此过程中，随着水流冲刷，过厚的生物膜脱落，疏松的生物膜趋于致密。其它与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图1～2说明本实施方式，一种上述具体实施方式一、二或三所述污水处理方法所采用的污水处理装置，包括反应器主体1、外盖2、布水板3、膜组件4、曝气装置5、进气管路、进水箱6、进水管路、出水箱7、出水管路及循环管路，其中外盖2盖设在反应器主体1上，所述布水板3贴设在反应器主体1一侧内壁，所述膜组件4位于反应器主体1内且一端与反应器主体1的另一侧内壁固接，所述曝气装置5通过进气管路连接至膜组件4，且进气管路上设置气体流量计8及压力表9，所述进水箱6通过进水管路连接至反应器主体1的进水孔1-1，且进水管路上设置进水泵10及进水流量计11，所述出水箱7通过出水管路连接至反应器主体1的出水孔1-2，且出水管路上设置有出水阀门12，所述循环管路的一端连接至反应器主体1上的循环出水口1-3，另一端连接至反应器主体1上的循环进水口1-4，且循环管路上设置有循环泵13及循环流量计14。如此设计，膜组件进气口与反应器主体的进气口正对布置，且反应器主体与进气管路之间无漏气连接。出水孔通过溢流堰进行排水。

所述膜组件可以为微滤膜组件、超滤膜组件、纳滤膜组件、无孔硅胶膜组件、纳米曝气管或微米曝气管，优选采用微滤膜组件；微滤膜组件是由聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚砜、聚丙烯腈或聚丙烯为膜基材制成的膜组件。

膜组件4占用体积应为反应器主体1总体积的1/5～1/10，使得膜填装率为0.1m²/m³～0.5m²/m³。如此设计，膜组件4不应太厚，避免占用反应器主体1内总体积。

出水管路上外接有排气管路，且所述排气管路上安装有排气装置15及排气阀门16。如此设计，所述排气装置15即一种管路内气体检测装置，其具体结构为透明液位管内设置高液位传感器15-1与低液位传感器15-2，并通过PLC控制器15-3电性连接排气阀门16及出水阀门12，通过排气装置15中的高液位传感器15-1与低液位传感器15-2自动识别出水管路内积气，并定期排气。具体的，排气装置15中液位管内液位，当排气装置15内液位低于低液位传感器15-2时，PLC控制器15-3响应关闭出水阀门12并打开排气阀门16排除管道积气；当排气装置15内液位高于于高液位传感器15-1时，PLC控制器15-3响应关闭排气阀16门，打开出水阀门12。通过排气装置15定期排放管道内积气，保证出水管道水流畅通；间接检测管道内积气情况。

反应器主体1底部开设有排泥口，所述排泥口连接有排泥管路，所述排泥管路上设置有排泥阀门17。如此设计，当需要排泥时打开排泥阀门17即可进行排泥。如：挂膜阶段，未形成光生物膜的剩余泥状光共生体系混合物可通过排泥管路排出；稳定运行阶段，当脱落生物膜达到整个反应器体积1/5～1/4时打开排泥阀门17进行排泥。

具体实施方式五：进水采用高位水箱代替进水泵进水。其它组成与连接关系与具体实施方式三相同，其它污水处理方法与具体实施方式一或二相同。

通过以下试验验证本申请的污水处理方法的效果：

一、挂膜阶段：采用循环挂膜，光共生体系混合物通过进水泵10进入反应器主体1内，期间进水流量由进水流量计控制，曝气装置供给气压使得压力表显示压力维持在泡点以下，控制水力停留时间8h，循环流速0.4m³/d/m²，一个水力停留时间结束后，将过量光污泥排出，并补充等量的光共生体系混合物，继续光共生体系混合物在反应器主体1内的循环过程，此过程中，每天检测出水水质指标，评估反应器主体的处理效能以及污泥活性。该循环挂膜过程持续约5天，在此过程中，随着水流冲刷，过厚的生物膜脱落，疏松的生物膜趋于致密。

二、驯化阶段：低浓度污水即无污泥废水，经过进水孔1-1进入反应器主体1内，再经由出水孔1-2排出，同时，反应器主体1内的低浓度污水经由循环出水口1-3排出，通过循环泵13经由循环管路及循环进水口1-4进入反应器主体1内循环，实现反应器主体1内低浓度污水的动力混合过程，期间观察光生物膜颜色变化，变为绿色时结束驯化。

三、稳定运行阶段：设置无CO₂供给，曝气头CO₂供给(即现有技术中的CO₂供给方式)以及膜CO₂供给(即本申请的CO₂供给方式)。将高浓度污水由进水箱经由进水泵进入进水孔，期间流量由进水流量计控制，污水进入反应器主体。反应器主体内的废水经从循环出水口由循环泵作为动力进入循环进水口，进行动力混合过程。本阶段使用的污水参数及运行效果如下表所示。期间控制水力停留时间为1天，循环流量20mL/min，温度控制24～26摄氏度，反应器主体体积2L。膜CO₂供给反应器效果显著，COD的去除率最高可达95.83％。NH₄ ⁺-N去除率达到87.48％，总氮达到79.21％。叶绿素积累量和菌藻比例分别是无曝气组的29.4倍和26.3倍。

本实验的污水进水、出水质结果如表1所示。

表1

由表1可知，本试验的污水处理方法及装置除污染效果理想，与传统光生物膜工艺相比，本申请的新型膜供CO₂光生物膜反应器污水处理装置强化原有光生物物膜反应器稳定性，又打破碳氧失衡导致的菌藻生长比例失衡，提升营养元素回收效能。

Claims (7)

1.一种维持光生物膜系统碳氧平衡的膜供CO₂污水处理方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、挂膜：

光共生体系混合物通过进水泵（10）进入反应器主体（1）内，通过进水流量计（11）控制进水流量恒定，使得反应器容积与进水流量之比为设定的水力停留时间；反应器主体（1）内的膜组件（4）通过管路连接抽吸泵，启动抽吸泵，光共生体系混合物中的水分子通过膜组件（4），光污泥被截留在微滤膜表面形成光生物膜，挂膜过程中及挂膜完成后，将未形成光生物膜的剩余泥状光共生体系混合物排出，挂膜完成后，排出反应器主体（1）内的水分；

步骤二、曝气：

挂膜后，通过进气管路连接曝气装置（5），曝气装置（5）内的CO₂经进气管路进入膜组件（4），通过曝气膜孔向反应器主体（1）内曝气；

步骤三、驯化：

低浓度污水经过进水孔（1-1）进入反应器主体（1）内，再经由出水孔（1-2）排出，同时，反应器主体（1）内的低浓度污水经由循环出水口（1-3）排出，通过循环泵（13）经由循环管路及循环进水口（1-4）进入反应器主体（1）内循环，实现反应器主体（1）内低浓度污水的动力混合过程，期间观察光生物膜颜色变化，变为绿色时结束驯化；

步骤四、稳定运行：

高浓度污水经过进水孔（1-1）进入反应器主体（1）内，再经由出水孔（1-2）排出，同时，反应器主体（1）内的低浓度污水经由循环出水口（1-3）排出，经由循环管路及循环进水口（1-4）进入反应器主体（1）内循环，实现反应器主体（1）内低浓度污水的动力混合过程；稳定运行阶段开始后，对连接在出水孔（1-2）的出水管路定期排气，对反应器主体（1）定期排泥；

所采用的污水处理装置包括反应器主体（1）、外盖（2）、布水板（3）、膜组件（4）、曝气装置（5）、进气管路、进水箱（6）、进水管路、出水箱（7）、出水管路及循环管路，其中外盖（2）盖设在反应器主体（1）上，所述布水板（3）贴设在反应器主体（1）一侧内壁，所述膜组件（4）位于反应器主体（1）内且一端与反应器主体（1）的另一侧内壁固接，所述曝气装置（5）通过进气管路连接至膜组件（4），且进气管路上设置气体流量计（8）及压力表（9），所述进水箱（6）通过进水管路连接至反应器主体（1）的进水孔（1-1），且进水管路上设置进水泵（10）及进水流量计（11），所述出水箱（7）通过出水管路连接至反应器主体（1）的出水孔（1-2），且出水管路上设置有出水阀门（12），所述循环管路的一端连接至反应器主体（1）上的循环出水口（1-3），另一端连接至反应器主体（1）上的循环进水口（1-4），且循环管路上设置有循环泵（13）及循环流量计（14），出水管路上外接有排气管路，且所述排气管路上安装有排气装置（15）及排气阀门（16），所述排气装置（15）包括透明液位管及设置在透明液位管内的高液位传感器（15-1）与低液位传感器（15-2），所述高液位传感器（15-1）与低液位传感器（15-2）分别通过PLC控制器（15-3）电性连接排气阀门（16）及出水阀门（12）；

所述进水孔（1-1）及所述循环进水口（1-4）位于低位，出水孔（1-2）及循环出水口（1-3）位于高位，且进水孔（1-1）与出水孔（1-2）相对开设于膜组件（4）的两侧反应器主体（1）侧壁上，循环进水口（1-4）与循环出水口（1-3）相对开设于反应器主体（1）的另外两个侧壁上。

2.一种维持光生物膜系统碳氧平衡的膜供CO₂污水处理方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、循环挂膜：

光共生体系混合物通过进水泵（10）进入反应器主体（1）内，保证进水流量恒定，使得反应器主体（1）容积与进水流量之比为设定的水力停留时间，反应器主体（1）内的光共生体系混合物经由循环出水口（1-3）排出，通过循环泵（13）经由循环管路及循环进水口（1-4）进入反应器主体（1）内循环；循环一天后，将过量光污泥排出，并补充等量的光共生体系混合物，继续光共生体系混合物在反应器主体（1）内的循环过程，此循环过程循环5~10天，完成循环挂膜；循环挂膜的同时，反应器主体（1）内的膜组件（4）通过进气管路连接曝气装置（5），曝气装置（5）内的CO₂经进气管路进入膜组件（4），向反应器主体（1）内曝气；

步骤二、驯化：

低浓度污水经过进水孔（1-1）进入反应器主体（1）内，再经由出水孔（1-2）排出，同时，反应器主体（1）内的低浓度污水经由循环出水口（1-3）排出，通过循环泵（13）经由循环管路及循环进水口（1-4）进入反应器主体（1）内循环，实现反应器主体（1）内低浓度污水的动力混合过程，期间观察光生物膜颜色变化，变为绿色时结束驯化；

步骤三、稳定运行：

高浓度污水经过进水孔（1-1）进入反应器主体（1）内，再经由出水孔（1-2）排出，同时，反应器主体（1）内的低浓度污水经由循环出水口（1-3）排出，经由循环管路及循环进水口（1-4）进入反应器主体（1）内循环，实现反应器主体（1）内低浓度污水的动力混合过程；稳定运行阶段开始后，对连接在出水孔（1-2）的出水管路定期排气，对反应器主体（1）定期排泥；

所采用的污水处理装置包括反应器主体（1）、外盖（2）、布水板（3）、膜组件（4）、曝气装置（5）、进气管路、进水箱（6）、进水管路、出水箱（7）、出水管路及循环管路，其中外盖（2）盖设在反应器主体（1）上，所述布水板（3）贴设在反应器主体（1）一侧内壁，所述膜组件（4）位于反应器主体（1）内且一端与反应器主体（1）的另一侧内壁固接，所述曝气装置（5）通过进气管路连接至膜组件（4），且进气管路上设置气体流量计（8）及压力表（9），所述进水箱（6）通过进水管路连接至反应器主体（1）的进水孔（1-1），且进水管路上设置进水泵（10）及进水流量计（11），所述出水箱（7）通过出水管路连接至反应器主体（1）的出水孔（1-2），且出水管路上设置有出水阀门（12），所述循环管路的一端连接至反应器主体（1）上的循环出水口（1-3），另一端连接至反应器主体（1）上的循环进水口（1-4），且循环管路上设置有循环泵（13）及循环流量计（14），出水管路上外接有排气管路，且所述排气管路上安装有排气装置（15）及排气阀门（16），所述排气装置（15）包括透明液位管及设置在透明液位管内的高液位传感器（15-1）与低液位传感器（15-2），所述高液位传感器（15-1）与低液位传感器（15-2）分别通过PLC控制器（15-3）电性连接排气阀门（16）及出水阀门（12）；

所述进水孔（1-1）及所述循环进水口（1-4）位于低位，出水孔（1-2）及循环出水口（1-3）位于高位，且进水孔（1-1）与出水孔（1-2）相对开设于膜组件（4）的两侧反应器主体（1）侧壁上，循环进水口（1-4）与循环出水口（1-3）相对开设于反应器主体（1）的另外两个侧壁上。

3.根据权利要求1或2所述的维持光生物膜系统碳氧平衡的膜供CO₂污水处理方法，其特征在于：步骤一中所述设定的水力停留时间为4~12h。

4.根据权利要求1或2所述的维持光生物膜系统碳氧平衡的膜供CO₂污水处理方法，其特征在于：向反应器主体（1）内曝气过程中，通过减压阀控制气体流量在0.048 m³/d /m²~0.1m³/d /m²之间。

5.根据权利要求1或2所述的维持光生物膜系统碳氧平衡的膜供CO₂污水处理方法，其特征在于：驯化步骤及稳定运行步骤中，循环污水的循环流量在1.6m³/d/m²~32 m³/d/m²。

6.根据权利要求1或2所述的维持光生物膜系统碳氧平衡的膜供CO₂污水处理方法，其特征在于：膜组件（4）占用体积为反应器主体（1）总体积的1/5~1/10，使得膜填装率为0.1 m²/m³~0.5 m²/m³。

7.根据权利要求1或2所述的维持光生物膜系统碳氧平衡的膜供CO₂污水处理方法，其特征在于：反应器主体（1）底部开设有排泥口，所述排泥口连接有排泥管路，所述排泥管路上设置有排泥阀门（17）。

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