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MBBR
MBBR法在工业废水处理中的应用
2007-4-17 中国环保网
作 者:
范懋功
摘要:
采用流动床生物膜法(MBBR)处理食品、造纸、化工、炼油厂生产废水,在欧美已广泛应用。
许多工程实例表明该法有很好的处理效果。
文中介绍了MBBR法在欧美的应用情况。
关键词:
MBBR法;流动床;生物膜;工业废水;废水处理;工程实例
1MBBR法的特点
流动床生物膜法(MovingBedBiofilmReactorProcess简称MBBR法)是生长生物膜的载体层在废水中不断流动的生物接触氧化法。
载体是聚乙烯中空圆柱体,长5~7mm,直径10mm,内部有十字支撑,外部有翅片,密度0.95g/cm2,空隙率88%,可供生物膜附着的比表面积约400m2/m3。
这种载体的特殊形状使微生物在有保护的载体内表面生长而去除废水中的BOD5。
MBBR法先在北欧挪威和瑞典应用然后推广到欧美。
笔者根据掌握的一些国外公司的资料,对MBBR法在国外的应用情况作以下介绍。
此法具有下列特点:
①空间小:
MBBR反应器能处理与普通氧化池相同的负荷但只要20%的空间。
②能扩容:
由于MBBR法设计的灵活性,所提供的反应器以后扩容方便。
③操作管理简单:
附着生长生物膜的载体在反应器内流动不需要活性污泥回流或循环反冲洗。
④不会堵塞:
载体生物(Biomass)在紊流中不断脱落,避免堵塞。
⑤生物易恢复活力:
生物在改变温度和pH值,超负荷或受毒害作用下也能很快恢复活力,使处理效果稳定。
⑥池型和构造与普通接触氧化池一样。
为了防止载体流失,在出水口处安装格网。
⑦适宜用于改造工程:
现有废水处理池或不用水池改成MBBR反应池最方便,安装维护简便。
⑧MBBR法的不足之处是载体价格比国内采用的组合填料或弹性填料贵,但该法优点所带来的经济效益足以补偿。
2MBBR法的各种配置形式
MBBR法的灵活性使其能根据处理要求和空间大小而采用不同的配置方式,例如:
①当废水要求去除BOD。
和脱氮时可在格栅和气浮池(或沉淀池)之间配置2个串联的MBBR反应器。
②用多个厌氧和好氧反应器串联使废水完全脱氮。
厌氧池中装潜水搅拌机和载体。
③改造部分活性污泥地或其他水池使成为复合(HYBRID)生物处理法,增加处理容量。
3工程实例
3.1处理食品工业废水
3.1.1奶制品厂废水
挪威KMT公司早在1989年已对奶制品厂废水进行小规模试验后,在挪威南部奥斯陆一奶制品厂建试验处理厂。
废水水质:
pH=5~10,ρ(COD)=3190mg/L,ρ(BOD5)=1050mg/L,总磷ρ(P)=6.7mg/L,总氮ρ(N)=43mg/L。
处理流程:
废水→第一反应器→第二反应器→沉淀池→排放。
当反应器停留时间为7h时,COD去除率为85%,停留时间为8h时,COD去除率可达90%。
当废水进水pH值达11时,经第一反应器生物处理后pH值下降到7左右。
试验成功后该奶制品厂于1993年建成处理厂,处理冲洗容器产生的废水,废水量平均90m3/d,最大125m3/d。
用泵把废水送到沉砂池再流入原有调节池,在池中进行预曝气。
用2台潜水泵(1用1备)从调节池抽水经除油(脂肪)池流入3个串联的MBBR反应器,反应器的容积分别为33,16,16m3,总容积65m3。
池深3.0m。
总停留时间为17.3h。
载体填充率为容积的53%。
反应器中用不锈钢多孔管布气系统,由2台450m3/h的鼓风机供气。
处理后废水排入城市污水管。
处理厂1993年4月以后运行一直稳定,耗能量平均4.8kw·h/kg(BOD5)。
处理结果见表l。
表1奶制品废水处理结果
ρ(COD)/(mg·L-1)
ρ(BOD5)/(mg·L-1)
进水
2500
1264
出水
400
45
去除率/%
84
96.4
3.1.2薯条厂废水
挪威一薯条厂废水处理采用MBBR法进行好氧处理。
小部分废水先经厌氧预处理,大部分废水没有预处理。
MBBR由3个串联的反应器组成。
生物处理后的废水在进入最终沉淀池之前进行加药混凝。
载体的比表面积为450m2/m3,填充率>50%。
测定结果见表2。
表2 薯条生产废水处理结果
项目
进水COD负荷/kg·d-1
出水COD负荷/kg·d-1
去除率/%
进水ρ(COD)/mg/L
出水ρ(COD)/mg/L
1
443±140
20.3±10.8
95.3
1512±393
54.9±28.2
2
845±465
21.5±7.9
97.5
2394±1106
63.0±16.5
3.2造纸工业废水
3.2.1再生纸厂废水
美国某一新建再生纸厂,最大处理量为1325m3/d,BOD5质量浓度为350mg/L。
经过一系列的小规模试验后,安装2个串联的MBBR反应池,每池容积81.7m3,总池容为163.4m3。
载体填充率为60%,总用气量为1700m3/h。
处理流程见图l。
浮渣用压滤机脱水。
此系统BOD5去除率达95%。
MBBR反应器后续气浮池出水排入附近河流.
3.2.2铜板纸厂废水
瑞典北部STORAPAPYRUSGRYCKSBD造纸厂生产铜版纸,1993年建MBBR法废水处理厂。
设计流量3120m3/d。
废水的最高水温37℃,ρ(SS)=1500mg/L。
采用2个串联的MBBR反应器,每个反应器容积65m3,总容积130m3,水深3.4m,总停留时间=lh。
载体填充率为67%。
采用3台780m3/h鼓风机(2用1备),曝气耗电量0.1kw·h/kg(COD)。
处理流程:
废水进入集水池后经热交换器冷却到30~35℃,再用计量泵投加N,P后流入MBBR反应器进行生物处理,废水量约为80~100m3/h,与100~200m3/h的冷却水混合后加聚合氯化铝200mg/L进行化学沉淀,处理水排入湖中。
处理结果:
进水COD和BOD5的质量浓度分别为1000、326mg/L,处理后COD和BOD5的质量浓度分别为160、51mg/L,出水总磷的质量浓度小于0.1mg/L。
3.3化工废水
美国一化工废水处理厂扩建工程,用MBBR法代替老的滴滤池。
新建MBBR废水设施占地面积仅为223m2。
MBBR出水直接流入纯氧活性污泥系统。
处理流程见图2。
MBBR技术参数:
设计流量20715m3/d,最高日流量32700m3/d,容积负荷12.5kg(BOD5)/(m3·d)。
去除率大于60%。
反应器数量2,处理池总容积2007m3。
停留时间 2.5h,载体填充率50%,需用空气量22425m3/h,由3台鼓风机(2用1备)供应。
每天可去除BOD516.360kg,有机物的去降率大于60%。
如果将来废水中有机物浓度增加还可增填30%的载体。
3.4炼油厂废水
美国菲力普石油公司有一每天提炼11万桶原油的炼油厂,一每天9.5桶液化天然气分馏加工厂和一化工厂。
废水排放量平均19684m3/d,最高28388m3/d,原活性污泥法废水处理厂为适应有机负荷的增加和提高硝化能力进行改造。
将原初沉池改为MBBR系统,在池中填加流动层载体,填充率30%,池容1927m3,供气量15463m3/h。
改造后的MBBR和原有的活性污泥处理系统组合成HYBRID系统。
改造后的处理流程见图3。
1999年4月开始运行,处理结果见表3:
表3炼油厂废水处理结果
测试项目
测试时间
1999-04
1999-05
1999-06
水量(m3·h-1)
22483
23051
20288
原水
ρ(COD)/mg/L
386
386
283
ρ(NH3—N)/mg/L
12.4
8.1
133
MBBR出水
ρ(COD)/mg/L
157
133
100
砂滤出水
ρ(COD)/mg/L
58
50
46
ρ(NH3—N)/mg/L
1.1
0.6
0.7
出水浊度从30~40NTU降低到小于15NTU。
用处理后水每天反冲洗滤池一次。
该系统能去除80%的有机负荷。
4结语
从上述工程实例可见,用MBBR法处理工业废水有突出的优点。
MBBR可处理高浓度的废水,也特别适用于改造工程,可不加处理池提高处理容量;或与原有生物处理系统组合成HYBRID系统,改进处理效果。
关于MBBR
污水的生物膜法既是古老的,又是发展中的工艺。
迄今为止,已经有多种生物膜法在使用,如好氧生物滤池、生物转盘、淹没式生物滤池,颗粒介质生物膜、流化床等,悬浮载体生物膜法有称悬浮填料移动床工艺,是在20世纪90年代中期得到开发和应用的,它是吸收了传统的流化床和生物接触氧化法两者的优点而成的一种高效的污水处理方法。
其核心部分就是以比重接近于水的悬浮填料直接投加到曝气池中作为微生物的活性载体,依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用处于流化状态,它是悬浮生长的活性污泥法和附着生长的生物膜法相结合的一种工艺。
以以往的填料不同的是,悬浮填料能与污水频繁多次接触,因此被称为“移动的生物膜”。
在国外,悬浮载体移动膜工艺已进入实用阶段,而我国的悬浮载体移动膜工艺基本上还处于实验室研究阶段和中试研究阶段。
1. 特点
1.1具有生物膜法所具有的优点
参与净化反应微生物的多样化,微生物专性更强;生物的食物链长,正是因为在生物膜上形成的食物链长于活性污泥上的食物链,在生物膜处理系统内产泥量也少于活性污泥处理系统,据报道由于悬浮填料一般比表面积都较大,附着在填料表面及内部生长的微生物数量大、种类多,因此污泥浓度可达普通活性污泥法的污泥浓度的5-10倍,曝气池污泥总质量浓度最高可达30-40g/L,并且在填料单元内可以形成从细菌-原生动物-后生动物的食物链;能够存活世代时间较长的微生物,这是因为在生物膜处理法中,生物固体平均停留时间与水力停留时间无关,时代时间较长的硝化菌和亚硝化菌也能得以繁衍、增殖;由生物膜上脱落下来的生物污泥,所含的动物成份很多,比重较大,而且污泥颗粒个体较大,污泥的沉降性良好,易于固液分离,系统的处理效果不太依赖微生物的分离;能够处理低浓度的污水;活性污泥处理系统在原污水的BOD值长期低于50-60mg/L,将影响活性污泥的絮凝体的形成和增长,净化功能降低,处理水质下降。
但是,生物膜处理法对低浓度污水,也能取得较好的处理效果。
1.2与活性污泥法及其它生物膜法相比
MBBR是活性污泥和生物膜法的联合工艺,取二者之长,避二者之短。
和MBBR工艺相比:
①好氧生物滤池不能充分利用池容;②生物转盘经常出现机械设备问题;③淹没式生物滤池难以使负荷均匀分布在载体的表面;④由于需要反洗,颗粒介质生物滤池不能连续工作;⑤流化床不稳定。
与多数的生物膜反应器相比,,MBBR克服了这些缺点,利用了整个池容,和活性污泥反应器一样;与活性污泥反应器相比,它不需要污泥回流,和生物膜反应器一样。
生物膜在整个反应器内自由流化的载体上生长,在反应器得出流处用格栅将载体截流在反应器内。
因为不需要污泥回流,只有剩余的微生物需分离,这就比活性污泥法有很大的优势。
1.3悬浮填料的特点
在MBBR法中,悬浮填料是其核心部分,具有独特的优点:
⑴悬浮填料在不曝气时浮于水的表面,无须固定支架支撑,这是反应池的安装和维修变得很方便;当曝气时,生长了生物膜的填料密度因与水接近,填料依靠曝气的搅拌作用,处于流化状态,这不仅使污水与填料上的生物膜广泛而频繁多次地接触,而且填料在流化过程中切割分散气泡,使布气趋于均匀,氧利用率也得到了提高,由此产生的固、液、气的三相充分接触混合和碰撞,增大了传质面积,提高了传质效率,强化了传质过程,因此,在达到一定的污染物去除率情况下,污水在池内的停留时间更短,同时,即使有了冲击负荷,也可以很快的恢复处理效果。
另外,悬浮填料受到气流、水流的冲刷,老化的膜能够自动脱落,保证了膜的活性,促进了新陈代谢,而且在反应池中水流化的填料还可能大量生长丝状菌,既可利用丝状菌高效降解有机物的功能,使出水水质改善,又无污泥膨胀之虞。
⑵维护管理方便。
由于填料比重与水接近,只需要很少的气量即可使其均匀悬浮于水中。
使用时无需填料支架,只需在曝气池出水处设置栅网拦截,靠曝气水流将其回流至池前端,可节省投资,且投配、更新更方便。
另外操作者不用像管理活性污泥法系统那样,担心污泥回流比、排除剩余污泥量及污泥膨胀等问题,因此,操作简单,工作量也少。
⑶填充率易选择。
30%-50%(体积比)的填料在曝气池中流化良好。
对于悬浮填料只要冲氧能力许可并保证其自由悬浮,可以根据需要选择填充比率。
1.4主要特点
资料显示,MBBR工艺的主要特点:
为了维持较高的硝化率,需要较高的溶解氧。
硝化率取决于有机物的负荷、氨的浓度和溶解氧3个因素。
研究表明:
在这3个参数中有机负荷是关键因素,应该尽可能低,当有机负荷BOD超过4g/(m2d),需要很高的溶氧浓度才能使硝化反应发生;当氨的浓度很低时,才会限制硝化作用;更重要的是溶解氧的影响,即使他的浓度相当高也可能限制硝化率。
试验中当溶氧的浓度大于2-3mg/L硝化作用才开始进行,而且硝化率和溶氧的浓度接近线性关系,直到溶氧浓度超过10mg/L。
2MBBR工艺的研究现状和应用
由于MBBR工艺具有如此多的优点,国外已有很多专家、学者对这一工艺进行了深入地研究,对有机物的去除及脱氮除磷的机理和影响因素有了较深入的认识,在过去的10年中,移动床生物膜技术在挪威得到发展,现在有100多个基于此技术的污水处理厂在世界各地的17个国家已经投入使用或建造中,他们主要用于市政污水或工业废水去除有机物质及氨氮。
迄今为止,国外应用MBBR进行处理生活污水、工业废水的小试、中试及生产型实验研究,均取得了较好的效果。
近年来,我国不少学者也进行了这方面的研究,但是用于生活污水处理的研究较多,在工业废水方面的研究应用较少,而且大多数处于试验阶段。
G.andreottoia等人在没有增加建筑设施的情况下成功地运用MBBR工艺对一个小型的生物转盘工艺进行了升级,将一个好氧消化池改造为MBBR池,满足了处理要求。
并对两种运行工艺进行了研究,发现两种工艺都耐冲击,能承受较大水力负荷。
在5-15℃碳和氮的去除率很高;当低于8℃时,碳和氮的去除率仍能保持为72%和73%;当HRT﹤5h时,效率稍微有所下降。
但MBBR工艺无需污泥回流,所需的沉淀池体积小而且无堵塞,易管理。
MBBR工艺是生物处理工艺须升级时的一个很好的解决方法。
垃圾渗滤液的成分复杂,有机物和氨氮都很高,是一种很难处理的废水。
M.X.Loukidou用MBBR和SBR联合公一堆垃圾渗滤液进行了处理:
正常运行时,好氧和缺氧交替运行,每天3次,HRT为20天,为了提高硝化反应,HRT在第一个操作循环周期的最后阶段增至24天。
在第1天运行周期,COD去除率平均为65%,BOD的去除率为95%,在后来的运行阶段,基本可以达到完全消化;运行稳定时对色度和浊度也有很好的去除效果;磷的去除率大约为65%。
瑞典的U.welander等人采用2阶段MBBR以缺氧的方式运行反硝化和去除外加碳源,900L,填充率为40%,加入乙酸作为外加碳源,加入磷酸保持磷的含量在10g/m3左右。
第一个反应器运行稳定时,可以达到完全消化,第二个反应器可达到完全反硝化。
3总结
MBBR工艺适用于中小型生活污水和工业有机废水处理,特别是一体化和地埋式污水处理装置。
国内关于MBBR的研究应该很早就有了,只不过是反映器的叫法不同罢了,华中理工有关反应器水力特性方面有比较深入的研究,天津大学对于MBBR处理生活污水和工业废水的研究也很多了。
填料的选择、填充比、曝气量选择以及反应器自身的结构(比如上升区和下降区的容积比例等)对于反应器的水力特性都有影响,进而影响处理效果。
MBBR对于处理生活污水应该没问题,但如果处理难降解的工业废水可能还有一定难度,只是我的一点拙见,望指教!
先进的技术
挪威卡尼兹(Kaldnes)公司设立于1989年,开发流动式接触床废水生物处理技术(MBBR,MovingBedTMBio-filmReactor)之应用,目前已在二十多国家设置300套以上设备并取得17个国家技术专利。
稳定的操作
MovingBedTMProcess(MBBR)流动式接触床生物反应器结合悬浮性活性污泥法与生物膜法的优点,兼具充分与污染物接触及忍受水质变化的能力强,操作更稳定,您不需再为调整回流污泥量而烦恼,适用于各种类别之污水处理。
接触材材质坚固稳定,可保证使用15年不需更换,氧传输率高,不需使用细散气盘,无维修的烦恼。
弹性的运用
运用弹性大,可应用在好氧及厌氧反应槽作硝化脱硝的运用,甚至可经由最简便的方式作现有污水处理厂处理量之提升。
可为纯粹生物膜系统、作为活性污泥生物前处理应用(BAS)或于活性污泥槽中直接投入生物接触材作功能提升用。
既有之生物滤材反应器也可将滤材更换使用卡尼兹专利滤材,提升处理效率,坚固耐用。
精简的用地
流动式滤材具有高度的比表面积(500m2/m3),为一般固定式滤材的5倍以上,体积污染负荷可高达20kg-BOD/m3-day亦可,因此只需要一般生物固定式接触法的1/4~1/5用地。
少量的污泥
附着之微生物污泥龄长,生物相多而成安定化状态,同时亦可促进微生物自行氧化,故污泥产生量少。
MBBR的经济效益
在相同处理水量及水质负荷下,比较MBBR生物处理与传统活性污泥法及接触曝气(固定生物床)之用地比较,可发现使用MBBR生物处理可减少许多建地,可将土地作其它更有利的使用
传统活性污泥法
接触曝气(固定生物床)
MBBR生物处理
Conventional
FixedBed
MovingBed
Activated-sludge
Bio-Film
Bio-film
Process
Reactor
Reactor
设计参数
水量CMD
5,000
5,000
5,000
BOD水质mg/L
500
500
500
BOD负荷1
2,500
2,500
2,500
BODLoading
F/M(食比微)
0.25day-1
-
-
MLSS2
2,500mg/L
-
-
生物载体表面积负荷(g-BOD/m2-day)
-
12g-BOD/m2-day(@30oC)
20g-BOD/m2-day(@30oC&90%BODremoval)
生物载体有效比表面积(m2/m3)
-
105
500
最大生物载体填充(%)
-
70%
67%
曝气槽槽深
5m
5m
5m
曝气槽槽數
4
4
4
初沉池
20%
20%
20%
BOD去除率
曝气槽槽体设计
槽容积计算
F/M=BODloading(1-初沉池BOD去除率)/VxMLSSx10-3
BODloading'=BODloading(1-初沉池BOD去除率)
BODloading'=BODloading(1-初沉池BOD去除率)
F/M=2,500x(1-20%)/Vx2,500x10-3
BODloading'=2,500x(1-20%)
BODloading'=2,500x(1-20%)
=2,000kg-BOD/day
=2,000kg-BOD/day
V=3,200m3
所須生长面积A
所須生长面积A
V'=3,200/4
A=2,000x1,000/12
A=2,000x1,000/20
V'=800m3
=166,667m2
所须生物载体量M
M=166,667/105
=1,587m3
曝气槽V=1,587/70%=2,267m3
V'=567m3
=100,000m2
所须生物载体量M
M=100,000/500
=200m3
曝气槽V=200/67%=299m3
V'=75m3
槽体所占面积
Area=3,200/5=640m2
Area=2,267/5=453m2
Area=299/5=60m2
用地比
以MBBR为1
10.67
7.55
1
典型MBBR(PUREMBBR)去除有机物和脱氮
单独利用流动床式生物处理程序来去除废水中的有机物和氨氮,此程序为最精简的设备,最方便的操作,以及最少的用地,来将废水处理至放流水标准以下。
不论您要应用在除氮污水处理单元、去除BOD/COD污水处理单元或旧厂曝气槽改造成MBBR来提升2-4倍负荷量,均可达到良好的处理效果,非常适合建地小、有土地使用面积限制或负荷变大之污水处理厂使用。
实例说明:
LILLEHAMMER是挪威的一个内陆城市,地处奥斯陆以北约170公里。
在这里成功地举办了第十七届冬奥委会。
该市原有一个化学沉淀除磷及悬浮物的强化一级污水处理厂。
随着受纳水体逐渐优养化,以及该市赢得冬奥委会举办权,市政府决定扩建及升级原有污水厂为脱氮除磷污水处理厂。
出水水质要求(年平均):
0.2mg/L,总氮去除效率大于70%,生化需氧量(七天)小于10mg/L。
因场地有限,低温(>3.5度)低浓度污水持续时间长,要求处理程序必须高效和紧凑。
1992年,KALDNES卡尼兹公司为该工程设计了以流动床TM生物膜程序去除有机物和脱氮的典型流程,接以化学沉淀法除磷的总体工艺。
其设计负荷为:
七万人口当量,设计流量1200m3/hr,BOD负荷2900kg/day,COD负荷5929kg/day,TSS负荷2900kg/day,TN负荷755kg/day,TP负荷107kg/day,温度10度。
设计流程:
预处理:
除砂除油,初沈池;
生物处理:
流动床TM生物膜程序,总容积3840m3,两列并行,每列九池串联,BOD去除/前置反硝化,硝化,后置反硝化(外加碳源),后氧化;
化学处理:
混凝(投加PAC),二沉,除磷及悬浮物/生物量。
生物处理设计HRT为3.2小时。
该厂自1994年投产运行以来,处理效率高于设计要求。
2000年全年平均处理效率为:
BOD96%,TN8
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