流动床生物膜反应器在污水处理中的应用

流动床生物膜反应器（MBBR）在污水处理中的应用一、前言随着现代城市的发展，工业废水量和生活污水量逐年增长，城市水污染问题日益突出，治理水污染已经成为各地经济和社会发展的重要环节。废水的生物处理法自19世纪末发展至今，已成为世界各国处理城市生活污水和工业废水的主要手段，新技术、新工艺得到快速发展。废水的生物处理方法可以分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类，而好氧生物处理作为主要处理方法在废水处理领域中一直占据主要的地位。根据曝气池内微生物生长环境、集结形态等的不同来分类，好氧生物处理方法基本可以分为两大类。第一类方法可以称为悬浮污泥法，主要包括传统活性污泥法和其变种，如阶段曝气法、渐减曝气法、完全混合活性污泥法、序批式活性污泥法（SBR）、生物吸附氧化法（AB法）、延时曝气法、氧化沟等。该方法中微生物与悬浮物质、胶体物质等混杂在一起形成具有较强吸附分解有机物能力的絮状体颗粒。第二类方法为生物膜法（或称附着污泥法），如生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘、接触氧化法等。该方法生物或固定生长，或附着生长于固体填料（或称载体）表面。其中接触氧化法因具有BOD负荷高、处理时间短、耐负荷冲击等优点近年来有了很多工程应用。流动床生物膜（内循环生物流化床）处理方法是将活性污泥法和生物膜法的结合，在生物流化床中，空气－污水－附有生物膜的载体在流化床中进行生物反应，可承受较高的BOD负荷。近年江苏沃奇环保公司引进瑞典皇家理工学院、瑞典斯德哥尔摩大学及芬兰赫尔辛基理工大学等诸多北欧名校，水环境研究机构的工业污水处理先进技术，并与国家级科研部门合作，不断对对流动床生物膜技术进行改造与升级，使工艺技术更加完善，处理效率更加高效。该先进技术应用于焦化、医药、农药、染化等污水处理领域，十分有效地解决了高难度工业污水处理存在的技术难题。二、流动床生物膜处理技术原理MBBR工艺原理是通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体，提高反应器中的生物量及生物种类，从而提高反应器的处理效率。由于填料密度接近于水，所以在曝气的时候，与水呈完全混合状态，微生物生长的环境为气、液、固三相。载体在水中的碰撞和剪切作用，使空气气泡更加细小，增加了氧气的利用率。另外，每个载体内外均具有不同的生物种类，内部生长一些厌氧菌或兼氧菌，外部为好养菌，这样每个载体都为一个微型反应器，使硝化反应和反硝化反应同时存在，从而提高了处理效果。MBBR工艺兼具传统流化床和生物接触氧化法两者的优点，是一种新型高效的污水处理方法，依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用使载体处于流化状态，进而形成悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜，这就使得移动床生物膜使用了整个反应器空间，充分发挥附着相和悬浮相生物两者的优越性，使之扬长避短，相互补充。与以往的填料不同的是，悬浮填料能与污水频繁多次接触因而被称为“移动的生物膜”。三、流动床生物膜处理工艺流程流动床生物膜处理工艺流程如图所示。收集池曝气生物滤池进水沉砂池MBBR生化池出水排放池四、流动床生物膜处理工艺特点1、独特的生物载体针对不同性质的污水及出水排放标准，我们开发了一系列不同的生物填料。该种生物填料是一种新型微生物膜载体、高科技专利产品，采用科学配方、将高分子材料进行特殊工艺改性、构造而成，具有比表面积较大、亲水性好、抗冲击力强、易挂膜，生物活性高，处理效果好等优点。该生物填料由塑料制成。填料的比重界于0.96-1.30之间。它运用于生物移动床技术（MBBR)，可大幅度提升系统的处理能力，该工艺填料特点如下：（1）脱碳、脱氮效果好高浓度的生物菌群可获得很强的COD降解能力，同时载体上丰富的生物菌群类型，增加了对难降解有机物的降解性能。同时载体上的生物膜污泥龄长，硝化菌浓度高，因此硝化脱氮能力也非常显著。（2）抗冲击负荷能力强高浓度的生物量以及附着生长的特性使反应池内一直保持着较高的生物浓度，来水水质的波动可被迅速分解，有较高的抗冲击负荷能力。（3）剩余污泥量少填料上的微生物污泥龄长，生物相多而且稳定化，同时微生物自身氧化分解，故系统污泥产生量少，相应减少了污泥处理费用。（4）运行管理简单生物膜技术不存在传统活性污泥法的污泥膨胀、污泥上浮以及污泥流失等问题，因此不必频繁监控系统运行参数，使日常的运行管理更简捷。（5）运行费用低该填料的引入可提高氧的利用率3～5％，因此充氧能耗降低。另外，由于挂膜后填料比重接近于水，仅需少量的曝气或轻微的搅动即可达到流化状态，均匀分布于容器内，大大节省了运行时的能耗。（6）占地面积较小在获得相同处理能力和处理效果的条件下，该填料的增加可减少构筑物容积和占地面积1—3倍。（7）维护和检修方便填料材质稳定，可保证使用10年以上不需更换，大大减少了日常维护和检修费用，保证系统的长期连续运行。（8）改造方式简单灵活该填料可根据不同的来水水质，选择不同的填充率，在好氧、厌氧、缺氧池内投加，以提高系统的整体处理能力，满足日后污水进一步扩能的需求。2、生物反应器内设有导流装置和防止填料流失的装置，载体、污泥和污水在池内循环流动，老化的生物膜得以脱落，保持生物膜的高活性，另外流化状态使氧的利用率得以提高。3、水力停留时间短，占地面积小：由于在生物反应池内，混合液中的微生物污泥和载体表面的生物膜一般可达20000mg/L以上，使BOD处理量达到4.0～20kg/（m3·d），是活性污泥法处理量的10倍以上。由于处理效率高，结构紧凑，使生物反应设备的占地面积仅为传统活性污泥法的1/4~1/8，从而也节省了基建投资。4、基本不需要预处理：进水悬浮固体浓度可以达到5000mg/L，油浓度可以达到50mg/L。5、生物反应池内好氧、厌氧和兼氧微生物共同存在分解有机物，使处理效率更高，并且耐负荷冲击的性能特别好，性能稳定，运行可靠。6、适用性强，应用范围广。该工艺适用于各种污水处理，包括工业废水和市政污水，既可用于新建的污水处理厂，也可用于现有污水处理厂的工艺改造和升级换代（如负荷增加或脱氮除磷）。其处理工艺流程选择，取决于污水的水质及处理要求。可以采用各种池型（深池，浅池，方池，圆池，或不规则池型），灵活方便。五、MBBR工艺在运行中容易出现的问题（1）MBBR反应器的流化态反应器中的填料依靠曝气和水流的提升作用处于流化状态，在实际操作中，经常出现由于整个池内进气分布不均匀而导致局部填料堆积的现象。因此需通过池型作水力特性计算来改进进气管路的布置和优化池内曝气头的分布，再根据实际的曝隋况调节各曝气头上紧固橡皮垫的螺母松紧程度，调节单个曝气头的曝气量。除保证池内出水端具有较大曝气量，以便使整个池内填料呈均匀流化状态外，还可以采用穿孔曝气管，便于使池四边和四角进气分布均匀。反应器的构造在很大程度上决定了它的水力特性。试验表明，反应器的长深比为0.5左右时有利于填料完全移动，或者通过导流板的强制循环来解决池内死角的问题，这样能使气水比降到4：1左右。本公司在实际工程设计时已通过大量试验来优化反应器的构造和水力特性，降低能耗，进一步提高了MBBR的经济效益。（2）填料格栅板为了防止填料随处理水流失，移动床生物膜反应池的出水口要设置格栅板。但在运行调试过程中易出现格栅堵塞的问题，在实验室采用钻孔塑料板作格栅时也出现了大团悬浮污泥将出水格栅板堵死的情况。虽然通过加强对出水区格栅处进行曝气，可以防止填料对格栅的堵塞，但对于悬浮污泥的附着问题，只能从格栅的材料和间距上解决，如选择光滑吸附性小的材料，间隙在保证能截留填料的前提下尽量加大，使其不易被悬浮物质附着等，本公司已在实验和实际工程操作中不断改进，在很大程度上避免了该问题对整个污水处理系统正常运行的影响。六、污水处理工程实例6.1广州某焦化废水处理案例焦化废水产生于炼焦、制气过程，是煤制焦炭，煤气净化及焦化产品回收过程中产生的高浓度有机废水。焦化废水废水排放量大，水质成分复杂，其中含有数十种无机和有机化合物，包括氨氮、硫氰化物、硫化物、氰化物、酚、奈、苯胺、苯并芘、单环或多环芳香族化合物、含氮、硫、氧的杂环化合物等，且含有一些有毒的物质，许多物质不但难以生物降解，通常还是直接或间接的致癌物质，故焦化废水是一种处理难度较大的工业污水。该类废水主要污染指标有：COD，BOD，氨氮等。焦化废水进水水质见表1。表1某焦化废水进水水质水量COD氨氮原水质：2000m3/d16000mg/L4000mg/L采用的工艺如下：调节池激电催化裂解装置反应池进水厌氧反应器MBBR生化池二沉池出水BLT脱氨氮反应器过渡池污泥回流收集池出水经过调节pH后进入BLT脱氨氮反应器，吹脱去除水中的氨氮；初步脱氨氮的废水经过渡池由泵送至激电催化裂解装置，继续降解水中有机胺，同时对大分子有机物进行开环和断链，提高污水可生化性；激电催化裂解装置后出水进入反应池，加入化学药剂，再次氧化有机物；物化工艺完成后，进入生化系统。首先进入厌氧反应器，厌氧反应器可降解90%左右的有机物；厌氧反应器出水进入MBBR生化池，在MBBR池中载体活性污泥的作用下，有机物被大幅降解，污水进入二沉池，进一步处理后即可达标排放。载体放置在生化池内，提高了污水处理系统的效率。焦化废水出水水质见表2。表2某焦化废水出水水质水量COD氨氮出水水质：2000m3/d80mg/L35mg/L6.2山东衡水某农药废水处理案例农药品种繁多，农药废水水质复杂，其主要特点是：①污染物浓度较高，COD可达每升数万毫克；②毒性大，废水中除含有农药和中间体外，还含有酚、砷、汞等有毒物质以及许多生物难以降解的物质；③有恶臭，对人的呼吸道和粘膜有刺激性；④水质、水量不稳定。因此，农药废水对环境的污染非常严重。农药废水处理的目的是降低农药生产废水中污染物浓度，提高回收利用率，力求达到无害化，不过现有的常规处理技术尚不完善。我公司运用高级物化处理加生化处理工艺来达到降解有机物的目的。农药废水进水水质水量见表3。表3某农药废水进水水质水量COD原水质：360m3/d22000mg/L采用的工艺如下：调节池激电催化裂解装置反应池进水厌氧反应器MBBR生化池二沉池出水污泥回流来水经过初步调节水质水量后由泵送至激电催化裂解装置，对大分子有机物进行开环和断链，提高污水可生化性；激电催化裂解装置后出水进入反应池，加入化学药剂，再次氧化有机物；物化工艺完成后，进入生化系统。首先进入厌氧反应器，厌氧反应器可降解90%左右的有机物；厌氧反应器出水进入MBBR生化池，在MBBR池中载体活性污泥的作用下，有机物被大幅降解，最后污水进入二沉池，进一步处理后即可达标排放。载体放置在生化池内。提高了污水处理系统的效率。农药废水出水水质见表4。表4某农药废水出水水质水量COD出水水质：360m3/d300mg/L6.3浙江杭州某印染废水处理案例印染行业是典型的高耗水产业。印染废水来源及污染物成分十分复杂，具有水质变化大、有机物含量高、色度高（主要为有色染料）等特点，直接排放对人类健康和生存环境带来极大危害，同时造成水资源的浪费。印染废水进水水质水量见表5。表5某印染废水进水水质水量COD原水质：3200m3/d2800—3000mg/L采用的工艺如下：调节池MBBR生化池进水出水初沉池水解酸化池二沉池污泥回流原水COD相对不高，可生化性较好，不必采用高级的物化工艺来对污水进行氧化，选用了水解酸化加MBBR组合生化工艺。水解酸化池能耗低，提高污水可生化性的同时降解有机物。后续采用MBBR生化池进行高效的好氧生化处理。好氧处理后进入二沉池，进一步处理后达标排放。载体放置在生化池内。提高了污水处理系统的效率。印染废水出水水质见表6。表6某印染废水出水水质水量COD出水水质：3200m3/d100mg/L6.4市政废水处理案例市政污水为可生化性较好的一类污水，所采用的工艺也较简单。市政污水进水水质水量见表7。表7某市政污水进水水质水量COD原水质：4000m3/d1200mg/L采用的工艺如下：调节池MBBR生化池进水出水初沉池水解酸化池二沉池污泥回流市政出水水质见表8。表8某市政污水出水水质水量COD出水水质：4000m3/d300mg