本發(fā)明涉及污水處理領(lǐng)域，具體而言，涉及一種納米氣泡高效供氧懸浮載體流動生化床污水處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

溶解氧含量是反映水體污染狀態(tài)的一個重要指標(biāo)，污染水體溶解氧濃度的變化過程反映水體的自凈過程。溶解氧在水體自凈過程中起著非常重要作用，并且水體的自凈能力直接與曝氣能力有關(guān)。

目前污水處理廠大多采用100多年前（1912）英國的克拉克（Clark）和蓋奇（Gage）發(fā)明的活性污泥法A²O工藝進行厭氧，缺氧，好氧生化處理?；钚晕勰喾ㄔ诙兰o(jì)初應(yīng)用于污水處理以來得到很大的發(fā)展，主要是由于其系統(tǒng)相對簡單，處理效果在系統(tǒng)運行穩(wěn)定情況下比較好。

但活性污泥法A²O工藝同時具有出水水質(zhì)不穩(wěn)定，占地面積較大，每日污泥處理量大等缺點，而且該工藝用于鼓風(fēng)和曝氣的費用巨大，大約可以占到污水處理總費用的70%-80%。尤其是長期以來，活性污泥經(jīng)受負(fù)荷沖擊，溫度變化(特別是低溫)，毒性影響，污泥膨脹的脆弱性困擾。因此，污泥流失和系統(tǒng)效率低下是目前許多污水處理廠經(jīng)常需要面對的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問題，本發(fā)明旨在提供一種納米氣泡高效供氧懸浮載體流動生化床污水處理系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種納米氣泡高效供氧懸浮載體流動生化床污水處理系統(tǒng)，包括依次連接的格柵、厭氧池、缺氧池、MBBR納米氣泡生物反應(yīng)池和二沉池，所述MBBR納米氣泡生物反應(yīng)池內(nèi)投放有一定數(shù)量的適合微生物菌種附著繁衍的高比表面積懸浮載體，且所述MBBR納米氣泡生物反應(yīng)池與一納米氣泡機連接，所述納米氣泡機的氣源為氧氣，所述納米氣泡機負(fù)責(zé)向所述MBBR納米氣泡生物反應(yīng)池內(nèi)輸送納米氣泡，形成高密度的納米氣泡水體。

進一步的，所述納米氣泡機所產(chǎn)生的納米氣泡的直徑小于200nm。

進一步的，所述納米氣泡水體的整體密度為0.988g/cc。

納米氣泡直徑小于200nm，具有區(qū)別于傳統(tǒng)氣泡的行為特性。本發(fā)明MBBR納米氣泡生物反應(yīng)池中的氣-水混合流是通過加速旋轉(zhuǎn)的高壓氣穴作用形成高濃度含氧納米氣泡，激活污水廠中的微生物群體生態(tài)系統(tǒng)，培養(yǎng)馴化了污水中自有的或由外源供應(yīng)的優(yōu)勢菌種群體，使污水水質(zhì)得到提升，將死水轉(zhuǎn)化為活水，進行污水的有效處理。這種納米氣泡增氧發(fā)生系統(tǒng)具有操作簡單、運行穩(wěn)定、處理水量大等優(yōu)點。相對于傳統(tǒng)大氣泡在液體中迅速上升（30秒左右）并在液面破裂的行為，微米氣泡（5微米左右）上升緩慢（5分鐘，甚至更久），且尺寸逐漸減小，氣泡收縮甚至消失；納米氣泡（小于200 納米）表面帶負(fù)電荷，上升更加緩慢（幾小時，甚至更久）氣泡間不會互相融合，其行為特性與傳統(tǒng)氣泡差異很大。這種行為特性使得微納米氣泡在液體中的停留時間較長，也成為微納米氣泡能夠強化氣-液傳輸?shù)闹匾蛑弧?/p>

進一步的，所述懸浮載體為MBBR生物膜填料。

進一步的，所述MBBR生物膜填料由密度比水略小的聚乙烯改性制成。

MBBR工藝的核心是生物膜填料，它是由比水密度略小的聚乙烯改性制成。生物膜附著性的因素與填料表面粗糙程度、比表面積、親水性、構(gòu)造等因素有很大關(guān)系。生物膜表面粗糙度大，微生物較易在填料表面附著生長，掛膜速度較快；生物膜填料的比表面積越大，微生物越容易附著，生物膜生長越快；微生物本身屬于親水性粒子，因此具有親水性的填料較易促進生物膜的形成；生物膜填料本身的構(gòu)造決定其對好氧環(huán)境中水力剪切力的適應(yīng)能力。生物膜填料的構(gòu)造，在掛膜初期形成的生物膜能更好的抗擊水力沖刷。

本發(fā)明的有益效果如下:

本發(fā)明原創(chuàng)地將納米氣泡技術(shù)與懸浮載體流動生化床技術(shù)進行結(jié)合，形成了一個全新的污水處理系統(tǒng)及工藝，不但摒除了現(xiàn)有的活性污泥污水處理系統(tǒng)中存在的頻繁添加污泥、高能耗地鼓風(fēng)曝氣、回流污泥、每日處理老化污泥等缺點，并且具有以下幾個優(yōu)點：

1、容積負(fù)荷高，緊湊省地：容積負(fù)荷取決于生物膜填料的有效比表面積。不同填料的比表面積相差很大。目前填料比表面積可以從200平方米/立方米到1200平方米/立方米填料體積的范圍內(nèi)變化，以適應(yīng)不同的預(yù)處理要求和應(yīng)用情況。

2、耐沖擊性強，性能穩(wěn)定，運行可靠：沖擊負(fù)荷以及溫度變化對流動床工藝的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對活性污泥法的影響。當(dāng)污水成分發(fā)生變化，或污水毒性增加時，生物膜對此的耐受力很強。

3、攪拌和曝氣系統(tǒng)操作方便，維護簡單：曝氣系統(tǒng)采用穿孔曝氣管系統(tǒng)，不易堵塞。攪拌器采用具有香蕉型攪拌葉片，外形輪廓線條柔和，不損壞填料。整個攪拌和曝氣系統(tǒng)很容易維護管理。

4、生物池?zé)o堵塞，生物池容積得到充分利用，沒有死角：由于生物膜填料和水流在生物池的整個容積內(nèi)都能得到混合，從根本上杜絕了生物池的堵塞可能，因此，池容得到完全利用。

5、靈活方便,更少的剩余污泥產(chǎn)量：工藝的靈活性體現(xiàn)在兩方面。一方面，可以采用各種池型(深淺方圓都可)，而不影響工藝的處理效果。另一方面，可以很靈活地選擇不同的填料填充率，達(dá)到兼顧高效和遠(yuǎn)期擴大處理規(guī)模而無需增大池容的要求。對于原有活性污泥法處理廠的改造和升級，流動床生物膜工藝可以很方便地與原有的工藝有機結(jié)合起來。

6、使用壽命長：優(yōu)質(zhì)耐用的生物膜填料，曝氣系統(tǒng)和出水裝置可以保證整個系統(tǒng)長期使用而不需要更換，折舊率較低。填料壽命可以使用20年以上。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。本發(fā)明的具體實施方式由以下實施例及其附圖詳細(xì)給出。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明污水處理系統(tǒng)的工藝流程圖；

圖2為本發(fā)明的生物膜填料的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的生物膜填料的截面圖。

具體實施方式

下面將參考附圖并結(jié)合實施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。

參照圖1所示，一種納米氣泡高效供氧懸浮載體流動生化床污水處理系統(tǒng)，包括依次連接的格柵1、厭氧池2、缺氧池3、MBBR納米氣泡生物反應(yīng)池4和二沉池5，所述MBBR納米氣泡生物反應(yīng)池4內(nèi)投放有一定數(shù)量的適合微生物菌種附著繁衍的高比表面積懸浮載體，且所述MBBR納米氣泡生物反應(yīng)池4與一納米氣泡機6連接，所述納米氣泡機6的氣源為氧氣，所述納米氣泡機6負(fù)責(zé)向所述MBBR納米氣泡生物反應(yīng)池4內(nèi)輸送納米氣泡，形成高密度的納米氣泡水體。

進一步的，所述納米氣泡機6所產(chǎn)生的納米氣泡的直徑小于200nm。

進一步的，所述納米氣泡水體的整體密度為0.988g/cc。

進一步的，參見圖2所示，所述懸浮載體為MBBR生物膜填料。

進一步的，所述MBBR生物膜填料由密度比水略小的聚乙烯改性制成。

本發(fā)明的MBBR納米氣包工藝的技術(shù)介紹：

1、納米氣泡技術(shù)

納米氣泡高效供氧水體透析修復(fù)技術(shù)原理說明：納米氣泡直徑小于200nm,具有區(qū)別于傳統(tǒng)氣泡的行為特性,在環(huán)境污染治理領(lǐng)域中表現(xiàn)出一些潛在的應(yīng)用優(yōu)勢,日益受到關(guān)注。本發(fā)明MBBR納米氣泡生物反應(yīng)池中的氣-水混合流，是采用本公司在先申請的納米氣泡水體透析專利技術(shù)及設(shè)備（專利號：ZL201220491314.2；ZL201220491313.8；ZL201220491245.5；ZL201220491315.7）通過加速旋轉(zhuǎn)的高壓氣穴作用形成高濃度含氧納米氣泡，激活污水廠中的微生物群體生態(tài)系統(tǒng)，培養(yǎng)優(yōu)勢菌種群體，使污水水質(zhì)得到提升，將死水轉(zhuǎn)化為活水，進行污水的有效處理。

這種納米氣泡增氧發(fā)生系統(tǒng)具有操作簡單、運行穩(wěn)定、處理水量大等優(yōu)點。相對于傳統(tǒng)大氣泡在液體中迅速上升（30秒左右）并在液面破裂的行為，微米氣泡（5微米左右）上升緩慢（5分鐘，甚至更久），且尺寸逐漸減小，氣泡收縮甚至消失；納米氣泡（小于200 納米）表面帶負(fù)電荷，上升更加緩慢（幾小時，甚至更久）氣泡間不會互相融合，其行為特性與傳統(tǒng)氣泡差異很大。這種行為特性使得微納米氣泡在液體中的停留時間較長，也成為微納米氣泡能夠強化氣-液傳輸?shù)闹匾蛑弧?/p>

納米氣泡表面是由帶負(fù)電荷的氣體分子狀態(tài)形成，由于水分子是帶雙極性分子，其正電荷便會附在負(fù)電荷的納米氣泡周圍，形成正負(fù)兩層的靜電效應(yīng)，亦即電容效應(yīng)。這種正負(fù)的靜電分子力，使得納米氣泡能在水中遵循布朗運動長時效擴散進行生化反應(yīng)，馴化微生物降解污水。納米氣泡高效供氧給微生物進行繁殖，代謝，對污水中的有機物氧化后，水體達(dá)到氨化與硝化反應(yīng)：

（1）氨化反應(yīng)

有機氮化合物在氨化菌的作用下，分解、轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，這一過程稱為氨化反應(yīng)。以氨基酸為例，在好氧條件與厭氧條件下其反應(yīng)式如下：

；

。

（2）亞硝化反應(yīng)和硝化反應(yīng)

在硝化菌的作用下，氨態(tài)氮進一步分解氧化，就此分兩個階段進行。首先在亞硝酸菌的作用下，氨（）轉(zhuǎn)化為亞硝酸氮（亞硝化反應(yīng)）;然后亞硝酸氮在硝酸菌的作用下，進一步轉(zhuǎn)化為硝酸氮（硝化反應(yīng)）。這兩項反應(yīng)均需在有氧的條件下進行。常以、、和為碳源，反應(yīng)式為:

；

。

硝化總反應(yīng)為：

。

納米氣泡特性：納米氣泡具有物理性、化學(xué)性和生物性，可清淤除臭，提高水體透明度。

①納米氣泡物理性：納米氣泡的高表面能和攜帶負(fù)電荷等獨特的物理特性，能對水中污染物、懸浮物和藍(lán)藻等有效吸附，并形成浮渣收集。

②納米氣泡化學(xué)性：納米氣泡產(chǎn)生的過程，能釋放大量氫氧自由基，具有增強氧化能力的效果?？舍槍θ芙庑晕镔|(zhì)氧化。達(dá)到納米級的氣泡，其氧化能力和吸附能力顯著，降解污染物的速度也更快。

③納米氣泡生物性：治理期間水體含氧量豐富，有效培養(yǎng)優(yōu)勢微生物，進行消化、降解久積富集的污染物，提高水體透明度、降低底泥有機物含量，進而進一步優(yōu)化水體生態(tài)。

采用納米氣泡水體增氧技術(shù)可以改變底泥的供氧環(huán)境，通過寄宿在底泥里的微生物逐漸降解底泥，這種方式雖然底泥降解需要較長的時間，但工程實施簡單，且運行成本最低。

2、MBBR（流動床生物膜反應(yīng)器）技術(shù)

MBBR（MBBR:moving bed bio-reactor）技術(shù)原理是通過向反應(yīng)器中投加一定數(shù)量的懸浮載體，提高反應(yīng)器中的生物量及生物種類，從而提高反應(yīng)器的處理效率。由于填料密度接近于水，所以在使用本發(fā)明的微納米曝氣的時候，與水呈完全混合狀態(tài)，微生物生長的環(huán)境為氣、液、固三相。載體在水中的碰撞和剪切作用，使空氣氣泡更加細(xì)小，增加了氧氣的利用率。另外，每個載體內(nèi)外均具有不同的生物種類，內(nèi)部生長一些厭氧菌或兼氧菌，外部為好養(yǎng)菌，這樣每個載體都為一個微型反應(yīng)器，使硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)同時存在，從而提高了處理效果。與以往的填料不同的是，懸浮填料能與污水頻繁多次接觸因而被稱為“移動的生物膜”。

在自然界的生物膜和固定式生物膜反應(yīng)器中，被處理的污染物不容易擴散到生物膜的內(nèi)部，在好氧狀態(tài)，氧分子也不容易均勻擴散到生物膜內(nèi)。同時，老化的生物膜和生物降解產(chǎn)物也不易于傳送到生物膜外。這樣，固定式生物膜反應(yīng)器在理論上的優(yōu)越性并沒有得到充分的發(fā)揮。加上采用的掛膜材料(生物膜填料)可能易于變形和垮塌，使固定式生物膜反應(yīng)器的應(yīng)用受到很大的影響。

生物流化床工藝?yán)昧骰念w粒填料，很好地解決了脫落的生物膜堵塞反應(yīng)器的問題。粒徑小的顆粒填料雖易于流化，也易于被水流帶走，顆粒大的填料不易于流化，需要很高的流化速度。為使填料保留在反應(yīng)器中，適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)措施(如斜板)是必要的。為達(dá)到流化的目的，流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計必然較為復(fù)雜。當(dāng)流化速度大時，生物膜不易于附著在顆粒填料表面，所以，顆粒填料的巨大表面積并沒有得到充分利用。多孔型輕質(zhì)填料雖然使有效表面積增加，但并不能根本改變這一局面。此外，當(dāng)采用好氧生物流化床時，曝氣充氧不易于與流化過程結(jié)合起來。

活性污泥法在二十世紀(jì)初應(yīng)用于污水處理以來得到很大的發(fā)展，主要是由于其系統(tǒng)相對簡單，處理效果在系統(tǒng)運行穩(wěn)定情況下比較好。但長期以來，活性污泥經(jīng)受負(fù)荷沖擊，溫度變化(特別是低溫)，毒性影響，污泥膨脹的脆弱性困擾。污泥流失和系統(tǒng)效率低下是許多污水處理廠經(jīng)常面對的問題，本發(fā)明的MBBR納米氣泡工藝很好地反映了這樣的要求。

MBBR工藝的核心是生物膜填料，它是由比水密度略小的聚乙烯改性制成。生物膜附著性的因素與填料表面粗糙程度、比表面積、親水性、構(gòu)造等因素有很大關(guān)系。表面粗糙度大，微生物較易在填料表面附著生長，掛膜速度較快；填料的比表面積越大，微生物越容易附著，生物膜生長越快；微生物本身屬于親水性粒子，因此具有親水性的填料較易促進生物膜的形成；填料本身的構(gòu)造決定其對好氧環(huán)境中水力剪切力的適應(yīng)能力。生物膜填料的構(gòu)造，在掛膜初期形成的生物膜能更好的抗擊水力沖刷。

3、MBBR納米氣泡工藝

大量的納米氣泡充入MBBR納米氣泡生物反應(yīng)池中，以增加溶氧量，一可給MBBR中形成生物膜的載體提供氧氣，使微生物生長迅速，提高生化效率；二是依靠納米氣泡本身的特性降解水中各項指標(biāo)。納米體積小、表面積大其表面具有較強的張力,當(dāng)納米氣泡逐漸縮小,其內(nèi)部必然產(chǎn)生很高的壓力,氣泡崩潰的瞬間會在其周圍極小的空間范圍內(nèi)產(chǎn)生高溫和高壓并伴有強烈的沖擊波和微射流等現(xiàn)象,產(chǎn)生類似于空化氣泡的空化效應(yīng)而產(chǎn)生H O· ,并且使得氣泡表面層的水分子形成超臨界水,有利于化學(xué)反應(yīng)速率的增加,從而達(dá)到快速、高效降低CODcr 、NH₄-N、TP、異味物質(zhì)濃度和降低水體色度和濁度的效果。

MBBR納米氣泡工藝兼具傳統(tǒng)流化床和生物接觸氧化法兩者的優(yōu)點，是一種新型高效的污水處理方法，依靠曝氣池內(nèi)的曝氣和水流的提升作用使載體處于流化狀態(tài)，進而形成懸浮生長的微生物菌群附著生長的載體生物膜，這就使得移動床生物膜使用了整個反應(yīng)器空間，充分發(fā)揮附著相和懸浮相生物兩者的優(yōu)越性，使之揚長避短，相互補充。

本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵在于研究和開發(fā)了比重接近于水，輕微攪拌下易于隨水自由運動的生物膜填料，以及高效供氧的納米氣泡系統(tǒng)。生物膜填料具有有效表面積大，適合微生物吸附生長的特點。參見圖2和圖3所示，生物膜填料的結(jié)構(gòu)以具有受保護的可供微生物生長的內(nèi)表面積為特征。當(dāng)曝氣充氧時，空氣泡的上升浮力推動填料和周圍的水體流動起來，當(dāng)氣流穿過水流和填料的空隙時又被填料阻滯，在這樣的過程中，填料被充分地攪拌并與水流混合，增加了生物膜與氧氣的接觸和傳氧效率。參見圖3所示，在好氧/兼氧條件下，水流和填料在潛水?dāng)嚢杵鞯淖饔孟鲁浞至鲃悠饋?，達(dá)到生物膜和被處理的污染物充分接觸而生物分解的目的，流動床生物膜反應(yīng)器工藝由此而得名。因此，MBBR流動床生物膜工藝突破了傳統(tǒng)生物膜法(固定床生物膜工藝的堵塞和配水不均，以及生物流化床工藝的流化局限)的限制，為生物膜法更廣泛地應(yīng)用于污水的生物處理奠定了較好的基礎(chǔ)。

本發(fā)明的MBBR納米氣泡技術(shù)及其污水處理系統(tǒng)具有以下特點：

（1）容積負(fù)荷高，緊湊省地：容積負(fù)荷取決于生物膜填料的有效比表面積。不同填料的比表面積相差很大。目前填料比表面積可以從200平方米/立方米到1200平方米/立方米填料體積的范圍內(nèi)變化，以適應(yīng)不同的預(yù)處理要求和應(yīng)用情況。

（2）耐沖擊性強，性能穩(wěn)定，運行可靠：沖擊負(fù)荷以及溫度變化對流動床工藝的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對活性污泥法的影響。當(dāng)污水成分發(fā)生變化，或污水毒性增加時，生物膜對此的耐受力很強。

（3）攪拌和曝氣系統(tǒng)操作方便，維護簡單：曝氣系統(tǒng)采用穿孔曝氣管系統(tǒng)，不易堵塞。攪拌器采用具有香蕉型攪拌葉片，外形輪廓線條柔和，不損壞填料。整個攪拌和曝氣系統(tǒng)很容易維護管理。

（4）生物池?zé)o堵塞，生物池容積得到充分利用，沒有死角：由于填料和水流在生物池的整個容積內(nèi)都能得到混合，從根本上杜絕了生物池的堵塞可能，因此，池容得到完全利用。

（5）靈活方便,更少的剩余污泥產(chǎn)量：工藝的靈活性體現(xiàn)在兩方面。一方面，可以采用各種池型(深淺方圓都可)，而不影響工藝的處理效果。另一方面，可以很靈活地選擇不同的填料填充率，達(dá)到兼顧高效和遠(yuǎn)期擴大處理規(guī)模而無需增大池容的要求。對于原有活性污泥法處理廠的改造和升級，流動床生物膜工藝可以很方便地與原有的工藝有機結(jié)合起來。

（6）使用壽命長：優(yōu)質(zhì)耐用的生物膜填料，曝氣系統(tǒng)和出水裝置可以保證整個系統(tǒng)長期使用而不需要更換，折舊率較低。填料壽命可以使用20年以上。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。