MBR系统运行规程

第一章MBR系统4.1工艺流程及说明4.1.1工艺说明好氧MBR系统包括反硝化池、硝化池、超滤系统（采用外置式超滤膜）、冷却系统、曝气系统等组成，MBR系统工艺分为两条线并联运行，利于检修或微生物培养，属于互为备用状态；为了充分利用进水中的碳源来进行反硝化反应，外置式膜生化反应器采用反硝化前置，硝化后置的形式，同时可以减少硝化池中用于降解有机污染物所需的氧量。厌氧出水进入脱气沉淀池，将厌氧反应器悬浮污泥脱气后，清液溢流进入反硝化池及后续设备，脱气后的厌氧污泥再回到厌氧反应器。其中反硝化部分属于缺氧生物处理工艺，硝化部分属于好氧生物处理工艺，而超滤膜过滤的物化分离工艺。利用微生物的反硝化作用，将废水中的硝酸盐/亚硝酸盐转化为氮气脱离废水，达到良好去除废水中含氮污染物的目的。硝化池内曝气采用专用射流鼓风曝气，通过高活性的好氧微生物作用，利用微生物的硝化作用，将废水中有机氮以及氨氮转化为硝酸盐/亚硝酸盐，硝化池设有硝酸盐回流泵（硝氮回流），硝氮回流至反硝化池，在缺氧环境中还原成氮气排出，达到生物脱氮的目的，而废水中的含碳有机物则大部分被降解为CO2和H2O，另一部分被转化为增殖的微生物。考虑厌氧反应器去除BOD效果较好，可能造成进膜生化反应器的C/N比失调，因此部分渗滤液原液作为碳源直接投加到反硝化池，以保证生化反应器中反硝化所需的碳源，从而保持系统必要的反硝化率以及系统pH值的稳定性。二级硝化池的废水通过超滤进水泵把生化池的混合液分配至超滤管式膜循环，由于超滤膜把菌体（活性污泥）和净化水完全分离，使得在生化系统中经过不断驯化产生的微生物菌群得以稳定繁殖，不会出现传统二沉池的污泥流失现象，对渗滤液中相对普通污水处理工艺而言难降解的有机物也能逐步降解，获得高品质的出水水质。超滤进水兼有回流功能，即超滤进水经过超滤浓缩后，清液排出，而浓缩液回流至反硝化池中，在缺氧环境中将硝态氮和亚硝态氮还原成氮气排出，达到脱氮的目的。外置管式超滤替代了传统的二沉池，完全实现泥、水分离，使生化系统内的污泥浓度达到15-30g/L。由于硝化池为高负荷好氧反应器，反应器高度集成，因此生化反应放热较大，并且由于鼓风空气温度较高以及各循环水泵的机械能转化为热能，生化反应器的温度容易超过生化反应器的设计温度，特别是在夏季气温较高时，因此设计冷却系统在生化池温度过高时对生化活性污泥进行冷却降温。另外如果硝化池中的污泥浓度较高时，可以通过将剩余的污泥排至污泥池，通过污泥脱水系统进行脱水分离。4.1.2MBR工艺流程图4.2MBR工艺原理本项目采用分体式膜生物反应器工艺，在分体式膜生物反应器中生物反应器与膜单元相对独立，生物反应器采用的是两级反硝化+两级硝化反应器，膜单元采用外置式管式超滤膜。通过混合液循环泵使得处理水通过膜组件后外排；其中的生物反应器与膜分离装置之间的相互干扰较小。分体式膜生物反应器工艺如下图所示：脱气沉淀池一级反硝化一级硝化二级反硝化二级硝化外置式超滤纳滤系统硝酸MBR系统污泥浓缩池污泥脱水系统入炉焚烧分体式膜生化反应器示意图生化反应器的功能是降解原水中可生化降解的污染物，可以为普通的好氧反应器工艺或反硝化和硝化工艺，就垃圾渗沥液而言，由于其中氨氮浓度和COD浓度都较高，政策对该指标排放要求一般都很严格，因此生化反应器需要生化反应器具备良好的有机污染物降解及生物脱氮功能，外置式膜生化反应器根据进水水量和水质条件，配置和控制适宜的反应条件以实现高效的反硝化和硝化反应并同时降解有机污染物。为了充分利用进水中的碳源来进行反硝化反应，外置式膜生化反应器采用反硝化前置，硝化后置的形式，同时可以减少硝化池中用于降解有机污染物所需的氧量。外置式超滤替代了传统活性污泥法的二沉池，由于超滤的过滤孔径为20～30nm，因此，对所有悬浮物类的固体、菌胶团、乳胶甚至油类均能做有效截留（分子量104-106），这也就意味着活性污泥中的微生物均被截留在系统中，而净化水得到分离，因此膜生化反应器没有活性污泥的流失现象，系统污泥浓度可达15～30g/l，活性污泥的截留使得生化系统中经过不断驯化产生的微生物菌群得以繁殖，对渗沥液中相对普通污水处理工艺而言难降解的有机物也能逐步降解，同时适应渗滤液高盐浓度的特性。超滤进水泵同时兼有硝酸盐回流的功能，即超滤进水经过超滤浓缩后，清液排出，而浓缩液回流至反硝化池中，在缺氧环境中还原成氮气排出，达到脱氮的目的。由于生化反应器内污泥浓度较传统的活性污泥法高出3～6倍，并且渗沥液中盐份含量很高，如采用普通的曝气方式，氧的转移效率、空气扩散和气液搅拌混合效果等均受到极大的限制，不能满足高污泥浓度、高污染物负荷条件下的供氧要求，因此在外置式膜生化反应器硝化池中采用特殊设计的鼓风射流曝气机构。本项目的MBR工艺原理如下图所示：4.2.1硝化-反硝化原理说明由于本项目处理渗滤液具有COD、BOD含量高，含氮污染物的浓度大的特征，因此MBR工艺段除了要求能良好的控制出水中COD与BOD的含量，还要求很好的控制出水含氮污染物的含量。并且由于出水中的氨氮和硝态氮易于透过后续的反渗透、纳滤膜处理系统，容易造成最终出水的含氮污染物超标，因此该段工艺中含氮污染物的去除显得更为重要。为达到设计的脱氮效果，设计了两级反硝化和两级硝化的生化流程以强化脱氮效果。4.2.2垃圾沥滤液中氮的主要存在形式氮在废水中主要以有机氮（Norgan）和无机氮（Nanorgan）这两种形式存在：无机氮主要以氨氮（NH4-N）、亚硝氮（NO2-N）以及硝氮（NO3-N）这三种形式存在。废水中总氮Ntotal=Nanorgan+Norgan；总凯氏氮TKN=Norgan+NH4-N。废水中以氮的形式换算氮化合物的换算关系如下:NHNHNNHNONONNONONONNO412854128542328523285234428344283/,*,/,*,/,*,垃圾沥滤液与垃圾渗滤液均经过了厌氧发酵过程，因此在进入MBR的废水中含氮污染物主要以氨氮为主。4.2.3MBR系统中生物脱氮的基本原理MBR系统中生物脱氮的基本过程如下图所示。生物脱氮流程图废水中含氮污染物在厌氧条件下由异养型氨化细菌氨化为氨氮，氨氮和部分有机氮在好氧条件下由亚硝化菌氧化为亚硝酸氮再由硝化菌氧化为硝酸氮，硝酸氮和亚硝酸氮回流到缺氧条件下最终由反硝化菌还原成氮气而达到去除废水中含氮污染物的目的。（1）氨化作用基本原理在废水中部分氮以无机物的形式存在。蛋白质被生化降解为氨氮的作用成为氨化作用。尿素在酶的催化下降解也属于该作用。如COOHOR-C-H+H2O+1/2O2----R-C+NH4++OH-NH2COOHNH2C=0+3H2O尿素酶2NH4++2OH-+CO2NH2该反应是在不需要氧的情况下进行的，有该反应可以看出，该反应释放氢氧根离子，因此通过氨化作用可提高系统的碱度（耐酸缓冲能力）。在本项目中，垃圾渗滤液在垃圾的填埋中发生该步反应，而垃圾沥滤液以及生活污水、炉渣浸出液则主要是在UBF厌氧降解过程中发生该步反应。（2）硝化反应（Nitrification）基本原理硝化反应分为两步进行：①24NONH；②32NONO。是由两组自养型硝化菌分两步完成的：①亚硝酸盐细菌（或称为氨氧化细菌）（Nitrosomonas）；②硝酸盐细菌（或称为亚硝酸盐氧化细菌）（Nitrobacter）；到目前为止，还未发现有任何一种细菌可以直接将氨氮通过一步氧化到硝酸盐。这两种硝化细菌的特点：①都是革兰氏染色阴性、不生芽孢的短杆菌和球菌；②强烈好氧，不能在酸性条件下生长；③无需有机物，以氧化无机含氮化合物获得能量，以无机C（CO2或HCO3）为碳源；④化能自养型；⑤生长缓慢，世代时间长。硝化反应过程及反应方程式①亚硝化反应：HOHNOONH25.12224如果加上细胞合成，则：322227532410457541097655COHOHNONOHCHCOONH亚硝酸盐细菌的产率是：0.146g/gNH4+-N（113/55/14）；氧化1mgNH4+-N为NO2-N，需氧3.16mg（7632/55/14）；氧化1mgNH4+-N为NO2-N，需消耗7.08mg碱度（以CaCO3计）（10950/55/14）②硝化反应：3225.0NOONO如果加上细胞合成，则：3227523324240031954400NOOHNOHCOHCOCOHNHNO硝酸盐细菌的产率是：0.02g/gNO2--N(113/400/14)，氧化1mgNO2-N为NO3—N，需氧1.11mg(195*32/400/14)，几乎不消耗碱度。③总的硝化反应：HOHNOONH222324如考虑细胞合成，则：323227532488.198.004.1)0025.00181.0(98.186.1COHNOOHNOHCHCOONH总的细菌产率是：0.02g/gNO2-N(113/400/14)；氧化1mgNNH4为NNO3，需氧4.27mg(1.86*32/14)；氧化1mgNNH4为NNO3，需消耗碱度7.07mg(以CaCO3计)；污水中必须有足够的碱度，否则硝化反应会导致pH值下降，使反应速率减缓或停滞；如果不考虑合成，则：氧化1mgNH4+-N为NO3-N，需氧4.57mg，其中亚硝化反应3.43mg，硝化反应1.14mg，需消耗碱度7.14mg(以CaCO3计)。在MBR系统中，硝化反应发生于后两级的好氧池中，在该池中废水中氨氮被氧化为硝酸氮和部分亚硝酸氮。（3）反硝化反应（Denitrification）基本原理反硝化反应是指硝酸盐或亚硝酸盐在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮（N2）的过程；反硝化菌属异养型兼性厌氧菌，并不是一类专门的细菌，它们大量存在于土壤和污水处理系统中，如变形杆菌、假单胞菌等，土壤微生物中有50%是这一类具有还原硝酸盐能力的细菌；反硝化菌能在缺氧条件下，以NNO2或NNO3为电子受体，以有机物为电子供体，而将氮还原；在反硝化菌的代谢活动下，NNO2或NNO3中的N可以有两种转化途径：①同化反硝化，即最终产物是有机氮化合物，是菌体的组成部分；②异化反硝化，即最终产物是氮气（N2）或笑气（N2O）。反硝化反应过程及反应方程式如下：①反应过程示意图：图3-8反硝化反应过程示意图②反应方程式：以[H]为电子供体：第一步：OHNOHNO223][2第二步：OHNHNOH2224][622总反应：OHNHNOH2236][1022以甲醇为电子供体：第一步：22233233COOHNOOHCHNO第二步：22232322COOHNOHCHNOH总反应：222325133566COOHNOHCHNOH由以上反应方程式可以看出，反硝化是在缺氧的环境下进行的。在该反应中硝酸根取代了氧进行反应。通过计算可以得知在反硝化作用中1gNO3-N相当于2.9gO2用于降解废水中的有机物。从pH稳定角度来看，反硝化过程中一个硝酸根离子将消耗掉一个氢根离子，而硝化过程产生一硝酸根离子则释放了两个氢根离子，而氨化作用释放氢氧根离子，从理论上来讲系统的pH可以保持平衡。本项目的反硝化反应主要发生在MBR系统的前两级缺氧池中，经过后两级好氧池氧化的硝酸盐回流到前两级的反硝化池，在缺氧条件下反硝化转化为氮气，而使得含氮污染物得到降解。4.2.4膜分离单元原理在分体式膜生化反应器工艺中，膜分离单元最常见的是微滤、超滤这两种形式。本项目的分体式膜生化反应器中的膜单元采用的是超滤膜单元。超滤（Ultrafiltration,UF）是以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程。超滤同反渗透技术类似，是以压力为推动力的膜分离技术。在从反渗透到电微滤的