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MBBR工藝工藝一體化污水處理一體化設(shè)備介紹

一、MBBR工藝工藝背景介紹

從多年的運(yùn)行實(shí)踐來看，活性污泥法雖較為成熟，但也存在很多的缺點(diǎn)和不足，如曝氣池容積大、占地面積高、基建費(fèi)用高等，同時(shí)對(duì)水質(zhì)、水量變化的適應(yīng)性較低，運(yùn)行效果易受水質(zhì)、水量變化的影響等。鑒于上述因素，這種污水處理方法逐漸被后來的生物膜法所取代。生物膜法彌補(bǔ)了活性污泥法的很多不足，如它的穩(wěn)定性好、承受有機(jī)負(fù)荷和水力負(fù)荷沖擊的能力強(qiáng)、無污泥膨脹、無回流，對(duì)有機(jī)物的去除率高，反應(yīng)器的體積小、污水處理廠占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。但是生物膜法也有其*的缺陷，如生物濾池中的濾料易堵塞、需周期性反沖洗、同時(shí)固定填料以及填料下曝氣設(shè)備的更換較困難、生物流化床反應(yīng)器中的載體顆粒只有在流化狀態(tài)下才能發(fā)揮作用、工藝的穩(wěn)定性較差…等。介于以上兩種工藝的缺點(diǎn)和不足，移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(moving-bed-biofilm-reactor，簡(jiǎn)稱MBBR工藝)應(yīng)運(yùn)而生。MBBR工藝法在80年代末就有所介紹并很快在歐洲得到應(yīng)用，它吸取了傳統(tǒng)的活性污泥法和生物接觸氧化法兩者的優(yōu)點(diǎn)而成為一種新型、高效的復(fù)合工藝處理方法。其核心部分就是以比重接近水的懸浮填料直接投加到曝氣池中作為微生物的活性載體，依靠曝氣池內(nèi)的曝氣和水流的提升作用而處于流化狀態(tài)，當(dāng)微生物附著在載體上，漂浮的載體在反應(yīng)器內(nèi)隨著混合液的回旋翻轉(zhuǎn)作用而自由移動(dòng)，從而達(dá)到污水處理的目的。作為懸浮生長(zhǎng)的活性污泥法和附著生長(zhǎng)的生物膜法相結(jié)合的一種工藝，MBBR工藝法兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)：占地少——在相同的負(fù)荷條件下它只需要普通氧化池20%的容積；微生物附著在載體上隨水流流動(dòng)所以不需活性污泥回流或循環(huán)反沖洗；載體生物不斷脫落，避免堵塞；有機(jī)負(fù)荷高、耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，所以出水水質(zhì)穩(wěn)定；水頭損失小、動(dòng)力消耗低，運(yùn)行簡(jiǎn)單，操作管理容易；同時(shí)適用于改造工程等。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的進(jìn)程和人口急劇的膨脹，水污染問題已經(jīng)成為社會(huì)焦點(diǎn)之一，目前污水處理的方法主要有活性污泥法和生物膜法兩大類：活性污泥法從20世紀(jì)初英國(guó)開創(chuàng)以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展革新已經(jīng)擁有多種運(yùn)行方式，同時(shí)由于其的污水處理效果而逐漸成為大家認(rèn)可的比較成熟的工藝；生物膜法是利用附著在填料上的生物對(duì)水體進(jìn)行凈化的一種工藝，近年來也得到迅速的發(fā)展和提高。
在過去十幾年的研究中，MBBR工藝法已經(jīng)作為一種成熟的工藝廣泛應(yīng)用于造紙廢水、食品工業(yè)廢水、屠宰廢水、煉油廢水等工業(yè)廢水中，同時(shí)也可以處理城市生活污水以及城市廢水與工業(yè)廢水的混合污水。許多工程實(shí)例表明，用MBBR工藝法處理污水效果良好。

二、MBBR工藝工藝的原理

MBBR工藝工藝原理是通過向反應(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，所以在曝氣的時(shí)候，與水呈混合狀態(tài)，微生物生長(zhǎng)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(gè)載體內(nèi)外均具有不同的生物種類，內(nèi)部生長(zhǎng)一些厭氧菌或兼氧菌，外部為好養(yǎng)菌，這樣每個(gè)載體都為一個(gè)微型反應(yīng)器，使硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)同時(shí)存在，從而提高了處理效果。

MBBR工藝工藝兼具傳統(tǒng)流化床和生物接觸氧化法兩者的優(yōu)點(diǎn)，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(jìn)而形成懸浮生長(zhǎng)的活性污泥和附著生長(zhǎng)的生物膜，這就使得移動(dòng)床生物膜使用了整個(gè)反應(yīng)器空間，充分發(fā)揮附著相和懸浮相生物兩者的*性，使之揚(yáng)長(zhǎng)避短，相互補(bǔ)充。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(dòng)的生物膜"。

三、MBBR工藝工藝影響因素分析

1、填料對(duì)MBBR工藝法的影響
MBBR工藝法的技術(shù)關(guān)鍵在于比重接近于水、輕微攪拌下易于隨水自由運(yùn)動(dòng)的生物填料。通常填料由聚乙烯塑料制成，每一個(gè)載體的外形為直徑10mm、高8mm的小圓柱體，圓柱體中有十字支撐，外壁有突出的豎條狀鰭翅，填料中空部分占整個(gè)體積的0.95，即在一個(gè)充滿水和填料的容器中，每一個(gè)填料中水占的體積為95%?？紤]到填料旋轉(zhuǎn)以及總?cè)萜魅莘e，填料的填充比被定義為載體所占空問的比例，為了達(dá)到混合效果，填料的填充比為0.7。理論上填料總的比表面積是按照每一單位體積生物載體比表面積的數(shù)量來定義的，一般為700m2/m3。當(dāng)生物膜在載體內(nèi)部生長(zhǎng)時(shí)，實(shí)際有效利用的比表面積約為500m2/m3。
此類型的生物填料有利于微生物在填料內(nèi)側(cè)附著生長(zhǎng)，形成較穩(wěn)定的生物膜，并且容易形成流化狀態(tài)。當(dāng)預(yù)處理要求較低或污水中含有大量纖維物質(zhì)時(shí)，例如在市政污水處理中不采用初沉池或者在處理含有大量纖維的造紙廢水時(shí)，采用比表面積較小、尺寸較大的生物填料，當(dāng)已有較好的預(yù)處理或用于硝化時(shí)，采用比表面積大的生物填料。
2、溶解氧(DO)對(duì)MBBR工藝法的影響
對(duì)DO在MBBR工藝中同步硝化一反硝化生物脫氮過程中的影響機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)分析，認(rèn)為DO濃度是影響同步硝化一反硝化的一個(gè)主要的限制因素。通過對(duì)DO濃度的控制，可使生物膜的不同部位形成好氧區(qū)或缺氧區(qū)，這樣便具有了實(shí)現(xiàn)同步硝化一反硝化的物理?xiàng)l件。從理論上講，當(dāng)DO質(zhì)量濃度過于高時(shí)，DO能穿透到生物膜內(nèi)部，使其內(nèi)部難以形成缺氧區(qū)，大量的氨氮被氧化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，使得出水TN仍然很高；反之，如果DO濃度很低，就會(huì)造成生物膜內(nèi)部很大比例的厭氧區(qū)，生物膜反硝化能力增強(qiáng)(出水硝氮和亞硝氮濃度都很低)，但由于DO供應(yīng)不足，MBBR工藝工藝硝化效果下降，使得出水氨氮濃度上升，從而導(dǎo)致出水TN上升，影響最終的處理效果。通過研究最終得出了MBBR工藝法處理城市生活污水DO的一個(gè)值：當(dāng)DO質(zhì)量濃度在2mg/L以上時(shí)，DO對(duì)MBBR工藝硝化效果的影響不大，氨氮的去除率可達(dá)97%-99%，出水氨氮都能保持在1.0mg/L以下；DO質(zhì)量濃度在1.0mg/L左右時(shí)，氨氮的去除率在84%左右，出水氨氮濃度有明顯上升。另外，曝氣池內(nèi)DO也不宜過高，溶解氧過高能夠?qū)е掠袡C(jī)污染物分解過快，從而使微生物缺乏營(yíng)養(yǎng)，活性污泥易于老化，結(jié)構(gòu)松散。此外，DO過高，過量耗能，在經(jīng)濟(jì)上也是不適宜的。
因?yàn)镸BBR工藝法主要是通過懸浮填料來實(shí)現(xiàn)最終的污水處理，所以DO對(duì)懸浮填料的影響也是影響整個(gè)處理結(jié)果的關(guān)鍵。曹占平等對(duì)MBBR工藝法充氧能力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明反應(yīng)器的充氧能力在一定范圍內(nèi)隨著懸浮填料填充率的增大而增大。在曝氣的作用下，水隨填料一起流化，水流紊動(dòng)程度較無填料時(shí)大，加速了氣液界面的更新和氧的轉(zhuǎn)移，使氧的轉(zhuǎn)移速率提高。隨著填料數(shù)量的增多，填料、氣流和水流三者之間的這種切割作用和紊動(dòng)作用不斷加強(qiáng)。但加入填料量為60%時(shí)，填料在水中的流化效果變差，水體紊動(dòng)程度也降低，使得氧的傳遞速率下降，氧的利用率降低。所以針對(duì)不同類型的水質(zhì)，控制好DO的量對(duì)整個(gè)工藝最終的處理結(jié)果是至關(guān)重要的。
3、水力停留時(shí)間對(duì)MBBR工藝工藝的影響
合適的水力停留時(shí)間(HRT)是確保凈化效果和工程投資經(jīng)濟(jì)性的重要控制因素。水力停留時(shí)間的長(zhǎng)短將直接影響到水中有機(jī)物與生物膜的接觸時(shí)間，進(jìn)而影響微生物對(duì)有機(jī)物的吸附和降解效率，所以針對(duì)不同的污水類型找出經(jīng)濟(jì)而合理的HRT是非常關(guān)鍵的問題之一。國(guó)內(nèi)外對(duì)HRT的研究并沒有局限于研究HRT本身的影響，而是通過實(shí)驗(yàn)去宏觀把握。SHHosseini等副在用MBBR工藝法對(duì)含酚類工業(yè)廢水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明：在一般情況下，隨著HRT的逐漸延長(zhǎng)，出水COD濃度會(huì)逐漸降低。但同時(shí)他也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)更重要的影響因素，即廢水中酚類物質(zhì)的COD濃度與總的COD濃度的比值(CODph/CODtot)，當(dāng)這一比值達(dá)到0.6(即CODDph的濃度為480mg/L)時(shí)，COD的去除高并不受水力停留時(shí)間的影響。國(guó)內(nèi)的實(shí)驗(yàn)大多認(rèn)為出水COD平均濃度隨著水力停留時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，若要縮短水力停留時(shí)間可通過加大填料的投加比例(高達(dá)70%)來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)對(duì)出水水質(zhì)要求不高時(shí)可減少填料的投加比例引。另外還有試驗(yàn)結(jié)果表明：在中低氨氮負(fù)荷條件下，隨HRT的減少，氨氮填料表面負(fù)荷逐步升高，同時(shí)去除率維持原有水平或有一定增長(zhǎng)；當(dāng)氨氮負(fù)荷升至高水平后，隨著HRT的減少，氨氮去除率逐步降低。這些針對(duì)HRT的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果為今后MBBR工藝法的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，但同時(shí)也有許多需要改進(jìn)之處，比如試驗(yàn)只是單純的考慮HRT本身的影響，沒有把其他因素與HRT的關(guān)系有機(jī)的結(jié)合起來，而SHHosseini等在酚類廢水處理的研究中將HRT和其他因素有機(jī)的結(jié)合起來進(jìn)行探討，不僅找到實(shí)驗(yàn)最重要的影響因素，同時(shí)實(shí)驗(yàn)過程中各因素之間的相互影響、相互制約關(guān)系也得到了很好地體現(xiàn)。所以針對(duì)影響因素的研究我們需要更全面更綜合的考慮。
4、水溫對(duì)MBBR工藝法的影響
在影響微生物生理活動(dòng)的各項(xiàng)因素中，溫度的作用非常重要。溫度適宜，能夠促進(jìn)、強(qiáng)化微生物的生理活動(dòng)；溫度不適宜，能夠減弱甚至破壞微生物的生理活動(dòng)。溫度不適宜還能夠?qū)е挛⑸镄螒B(tài)和生理特性的改變，甚至可能使微生物死亡。而微生物的溫度是指在這一溫度條件下，微生物的生理活動(dòng)強(qiáng)勁、旺盛，表現(xiàn)在增殖方面則是裂殖速度快、世代時(shí)間短。MBBR工藝法主要是通過生物膜中各種類型微生物的新陳代謝來達(dá)到對(duì)污水中有機(jī)污染物的降解，所以生物膜生長(zhǎng)的好壞將直接關(guān)系到廢水處理的最終結(jié)果，尤其對(duì)于硝化菌、反硝化菌而言，它們的生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，且對(duì)環(huán)境的變化非常敏感，硝化菌的適宜溫度是20℃-30℃，反硝化菌的適宜溫度是20℃-40℃，溫度低于15℃時(shí)，這兩類細(xì)菌的活性均降低，5~C是停止，所以溫度的變化將直接影響這類細(xì)菌的生長(zhǎng)。相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氨氮填料表面負(fù)荷的變化基本與水溫的變化趨勢(shì)一致。水溫低時(shí)填料表面負(fù)荷低，水溫高時(shí)填料表面負(fù)荷約達(dá)到水溫低時(shí)的15倍。由此可見，硝化細(xì)菌受溫度影響大，低溫條件下活性較弱。
5、pH值對(duì)MBBR工藝法的影響
微生物的生理活動(dòng)與環(huán)境的酸堿度密切相關(guān)，只有在適宜的酸堿度條件下，微生物才能進(jìn)行正常的生理活動(dòng)。pH值過大的偏離適宜數(shù)值，微生物的酶系統(tǒng)的催化功能就會(huì)減弱，甚至消失。不同種屬的微生物生理活動(dòng)適應(yīng)的pH值，都有一定的范圍，在這一范圍內(nèi)，還可分為pH值、pH值和pH值。在或的pH環(huán)境中，微生物雖然能夠成活，但生理活動(dòng)微弱，易于死亡，增殖速率大為降低。參與污水生物處理的微生物，一般的pH值范圍，介于6.5-8.5之間。MBBR工藝法作為生物膜法與活性污泥法相結(jié)合的工藝，同樣依賴于微生物的生長(zhǎng)以達(dá)到有機(jī)物降解的目的。所以保持微生物pH范圍是取得良好污水處理效果的必要條件，當(dāng)污水(特別是工業(yè)廢水)的pH值變化較大時(shí)，需要考慮設(shè)調(diào)節(jié)池，使污水的pH值調(diào)節(jié)到適宜范圍后再進(jìn)行曝氣。
6、其他因素對(duì)MBBR工藝法的影響
根據(jù)每一個(gè)具體試驗(yàn)條件的不同，還會(huì)有許多不同的影響因素。如氣水比一般控制在(3～4)，這樣的氣量能使反應(yīng)器中的填料均勻地循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)起來；濁度也需要控制在一定范圍內(nèi)，相關(guān)研究結(jié)果表明：濁度大使得某些懸浮物容易覆蓋在生物膜的表面，阻礙生物氧化作用的進(jìn)行，導(dǎo)致處理效率大幅下降，同時(shí)還容易造成填料堵塞，另外整個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)進(jìn)水濁度和出水濁度進(jìn)行了檢測(cè)，進(jìn)水濁度為17.6-160NTU，出水濁度為18.1-142NTU，結(jié)果發(fā)現(xiàn)中試裝置對(duì)濁度基本沒有去除效果，出水濁度隨著進(jìn)水濁度的變化而變化，所以我們需要嚴(yán)格控制好進(jìn)水濁度的量；COD容積負(fù)荷對(duì)去除率也有很大的影響，研究表明COD容積負(fù)荷為0.48-2.93kg/(m3?d)的范圍內(nèi)對(duì)COD的去除率基本穩(wěn)定在60%-80%。在相同的水力停留時(shí)間下COD的去除率隨負(fù)荷呈正比增加趨勢(shì)，這是因?yàn)楫?dāng)進(jìn)水COD濃度較低時(shí)微生物降解有機(jī)物的速率也較小，其降解能力不能充分發(fā)揮，當(dāng)進(jìn)水COD濃度增大時(shí)促進(jìn)了生物膜微生物的生長(zhǎng)，提高了降解速率，故對(duì)COD去除率得到了提高。以上各因素都會(huì)對(duì)污水處理造成不同程度的影響，此外還有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、有毒物質(zhì)等，如果這些物質(zhì)過多的偏離微生物生長(zhǎng)需要，就會(huì)對(duì)污水處理的最終結(jié)果產(chǎn)生影響。我們須根據(jù)具體的條件和要求來確定哪一個(gè)因素是主要影響MBBR工藝法的最終結(jié)果。

四、MBBR工藝的特點(diǎn)

與活性污泥法和固定填料生物膜法相比，MBBR工藝既具有活性污泥法的高效性和運(yùn)轉(zhuǎn)靈活性，又具有傳統(tǒng)生物膜法耐沖擊負(fù)荷、泥齡長(zhǎng)、剩余污泥少的特點(diǎn)。
1、填料特點(diǎn)
填料多為聚乙烯、聚丙烯及其改性材料、聚氨酯泡沫體等制成的，比重接近于水，以圓柱狀和球狀為主，易于掛膜，不結(jié)團(tuán)、不堵塞、脫膜容易。
2、良好的脫氮能力
填料上形成好養(yǎng)、缺氧和厭氧環(huán)境，硝化和反硝化反應(yīng)能夠在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生，對(duì)氨氮的去除具有良好的效果。
3、去除有機(jī)物效果好
反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度較高，一般污泥濃度為普通活性污泥法的5～10倍，可高達(dá)30～40g/L。提高了對(duì)有機(jī)物的處理效率，同時(shí)耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。
4、易于維護(hù)管理
曝氣池內(nèi)無需設(shè)置填料支架，對(duì)填料以及池底的曝氣裝置的維護(hù)方便，同時(shí)能夠節(jié)省投資及占地面積。