本公开的实施例涉及废水处理领域，具体地，涉及一种膜曝气生物膜反应器处理工艺及系统和应用。
背景技术：
1、据2022年环境部统计，全国废水排放总量保持较快增长趋势，其中生活废水排放量大，且占废水总排放量的比例逐年增高。脱氮一直是污水处理行业的热点话题。废水生物脱氮主要以活性污泥法为主，其特点是适用范围广且运行可靠，但也存在高耗能和污泥产量大等问题。在全球碳中和背景下，污水处理面临提质增效和节能降耗的双重压力，对新型高效脱氮工艺的发展需求迫切。
2、近些年，融合了膜分离技术和生物膜水处理技术的膜曝气生物膜反应器(mabr)，作为一种新型水处理技术，颇具节能潜力。它利用透气膜作为微生物的载体，氧气通过膜传递至附着生长在透气膜表面的生物膜层，污水在周围流动时，水体中的污染物在浓差驱动和微生物吸附等作用下进入生物膜内，经过生物代谢和增殖，被微生物利用，使水体中的污染物同化为微生物菌体，固定在生物膜上或分解成无机代谢产物，从而实现对水体的净化及循环利用。相比较传统生物处理工艺，mabr有如下优势：①供氧形式为无泡曝气，理论氧气利用率可达100％；②氧气和污染物异向传质，生物膜内部具有独特的微生物群落分层，可实现同步硝化反硝化；③高效脱氮、占地面积小。因此mabr技术有望弥补活性污泥法的不足，为现有的污水处理厂提供简单而可持续的解决方案。
3、在实际应用中，膜曝气生物膜反应器通常以气体分压在膜组件泡点以下的空气作为气源，通过无泡曝气的形式为微生物供氧，但存在氧气传质速率低、挂膜启动困难、生物膜不稳定、生物膜难以管控等问题，使生活污水脱碳率和脱氮率均较低。若以纯氧作为气源，虽然在一定程度上提高了氧气传质速率，但仍然难以解决脱氮率低的问题。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本文中描述的实施例提供了一种膜曝气生物膜反应器处理工艺及系统和应用。
2、本发明的技术方案
3、根据本公开的第一方面，提供了一种膜曝气生物膜反应器处理工艺。该工艺将富氧空气输送至膜曝气生物膜反应器的膜组件中对膜曝气生物膜反应池内水体中微生物进行供氧，以对膜曝气生物膜反应池内污水进行同步脱碳除氮处理；所述富氧空气的氧气浓度介于21％～50％之间。
4、本实施例所述的富氧空气的氧气浓度为体积分数。
5、在本公开的一些实施例中，所述富氧空气的氧气浓度为25％～45％，优选为30％～40％。
6、在本公开的一些实施例中，通过混合氧气和空气，并分别调节二者的气体质量流量，以得到所需氧气浓度的富氧空气。
7、根据本公开的第二方面，提供了一种膜曝气生物膜反应器处理系统，用于所述的一种膜曝气生物膜反应器处理工艺，包括富氧空气供气组件、膜组件和膜曝气生物膜反应池；
8、所述膜组件位于所述膜曝气生物膜反应池内；
9、所述富氧空气供气组件与所述膜组件连通，用于制备氧气浓度介于21％～50％之间的富氧空气并输送至所述膜组件中。
10、在本公开的一些实施例中，所述富氧空气供气组件包括氧气供气单元、空气供气单元、第一混流管、氧气质量流量控制器和空气质量流量控制器；
11、所述第一混流管的进气口分别与所述氧气供气单元的出口和所述空气供气单元的出口连通，所述第一混流管的出气口与所述膜组件的进气口连通；
12、所述氧气质量流量控制器设置在所述氧气供气单元的出口处；
13、所述空气质量流量控制器设置在所述空气供气单元的出口处。
14、在本公开的一些实施例中，所述第一混流管的出气口处设置有氧气浓度测量仪。
15、在本公开的一些实施例中，所述膜组件的进气口处设置有气体压力流量计。
16、在本公开的一些实施例中，所述第一混流管为静态混流管。
17、在本公开的一些实施例中，所述膜曝气生物膜反应器处理系统还包括曝气组件，所述曝气组件包括若干个曝气盘和第二混流管；
18、所述曝气盘位于所述膜曝气生物膜反应池底部；
19、所述第二混流管的进气口分别与所述膜组件的出气口和所述空气供气单元的出口连通，所述第二混流管的出气口与所述曝气盘的进气口连通；
20、优选的，所述曝气盘的进气口处设置有气体压力流量计；
21、优选的，所述膜组件的出气口处设置有氧气浓度测量仪；
22、优选的，所述第二混流管为静态混流管。
23、在本公开的一些实施例中，所述膜组件中的膜为疏水中空纤维膜；
24、优选的，所述疏水中空纤维膜的材料选自聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯中的任意一种；
25、优选的，所述疏水中空纤维膜的外径为0.52mm～2.5mm，可选为：0.52mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.6mm、2.0mm、2.5mm，更优选为1.6mm～2.0mm；
26、优选的，所述疏水中空纤维膜的内径为0.25mm～1.5mm，可选为0.25mm、0.5mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.5mm，更优选为0.8mm～1.2mm；
27、为避免由于水体压力造成液体通过膜孔的反向扩散，膜组件底部距离水面的高度不能过长(<100cm)，疏水中空纤维膜长度的优选范围为10cm～80cm；
28、疏水中空纤维膜需在无泡条件下实现曝气的功能，因此疏水中空纤维膜的泡点不能过低(>0.02mpa)，且疏水中空纤维膜的液体浸入压力不能过低(>0.05mpa)。为保证疏水中空纤维膜具有一定的泡点和液体浸入压力，优选的，所述疏水中空纤维膜的平均孔径为0.20μm～0.35μm；
29、优选的，所述疏水中空纤维膜在所述膜曝气生物膜反应池内的填充密度为30m2/m3～80m2/m3。其中填充密度定义为填充密度＝膜面积/池容，池容为膜曝气生物膜反应池的池容。
30、在本公开的一些实施例中，氧气供气单元的气体来源可以是工业高/普氧气；空气供气单元的气体来源可以是空气压缩机或工业压缩空气。
31、根据本公开的第三方面，提供了一种污水处理系统，包括相互连接的生化处理系统和所述的膜曝气生物膜反应器处理系统。
32、在本公开的一些实施例中，所述生化处理系统包括厌氧单元和好氧单元；所述厌氧单元的厌氧池依次与膜曝气生物膜反应器处理系统的膜曝气生物膜反应池、好氧单元的好氧池连接；
33、优选的，所述好氧池内设置了硝化液内循环，所述硝化液内循环的出口与所述膜曝气生物膜反应池的入口连接；
34、优选的，该污水处理系统还包括沉淀池，所述好氧池的出口与所述沉淀池的入口连接。
35、根据本公开的第四方面，提供了一种污水处理工艺，采用所述的一种污水处理系统，污水经生化处理和膜曝气生物膜反应器处理进行净化；
36、优选的，污水依次进行厌氧处理、膜曝气生物膜反应器处理和好氧处理。
37、本发明的有益技术效果
38、本发明提供的一种膜曝气生物膜反应器处理工艺，使用氧气浓度介于21％～50％之间的富氧空气作为膜曝气生物膜反应器膜组件的气源，第一方面，利用高氧气浓度梯度，加速了氧气在气-膜-液三相之间的传递，增加了靠近膜表面区域的溶解氧浓度，使好氧微生物快速富集在膜载体的表面，进而加速了生物膜的形成和进一步的增殖，加快了膜曝气生物膜反应器的启动周期；第二方面，通过调节富氧空气中氧气浓度为特定浓度，使得生物膜内部具有更完整的好氧硝化-厌氧反硝化脱氮体系，生物膜负载量、生物膜覆盖率、生物膜内功能微生物丰度增强，实现了反应器具有较高cod处理能力且氨氮和总氮处理能力大幅提高，可有效减少膜的使用面积，降低膜材料的投入成本；第三方面，通过调节富氧空气中氧气浓度实现对生物膜内部溶解氧分布的调节，进而影响了生物膜内功能微生物的空间分布(即硝化菌、反硝化菌在生物膜厚度方向上的分布)和生物膜的厚度，有利于实现对生物膜的有效控制。第四方面，利用该特定浓度的富氧空气形成的独特生物膜结构，对低c/n废水具有较好的处理效果。
39、综上，本发明的膜曝气生物膜反应器处理工艺，即解决了以空气作为气源的膜曝气生物膜反应器存在的生活污水脱碳率和脱氮率均较低的问题，又解决了以纯氧作为气源的膜曝气生物膜反应器存在的脱氮率较低的问题。
40、优选的，本发明通过调节富氧空气的氧气浓度为25％～45％，更优选为30％～40％。适当的富氧浓度使得膜曝气生物膜反应器的生物膜的负载量、生物膜内的功能微生物丰度进一步提高，生物膜内部的好氧硝化-厌氧反硝化脱氮体系的完整性更高，脱氮能力更高。
41、本发明提供的一种膜曝气生物膜反应器处理系统，通过富氧空气供气组件精准调控膜曝气生物膜反应器供气侧的富氧空气浓度，以控制氧气的传质速率和生物膜内溶解氧浓度的分布，从而强化生物膜的形成，实现了对膜曝气生物膜反应器处理系统启动周期的加快、生物膜厚度的调控和功能微生物的富集。
1.一种膜曝气生物膜反应器处理工艺，其特征在于，将富氧空气输送至膜曝气生物膜反应器的膜组件中对膜曝气生物膜反应池内水体中微生物进行供氧，以对膜曝气生物膜反应池内污水进行同步脱碳除氮处理；所述富氧空气的氧气浓度介于21％～50％之间。
2.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述富氧空气的氧气浓度为25％～45％，优选为30％～40％。
3.根据权利要求1或2所述的处理工艺，其特征在于，通过混合氧气和空气，并分别调节二者的气体质量流量，以得到所需氧气浓度的富氧空气。
4.一种膜曝气生物膜反应器处理系统，其特征在于，用于权利要求1-3任一项所述的一种膜曝气生物膜反应器处理工艺，包括富氧空气供气组件、膜组件和膜曝气生物膜反应池；
5.根据权利要求4所述的处理系统，其特征在于，所述富氧空气供气组件包括氧气供气单元、空气供气单元、第一混流管、氧气质量流量控制器和空气质量流量控制器；
6.根据权利要求5所述的处理系统，其特征在于，所述第一混流管的出气口处设置有氧气浓度测量仪；
7.根据权利要求5或6所述的处理系统，其特征在于，还包括曝气组件，所述曝气组件包括若干个曝气盘和第二混流管；
8.根据权利要求4-7任一项所述的处理系统，其特征在于，所述膜组件中的膜为疏水中空纤维膜；
9.一种污水处理系统，其特征在于，包括相互连接的生化处理系统和权利要求4-8任一项所述的膜曝气生物膜反应器处理系统；
10.一种污水处理工艺，其特征在于，采用权利要求9所述的一种污水处理系统，污水经生化处理和膜曝气生物膜反应器处理进行净化；
