MBBR工艺标准说明材料

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+\流动床TM生物膜反应器(MBBRTM)工艺及在市政污水处理中的应用Moving BedTM Biofilm Reactor (MBBRTM) Process and its Application in Municipal Wastewater Treatment廖足良(Zuliang Liao) AnoxKaldnes AS,P. O. Box 2011, 3103 Tønsberg Norway 挪威喻培洁(Pia Welander) AnoxKaldnes AB,22647 Lund Sweden 瑞典 Hallvard Ødegaard (哈尔瓦˙欧德格) 挪威科技大学水与环境工程系,7491 Trondheim Norway 挪威 摘要流动床TM生物膜反应器(MBBRTM)工艺基于生物膜工艺的基本原理,又利用活性污泥工艺中生物量悬浮生长的特性。本文试图总结该工艺的主要特点和优势,总结该工艺在市政污水处理中去除有机物和脱氮除磷方面的研究和工程应用。1 简介生物膜广泛存在于自然界和人类活动中。例如,自然界中,土壤中的微生物吸附在土壤颗粒表面,形成生物膜,当从土壤的空隙流过的水中污染物(或基质)与土壤表面的生物膜接触,污染物被生物降解,因而污水被净化。生物膜一般具有很长的固体停留时间(SRT)。这有利于在不断的液流流过和基质利用过程中形成较为致密又布满孔隙的生物膜的微型空间结构。仅管生物膜的致密程度由于各方面因素(液流流速,基质浓度,供氧状态等)不同而异,其共同的非整形(FRACTAL)结构特征已被广泛认同。非整形的空隙孔径分布使得不同颗粒粒径的污染物(基质)都能够被生物膜通过不同的途经被捕获和生物降解。生物分解的产物也通过空隙传输到生物膜以外,进入水流中。当生物膜厚度达到基质难以进入最内层时,营养不足将导致生物膜本身被内源分解。这样,生物膜的厚度将随其生长的外部条件的变化而变化,并处于动态平衡。由于单位体积的生物膜量很大,生物反应器容积则可以很小,达到高效紧凑的工艺流程目标。然而,在自然界的生物膜和固定式生物膜反应器中,被处理的污染物不很容易扩散到生物膜的内部,在好氧状态,氧分子也不很容易均匀扩散到生物膜内。同时,老化的生物膜和生物降解产物也不易于传送到生物膜外。这样,固定式生物膜反应器在理论上的优越性并没有得到充分的发挥。加上采用的挂膜材料(生物填料)可能易于变形和垮塌,使固定式生物膜反应器的应用受到很大的影响。生物流化床工艺利用流化的颗粒填料,很好地解决了脱落的生物膜堵塞反应器的问题。流化床中采用的填料是颗粒填料,如砂,或其他人工烧结的以黏土为骨料的轻质填料。粒径小的颗粒填料虽易于流化,也易于被水流带走,颗粒大的填料不易于流化,需要很高的流化速度。为使填料保留在反应器中,适当的结构措施(如斜板)是必要的。为达到流化的目的,流化床反应器的结构设计必然较为复杂。当流化速度大时,生物膜不易于附着在颗粒填料表面,所以,颗粒填料的巨大表面积并没有得到充分利用。多孔型轻质填料虽然使有效表面积增加,但并不能根本改变这一局面。此外,当采用好氧生物流化床时,曝气充氧不易于与流化过程结合起来。活性污泥法在二十世纪初应用于污水处理以来得到很大的发展,主要是由于其系统相对简单,处理效果在系统运行稳定情况下比较好。但长期以来,活性污泥经受负荷冲击,温度变化(特别是低温),毒性影响,污泥膨胀的脆弱性困扰。污泥流失和系统效率低下是许多污水处理厂经常面对的问题。一种能结合生物膜法的较高的污泥浓度,长泥龄和不需污泥回流,以及活性污泥法的无堵塞和配水及混合均匀的特点的生物处理工艺将使生物处理变得高效,稳定,和容易维护管理。流动床TM生物膜反应器 (MBBRTM)工艺很好地反映了这样的要求。由AnoxKaldnes集团完成的采用MBBRTM工艺的市政和工业污水处理项目已达350多个,广泛应用于包括中国在内的全球43个国家。2 流动床TM生物膜反应器工艺的基本原理和工艺特点2-1 基本原理流动床TM生物膜工艺运用生物膜法的基本原理,充份利用了活性污泥法的优点,又克服了传统活性污泥法及固定式生物膜法的缺点。技术关键在于研究和开发了比重接近于水,轻微搅拌下易于随水自由运动的生物填料。生物填料具有有效表面积大,适合微生物吸附生长的特点。填料的结构以具有受保护的可供微生物生长的内表面积为特征。当曝气充氧时,空气泡的上升浮力推动填料和周围的水体流动起来,当气流穿过水流和填料的空隙时又被填料阻滞,并被分割成小气泡。在这样的过程中,填料被充分地搅拌并与水流混合,而空气流又被充分地分割成细小的气泡,增加了生物膜与氧气的接触和传氧效率。在厌氧条件下,水流和填料在潜水搅拌器的作用下充分流动起来,达到生物膜和被处理的污染物充分接触而生物分解的目的。流动床TM生物膜反应器工艺由此而得名。其原理示意图如图1所示。因此,流动床TM生物膜工艺突破了传统生物膜法(固定床生物膜工艺的堵塞和配水不均,以及生物流化床工艺的流化局限)的限制,为生物膜法更广泛地应用于污水的生物处理奠定了较好的基础。图1 流动床TM生物膜工艺原理示意图2-2 工艺特点流动床TM生物膜工艺的特点包括:1. 容积负荷高,紧凑省地:容积负荷取决于生物填料的有效比表面积。不同填料的比表面积相差很大。AnoxKaldnes集团开发的填料比表面积可以从200平方米/立方米到1200平方米/立方米填料体积的范围内变化,以适应不同的预处理要求和应用情况。2. 耐冲击性强,性能稳定,运行可靠:冲击负荷以及温度变化对流动床TM工艺的影响要远远小于对活性污泥法的影响。当污水成分发生变化,或污水毒性增加时,生物膜对此的耐受力很强。3. 搅拌和曝气系统操作方便,维护简单:曝气系统采用穿孔曝气管系统,不易堵塞。搅拌器采用具有香蕉型搅拌叶片,外形轮廓线条柔和,不损坏填料。整个搅拌和曝气系统很容易维护管理。4. 生物池无堵塞,生物池容积得到充分利用,没有死角:由于填料和水流在生物池的整个容积内都能得到混合,从根本上杜绝了生物池的堵塞可能,因此,池容得到完全利用。5. 灵活方便:工艺的灵活性体现在两方面。一方面,可以采用各种池型(深浅方圆都可),而不影响工艺的处理效果。另一方面,可以很灵活地选择不同的填料填充率,达到兼顾高效和远期扩大处理规模而无需增大池容的要求。对于原有活性污泥法处理厂的改造和升级,流动床TM生物膜工艺可以很方便地与原有的工艺有机结合起来,形成活性污泥-生物膜集成工艺(HYBASTM工艺)或流 动床TM-活性污泥组合工艺 (BASTM工艺)。6. 使用寿命长:优质耐用的生物填料,曝气系统和出水装置可以保证整个系统长期使用而不需要更换,折旧率较低。2-3 工艺基本物理要素流动床TM生物膜工艺的基本物理要素包括:生物填料;曝气系统或搅拌器系统;出水装置;池体。图2所示为工艺基本物理要素示意图。生物填料: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,比表面积界于200-1200平方/立方(如
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