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吴迪:MBBR在准IV类提标改造中的应用与思考_聚合硫酸铁生产厂家

发布时间:2018-06-05 19:51:27    

编者按MBBR,作为一种新型高效的污水处理方法,运用生物膜法的基本原理,强化污染物去除。

MBBR既充分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,同时兼具传统流化床和生物接触氧化法的特征,依靠曝气或搅拌的动力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复合系统,使得MBBR充分利用了了整个反应器空间,并发挥了附着相和悬浮相生物两者的优越性,扬长避短,相互补充。

与以往填料不同的是,悬浮载体能与污水频繁多次接触因而被称为“移动的生物膜”。

青岛思普润水处理股份有限公司是专业从事污水处理、污泥处理处置及黑臭水体治理等业务的技术研发、咨询、设计与施工的高科技环保技术公司。

公司现已拥有具备污水处理行业核心竞争力的MBBR自主知识产权及产品、MBBR相关技术研发创新能力和广泛的MBBR工艺运行业绩。

目前为止,已实施了超过80项污水厂新建及升级改造项目,积累了近600万吨/日的工程业绩。

另外,公司在厌氧氨氧化污水处理和污泥高级热水解技术研发方面已经取得了突破性的进展,并取得了自主知识产权,可以大规模应用于实际工程案例中。

近日,在《亚洲环保》主办的“第四届长三角(苏浙沪)排水与污水处理研讨会”上,思普润公司研发总监吴迪博士分享了提标改造过程中不同需求下的三种MBBR的技术路线,包括工艺设计要求、升级改造方案、悬浮载体的设计参数及行业标准等。

MBBR的本质是生物膜的工艺,但与此同时,MBBR更是一个集成体系,单纯的填料投加并不能达到良好效果。

只有通判考虑MBBR工艺体系多种影响因素,将MBBR工艺系统与各污水厂的客观条件紧密结合,才能提供长期稳定的解决方案。

MBBR即移动床生物膜技术,其微生物本质是生物膜,水力学特征是移动床,李村河污水处理厂是采用MBBR持续升级的典型案例。

青岛李村河污水处理厂在2010年之前运行水量17万m3/d,出水执行一级B标准。

2010年进行第一次提标改造,要求出水COD、BOD、氨氮要达到一级A标准。

采用思普润MBBR技术,将MBBR工艺嵌入到好氧池中,实现了以上指标的稳定一级A达标。

随着青岛市的发展,污水处理量逐年上升。

2015年该污水厂进行第二次提标改造,首先水量从17万m3/d提升到25万m3/d,其次要求所有出水指标均达到一级A标准,且出水具备达到准IV类水的能力。

所以我们采用工艺布置形式,扩大了好氧区悬浮载体的投加区域,并形成了五段Bardenpho工艺,来实现提量和提标。

在整个MBBR的升级改造过程中,从设备方面考虑,我们增加了悬浮载体、曝气系统、进水系统和出水筛网系统,形成了整个MBBR工艺中的设备部分。

但MBBR绝不仅仅是设备的简单集合,对工艺的认知不足就可能导致工艺的失败,比如填料堆积,筛网跑漏等。

李村河污水厂在原池采用MBBR进行改造,实现了从一级B到一级A到体量到达到准IV水的平滑升级。

是MBBR在城市污水厂升级改造中的典型应用。

MBBR的升级改造技术路线在污水厂升级改造的技术路线上,宏观上需要流域统筹、厂网协同,而对于污水处理厂本身而言则主要是能源资源的配置,核心则是各指标,如氨氮、TN、TP、SS去除方式的具体选择。

根据多年的升级改造经验,大体形成了三条技术路线:第一个技术路线是氮素分置。

该技术路线的特点是对于生化池的改动小,生化池主要去除氨氮,但需要新增反硝化滤池或MBBR后置反硝化池、混凝等工艺用以去除TN、TP和SS。

例如2008年无锡芦村的案例就是采用这样的技术路线,在好氧池投加悬浮载体,强化处理效果,并且增大了缺氧区,为反硝化脱氮创造条件。

同时芦村改造的时候,也是新建了深度处理系统,保证了各指标能够稳定达到一级A的标准。

MBBR之所以能够强化硝化反硝化过程,主要是因为从微生物的层面上,在悬浮载体、活性污泥这样的复合系统中,除了亚硝化单胞菌这些污水处理常见的AOB以外,还有硝化螺旋菌作为优势菌种存在。

当硝化螺旋菌作为优势菌种存在时,出水氨氮一般都非常稳定,在2mg/L甚至是1mg/L以下,可以作为出水水质较好和稳定的指示性微生物。

进一步,我们发现随着填料的成熟,硝化细菌逐步向填料上富集,这是微生物长期进化及选择的结果。

所以,以硝

化菌群为代表的比生长速率低的长泥龄菌群更易在填料上富集。

此外,许多高效反硝化菌群虽然是异养菌,生长速率很低,但它的反硝化速率却很高,在填料上也会有大量的检出。

并且随着运行时间的延长,填料上的硝化菌群的占比会逐步增加。

通过对十几个污水处理厂的填料进行测定,硝化细菌占比一般在8-10%,最好的为25%的,差异主要是与各个污水处理厂的运行水平有关。

此外,因为MBBR是一个悬浮载体,实质上它是菌种固定化机制。

对于采用常规活性污泥法的污水厂,它受到冲击以后,最难保证的就是氨氮的恢复,因为泥受到冲击后AOB得不到增值,并且增大排泥后,氨氧化细菌占比会继续降低。

而MBBR的工艺的硝化细菌主要富集在填料上,所以虽然冲击来临的时候水质有波动,但是冲击过后系统就可以很快恢复,所以MBBR的抗冲击能力比较强。

浙江的崇福污水厂是抗冲击的典型案例,通过菌群的固定化,使出水可以达到一个较高的排放标准。

第二个技术路线是氮素回归生化,强化生化脱氮。

该路线主要是在生化段去除氨氮和总氮,而SS和TP则在深度处理中进行去除。

对于总氮去除率要求不高的,可采用A2/O工艺,但是对总氮去除要求高的则需要采用五段Bardenpho工艺。

众所周知,传统A2/O工艺对TN的去除受到回流比的限制,一般不大于80%。

而在高标准尤其准Ⅳ类水提标的时候,出于对TN的要求,需要采用五段的Bardenpho工艺来破除回流比的限制。

浙江宁波新周污水厂污水厂设计水量16万m3/d,出水执行准Ⅳ类标准。

经过MBBR改造以后,出水总氮可达到一个较稳定的水平。

三门污水厂,采用MSBR-MBBR工艺进行五段Bardenpho工艺,出水效果稳定达到准Ⅳ类水的水平。

之所以采用这样的工艺路线,一方面受限于A2/O对TN的去除率,通过后置反硝化区域的设计,能够控制总氮去除率达到更高的要求。

另外一方面,悬浮载体除了特定的硝化菌群,填料上微生物菌落更加丰富,更容易保持水质的稳定性。

第三个技术路线是要在稳定脱氮的基础之上,强化生物除磷(溶解性总磷)。

此时就需要对生化池有更高的要求,以满足生物除磷的基本条件。

团岛污水处理厂,设计水量10万m3/d,进水水质浓度非常高。

在保证脱氮基础上,通过缩短它的泥龄,强化了生物除磷。

使出水总磷稳定地保持在1mg/L,去除率接近90%,充分发挥生物除磷的作用。

之所以MBBR能够强化生物除磷,实际是源于MBBR的双泥龄系统。

对于传统的活性污泥法,是单一泥龄系统,所以必须要兼顾脱氮和除磷。

但是对于MBBR工艺,则是双泥龄系统,系统既有悬浮态的短泥龄菌群,又有固定式附着态的长泥龄菌群。

通过人为控制,实现针对脱氮除磷泥龄的分离,强化脱氮除磷。

以上三条技术路线基本上可以满足大多数污水厂的升级改造。

它们有一个共同的特征,就是将MBBR工艺镶嵌在原工艺内。

整个技术路线都是以回归生物处理为基础,充分挖掘生化潜能,立足水厂现在,考虑未来发展。

MBBR在其中发挥着生物选择器的作用。

填料的设计参数与材质选择MBBR工艺更加关注填料的设计和选型,青岛思普润联合住建部共同出台了《水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料》行业标准,行业标准的制定主要是规范了市场的一些乱象,对悬浮载体进行了统一的界定。

在材质上,由于高密度聚乙烯(HDPE)在密度、耐候性以及热塑精密性上的优越,所以采用HDPE作为悬浮载体的材质。

另一方面是关于设计参数,通过对多个污水处理厂参数进行总结对比后发现,当两种不同类型的填料型号不同,填充率不同,但面积相同的时候,其处理能力是相当的。

MBBR的微生物学本质是生物膜,本来就对界面要求非常高,这也符合逻辑认知。

所以在MBBR设计上更倾向于采用膜面负荷。

很多人会认为填料的作用就是一味的增加生物量。

但是,需要认知的是生物量越多必然导致生物膜越厚,当生物膜厚度过高,就会减少过水断面,影响流化和传质。

一个极端的情况就是填料上全部都是微生物,此时生物膜过厚无法传质,势必也会影响去除效果。

所以冬季最佳的生物膜厚度为100μm,而夏季则是60μm。

所以MBBR的设计不是按照污泥负荷,而是采用膜负荷进行设计。

台州黄岩污水厂就是基于这样的理念进行的设计。

黄岩污水厂是2014年改造,但直到2107年才验收合格。

之所以会产生这些问题,就是由于进水水质大面积的超标,并且波动较大。

对于一般活性污泥系统,基本上不会有太大的效果。

但是采用MBBR工艺处理后,经过几年的运行,填料上的硝化细菌逐步富集,现在系统基本上达到稳定,并且在进水存在波动甚至超标的时候,出水依然能够保持稳定。

这也体现设计方案、设计方式的正确性。

按照膜负荷的设计指标,在设计范围内就能达标,超过设计范围就不达标,无任何填料的多投,这就体现了设计参数的合理性。

从材质寿命上来讲,进行了一系列的模拟实验,实验结果远远高于15年。

发展方向—关注MBBR的流化和传质填料的发展方向应该朝着具有更大有效比表面积的方向发展。

所以在工艺上,需要强调的是有效生物膜面积,要正确认知生物膜的作用,关注它的流化和传质。

工程方面,最直观的就是关于填料的拦截、流化。

首先,比较好的拦截系统要保障筛网不堵、不变形。

MBBR不是简单的筛网和填料的组合,也不是简单设备的集合。

筛网技术的核心就是防堵,MBBR成功的前提就是掌握水力学相关技术。

填料的流化是保证传质传氧良好的前提,是达到预期处理效果最基本的要求。

填料不流化,基本不挂膜,所以流化提供的水力剪切,是微生物富集、筛选、进化非常重要的外在条件,是生物膜动态更新的必要条件,是连接MBBR的宏观和微观,是MBBR区别于其他工艺最基础的特征,也是MBBR工艺与其他活性污泥和生物膜工艺要求不一样的地方。

由于MBBR是一个生物膜工艺,所以需更加关注其传质效果。

此外,生物膜属不饱和的营养结构。

当基质增大的时候,传质动力增强,去除负荷就会增加,这有利于提高抗冲击负荷能力。

生物膜的分层结构,有利于创造微观的厌/缺氧、好氧的环境,为同步硝化反硝化创造了条件。

实际上,在MBBR好氧区也发现了同步硝化反硝化过程,对TN的去除最多可达到20%,极大的节省了碳源投加。

对于同步硝化反硝化调试的核心,就是控制好溶解氧和水力剪切的平衡。

技术升级思普润同样注重产品升级。

早期的项目在无锡芦村使用的是循环流动池型,需要增加推流器来辅助填料流化。

而现在,可以采用微动力混合池型,不需推助推流器。

通过水力的科学布置,就能够实现较好的流化,极大的节省的投资和运行费用。

所以在工程上,最关注的是流化和传质。

工程水平的高低不仅关系着能否成功,更关系着MBBR基本原理能否在工程中展现。

思普润的实践经验主要是来源于大量的工程应用。

截止到目前,思普润以及积累了近100项工程案例,日处理水量近600万吨,业绩内遍布国内22个省级行政单位。

对于北方的低温有非常显著的效果。

在华东具体到长三角地区,也涵盖了MBBR结合各种工艺处理各类型水质,出水稳定达到一级A以及地表准IV水的各类工程业绩。

凝练MBBR工艺的优势就是,采用“镶嵌式”理念,能够快速施工,投资费用低低、能达到要求的排放标准,运营效果稳定,并且不改变原来工艺的运行方式,后期运行维护简单,也可在后期通过填料的补投来实现水量和水质的持续升级。

从工艺包来讲,前面说到的填料、进水、拦截、曝气系统是MBBR的设备集合,此外MBBR的设计和后期的运行保证都是工艺包中的重要一环,三者紧密结合才能让MBBR系统更好的运行。

思普润会和用户签订水质保障协议,保证水质达标,这是对产品的绝对信心,也是对技术的承诺。

MBBR工艺的发展以污水厂能源资源平衡的概念厂是未来的发展方向,核心工艺就是MBBR和自养脱氮,MBBR是思普润已有的核心优势,自养脱氮则是未来技术的主要发展方向。

思普润研发中心已经启动了50m3/d的厌氧氨氧化中试,目前也获得了非常好的效果。

MBBR作为易附着菌群的载体,可以对一些特殊水质进行细菌的筛选,这也是MBBR未来的发展方向。

最后给大家简单介绍一下青岛思普润水处理股份有限公司。

公司于2006年成立,秉持着专业、专注、专谨的精神,始终专注于MBBR工艺的研究。

公司也获得了包括技术和行业在内的多项荣誉,并且也承担着“十二五”、“十三五”的水专项课题,此外也和很多水务集团和高校进行课题共建,共同完成MBBR工艺进一步发展。

公司也是非常年轻化的团队,非常欢迎各位同行、朋友来公司、来青岛参观指导。

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