一种MABR-MBfR联用的污水处理系统及方法

本发明属于污水处理，涉及一种mabr-mbfr联用的污水处理系统及方法。

背景技术：

1、随着工业化和城市化的快速发展，污水排放量不断增加，对环境造成了严重的污染，同时也对人类健康构成了威胁。国家对污水处理标准的不断提高，使污水处理厂对出水总氮、化学需氧量(cod，chemical oxygen demand)、总磷等排放指标的要求更为严格。传统的污水处理方法，如活性污泥法、氧化沟法和生物滤池等，虽然在一定程度上可以去除污水中的有机污染物和部分氮磷营养物，但在处理效率、处理成本和能源消耗等方面仍存在诸多不足。

2、mabr（membrane aerated biofilm reactor，膜曝气生物膜反应器）和h2-mbfr（hydrogen based-membrane biofilm reactor，氢基质膜生物膜反应器）都是利用膜和生物膜结合的先进废水处理技术。与其他膜技术相比，mabr使用的透膜不作为废水的过滤器，而是用于输送处理废水所需的气体，传递效率可达100%。在mabr中，氧气通过膜表面向生物膜内部传递，污染物则从另一方向由液相进入生物膜内部，电子供体和电子受体的传递是反向的，这种传质方式使得mabr能够更有效地利用氧气。同时，通过控制曝气压力，膜表面形成独特的生物膜分层结构，依次分为好氧层、缺氧层和厌氧层，mabr可以在单一生物膜内实现bod（biochemical oxygen demand，生化需氧量）去除、硝化和反硝化，从而提高了生物膜内部微生物的活性和废水处理效率。h2-mbfr则通过输送氢气，实现硝酸氮（no3--n）和难降解污染物的自养还原，这一过程不需要外加碳源，避免aao工艺中异氧反硝化外加碳源造成的出水二次污染以及成本提高，适用于未达标二级出水和工业废水的深度处理。

3、尽管mabr和mbfr在污水处理中各自展现出独特的优势，但单一技术在实际应用中仍存在一些局限性。如授权公告号为cn109650541b的发明专利，公开了一种基于多级a/o及mabr的污水处理方法，该方法虽然可以处理分散式生活污水，但在高浓度有机污染物和难降解物质的处理上存在一定的困难，并且好氧区仍采用传统曝气方式造成大量能耗。又如授权公告号为cn114790037b的发明专利，公开了一种控制co2添加量的氢基质生物膜反应器联合装置及处理含硝酸盐污水的方法，该方法利用co2供给系统精确添加的co2同时作为氢自养微生物的无机碳源和控制系统ph，使得h2-mbfr在脱氮过程中保持长期高效稳定运行，但只适用于含硝酸盐污水的处理。目前尚未有直接将mabr和mbfr耦合进行污水处理的工艺实施。

技术实现思路

1、基于上述所要解决的技术问题，本发明的目的是提供一种mabr-mbfr联用的污水处理系统及方法。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、本发明提供一种mabr-mbfr联用的污水处理系统，包括供气装置以及串接的缺氧mabr池、好氧mabr池和mbfr池，所述供气装置向所述缺氧mabr池和所述好氧mabr池通入空气或氧气，所述供气装置向所述mbfr池通入氢气；所述缺氧mabr池、所述好氧mabr池和所述mbfr池中均设置至少一套膜组件装置，所述供气装置的出气口位于所述膜组件的内部。

4、优选的，一套所述膜组件装置由至少一个膜组件单元组合而成，膜组件数量根据池容大小调整。

5、优选的，所述膜组件单元是板式膜组件、帘式膜组件和卷式膜组件中的一种。

6、优选的，所述板式膜组件包括微孔透气膜以及设置在所述微孔透气膜外侧的支撑架。

7、优选的，所述微孔透气膜选自聚四氟乙烯膜、聚偏二氟乙烯膜、聚醚砜膜和聚酰胺膜中的一种。

8、优选的，所述微孔透气膜的孔径为0.1μm-3.0μm。

9、优选的，所述系统还包括：依次相连通的粗格栅、提升泵房、细格栅、沉砂池和调节池，所述调节池连通所述缺氧mabr池；所述mbfr池还依次连通二沉池、污泥浓缩池，且所述二沉池分别连通絮凝反应池和缺氧mabr池，所述絮凝反应池还连通紫外消毒池。

10、本发明还提供一种mabr-mbfr联用的污水处理方法，包括：

11、原始污水经过过滤、沉砂处理后进入缺氧mabr池中，以使所述缺氧mabr池脱除大部分cod和部分氨氮，得到缺氧处理污水；

12、所述缺氧处理污水进入好氧mabr池中，以使所述好氧mabr池通过微泡曝气脱除剩余氨氮，得到好氧处理污水；

13、所述好氧处理污水进入mbfr池中，以使所述mbfr池通过无泡曝氢气脱除硝态氮和难降解物质，得到修复污水。

14、优选的，所述缺氧mabr池、所述好氧mabr池和所述mbfr池中的供气压力分别为1-40kpa、1-40kpa和1-25kpa。

15、优选的，所述缺氧mabr池、所述好氧mabr池和所述mbfr池内的水利停留时间分别为1-10h、2-15h和2-15h。

16、本发明具有以下有益效果：

17、（1）本申请中，膜组件装置的设置能够提高气体传递效率，提高气体利用效率；同时还能够在膜组件装置中微孔透气膜的外表面快速挂膜，形成生物膜。与中空纤维膜结构相比，由于支撑架的平板面积较大，因此形成的生物膜能够牢固的挂膜在透气膜外部，不易脱落，且活性高、厚度大、传质效果好，同时提高去除通量，解决现有存在的生物膜挂膜慢易脱落、易膜污染等问题。

18、（2）本申请采用mabr和mbfr联用技术，缺氧mabr池中发生硝化反应，去除部分氨氮，产生大量的硝态氮；同时，处于缺氧状态的异养菌利用进水中的有机物质为电子供体还原硝态氮，实现同步硝化反硝化；污水中的有机物被好氧菌或异养菌共同利用，实现cod的脱除。好氧mabr池能够与污水发生硝化作用，以去除污水中剩余的氨氮。mbfr池通过富集氢自养型反硝化菌脱除缺氧mabr池中产生的硝态氮和以及污水中的难降解物质，无需外加碳源，也无需增加池间消化液内回流，降低处理成本。

19、（3）缺氧mabr池和mbfr池为无泡曝气环境，好氧mabr池为微泡曝气环境。无泡曝气和微泡曝气能够提高气体利用效率，避免传统曝气方式造成大量气体浪费，节约运行成本。

20、（4）本申请中所用氧气和氢气采用电解水制取，所用电能可以依靠太阳能光伏板发电装置获得，所用适用于已建污水处理厂提标改造，实现低碳或无碳污水处理，具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种mabr-mbfr联用的污水处理系统，其特征在于，包括供气装置以及串接的缺氧mabr池、好氧mabr池和mbfr池，所述供气装置向所述缺氧mabr池和所述好氧mabr池通入空气或氧气，所述供气装置向所述mbfr池通入氢气；所述缺氧mabr池、所述好氧mabr池和所述mbfr池中均设置至少一套膜组件装置，所述供气装置的出气口位于所述膜组件的内部。

2.根据权利要求1所述的mabr-mbfr联用的污水处理系统，其特征在于，一套所述膜组件装置由至少一个膜组件单元组合而成，膜组件装置数量根据池容大小调整。

3.根据权利要求2所述的mabr-mbfr联用的污水处理系统，其特征在于，所述膜组件单元是板式膜组件、帘式膜组件和卷式膜组件中的一种。

4.根据权利要求3所述的mabr-mbfr联用的污水处理系统，其特征在于，所述板式膜组件包括微孔透气膜以及设置在所述微孔透气膜外侧的支撑架。

5.根据权利要求4所述的mabr-mbfr联用的污水处理系统，其特征在于，所述微孔透气膜选自聚四氟乙烯膜、聚偏二氟乙烯膜、聚醚砜膜和聚酰胺膜中的一种。

6.根据权利要求4所述的mabr-mbfr联用的污水处理系统，其特征在于，所述微孔透气膜的孔径为0.1μm-3.0μm。

7.根据权利要求1所述的mabr-mbfr联用的污水处理系统，其特征在于，所述系统还包括：依次相连通的粗格栅、提升泵房、细格栅、沉砂池和调节池，所述调节池连通所述缺氧mabr池；所述mbfr池还依次连通二沉池、污泥浓缩池，且所述二沉池分别连通絮凝反应池和缺氧mabr池，所述絮凝反应池还连通紫外消毒池。

8.一种mabr-mbfr联用的污水处理方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要8所述的mabr-mbfr联用的污水处理方法，其特征在于，所述缺氧mabr池、所述好氧mabr池和所述mbfr池中的供气压力分别为1-40kpa、1-40kpa和1-25kpa。

10.根据权利要8所述的mabr-mbfr联用的污水处理方法，其特征在于，所述缺氧mabr池、所述好氧mabr池和所述mbfr池内的水利停留时间分别为1-10h、2-15h和2-15h。

技术总结本申请提供一种MABR‑MBfR联用的污水处理系统及方法，该系统及方法利用MABR的高效同步硝化反硝化、有机物去除能力、MBfR的深度脱氮及难降解物质去除性能，有效去除污水中的有机物、氮等主要污染物以及污水中的难降解物质，无需外加碳源，也无需增加池间消化液内回流，还能够实现系统的稳定运行和低能耗操作，显著提升污水处理的整体效果。另外，MABR和MBfR的供气来源可以通过太阳能光伏系统转化的直流电能电解水制得，或直接输入空气，降低运营成本。技术研发人员：郭荣波,路明艺,冯权,吴艳君,秦凡受保护的技术使用者：中国科学院青岛生物能源与过程研究所技术研发日：技术公布日：2024/12/12