MBBR工藝在生活污水處理裝置完善項(xiàng)目中的應(yīng)用
摘要：文章應(yīng)用MBBR（流動(dòng)床生物膜反應(yīng)器）工藝對(duì)某石化公司生活污水處理裝置進(jìn)行改造，并研究影響該工藝高效脫氮的主要因素，即pH 值、DO含量和污泥回流比。結(jié)果表明：實(shí)際運(yùn)行中，pH 值控制在7．5、DO在1～4mg／L、污泥回流比R≤3，能取得較好的脫氮效果，將氨氮降至3mg／L以下，同時(shí)，將污泥濃度維持在5～8g／L，還可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)CODCr高去除率。實(shí)踐證明，MBBR工藝在生活污水完善項(xiàng)目中的應(yīng)用，能夠有效降低污水中污染物含量，為后續(xù)深度處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠保障。
關(guān)鍵詞：MBBR工藝；生活污水；生物脫氮；影響因素
0 引言
某石化公司污水處理廠生活污水處理裝置始建于1993年10月，采用普通活性污泥法對(duì)廠前區(qū)生活污水進(jìn)行處理，設(shè)計(jì)處理能力為400t／h，該裝置對(duì)特征污染物CODCr、BOD5和SS具有較好的處理效果，但脫氮效果較差。此外，其固體接觸曝氣池經(jīng)過多年運(yùn)行，處理系統(tǒng)老化，處理效果逐年降低，因此，必須對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行改造。
流動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（Moving-Bed BiofilmReactor，MBBR）是一種新型、高效的污水處理設(shè)施，與傳統(tǒng)的好氧處理工藝相比，具有不易堵塞、水頭損失小、無需反沖洗、有機(jī)負(fù)荷高等優(yōu)點(diǎn)。MBBR工藝應(yīng)用靈活，可在好氧、厭氧各種條件下運(yùn)行，既可單獨(dú)使用，也可多級(jí)串聯(lián)進(jìn)行脫氮［1］。將MBBR 工藝替換原有普通活性污泥法處理生活污水，可彌補(bǔ)原有工藝不能有效脫氮的缺陷，提高二沉池出水水質(zhì)，確保后續(xù)深度處理裝置穩(wěn)定運(yùn)行。
1 MBBR工藝概述
1．1MBBR工藝原理
MBBR工藝原理如圖1所示，運(yùn)用生物膜法的基本原理，既充分體現(xiàn)活性污泥法的優(yōu)點(diǎn)，又克服了傳統(tǒng)活性污泥法及固定式生物膜法的缺點(diǎn)。技術(shù)關(guān)鍵在于利用密度接近于水、輕微攪拌下易于隨水自由運(yùn)動(dòng)的生物填料。其工藝原理是：污水經(jīng)過MBBR反應(yīng)器內(nèi)的懸浮填料并逐漸在填料內(nèi)外表面形成生物膜，通過生物膜上的微生物作用，使污水得到凈化。作為MBBR工藝核心的懸浮填料具有好氧和厭氧代謝活性，可良好地脫氮除磷［2］。
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圖1 MBBR工藝原理
1．2MBBR的特點(diǎn)［3］
◆采用特殊結(jié)構(gòu)的載體填料，填料比表面積大，容積負(fù)荷高，緊湊省地，可通過投加載體填料的方式完成處理能力和處理效果的提升，而不必新增生化反應(yīng)池。
◆耐沖擊性強(qiáng)，性能穩(wěn)定，運(yùn)行可靠。
◆池體無堵塞，池體容積得到充分利用，沒有死角。
◆系統(tǒng)靈活方便。池體不拘泥于形狀；且可靈活選擇不同的填料填充率，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)處理能力的提升。
◆ MBBR工藝可方便地與原有工藝有機(jī)結(jié)合，形成活性污泥—MBBR組合工藝。
◆使用壽命長(zhǎng)。優(yōu)質(zhì)耐用的生物填料、曝氣系統(tǒng)和出水裝置可保證整個(gè)系統(tǒng)長(zhǎng)期使用而無需更換。
1．3應(yīng)用現(xiàn)狀
目前，國內(nèi)外已對(duì)MBBR工藝進(jìn)行了多項(xiàng)試驗(yàn)研究，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果。由于MBBR工藝設(shè)備占地面積小，易于在原有設(shè)施基礎(chǔ)上進(jìn)行改造和系統(tǒng)升級(jí)，且處理效果好，歐美、亞洲等各國均建有MBBR型污水處理廠。MBBR工藝應(yīng)用廣泛，對(duì)高濃度、低濃度污染物均有較好的處理效果，有關(guān)資料顯示該工藝對(duì)進(jìn)水CODCr在76～20 140mg／L的污水，CODCr去除率均能達(dá)到90％以上，尤其對(duì)于垃圾滲透液和印染行業(yè)的高濃度廢水有較好的處理效果，由于MBBR工藝在脫氮方面的優(yōu)良表現(xiàn)，該技術(shù)得到了更廣泛的應(yīng)用［4］。
2 生活污水處理裝置現(xiàn)狀
2．1進(jìn)水水質(zhì)
生活污水處理裝置設(shè)計(jì)處理能力為400t／h，實(shí)際處理量為170t／h，特征污染物為CODCr、BOD5、氨氮、SS、油類等。裝置進(jìn)水水質(zhì)情況見表1，由表1可看出，該裝置實(shí)際進(jìn)水CODCr為72．3～376．5mg／L、BOD5為34～105mg／L、SS為18～327mg／L、氨氮為12．89～21．07mg／L，屬于低負(fù)荷污水。
表1 生活污水處理裝置進(jìn)水水質(zhì)情況（2009年）
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2．2工藝流程說明
某石化公司廠前區(qū)生活污水匯集后由污水管線自流進(jìn)入生活污水處理裝置，首先通過機(jī)械格柵進(jìn)入沉砂池，由一級(jí)螺旋泵提升，進(jìn)入一沉池，出水自流進(jìn)入生物濾池，由旋轉(zhuǎn)布水器均勻分配。生物濾池出水通過二級(jí)螺旋泵提升至固體接觸曝氣池，處理后自流進(jìn)入二沉池，二沉池活性污泥由三級(jí)螺旋泵提升回流至固體接觸曝氣池，二沉池出水流經(jīng)氯接觸池后，自流進(jìn)入生活污水深度處理系統(tǒng)，生活污水處理裝置工藝流程見圖2。
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工藝流程
2．3處理效果及存在問題
生活污水處理裝置二沉池出水水質(zhì)情況見表2，從表2中可看出一、二級(jí)處理設(shè)施對(duì)CODCr、BOD5及SS 具有一定處理效果，但氨氮的去除率只有30．61％，且該裝置已運(yùn)行近二十年，系統(tǒng)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，處理效果逐年下降，如不進(jìn)行裝置改造，將會(huì)影響到后續(xù)深度處理設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行。
表2 生活污水處理裝置污染物去除率統(tǒng)計(jì)（2009年）
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3 生活污水處理裝置改造
3．1選擇MBBR工藝的主要原因
◆ MBBR工藝污泥齡較長(zhǎng)，可保持較多的硝化菌，比活性污泥法具有更好的脫氮效果。
◆ MBBR工藝可方便地與原有的工藝有機(jī)結(jié)合，形成活性污泥—MBBR組合工藝。
◆ MBBR可在較低曝氣量下完全流化，有效避免短流，可縮小反應(yīng)器總體積，基建投資小，運(yùn)行費(fèi)用低，比活性污泥法更經(jīng)濟(jì)。
◆ MBBR可在較高有機(jī)負(fù)荷下運(yùn)行，便于應(yīng)對(duì)來水污染物濃度高等異常情況。
3．2裝置改造方案
3．2．1改造內(nèi)容
改造技術(shù)核心采用MBBR工藝，將原有固體接觸曝氣池改造成為MBBRTM（載體流化床）池，提升整體處理效果，改善出水水質(zhì)。拆除原有固體接觸曝氣池中的設(shè)備，在池底增加穿孔曝氣管系統(tǒng)，用于池內(nèi)污水的曝氣；在出水端隔墻上增設(shè)出水孔并設(shè)置篩網(wǎng)系統(tǒng)，以防填料的流失；池體中填加K3填料。
3．2．2MBBRTM 池參數(shù)
MBBRTM 池：20m×5m×3．3m×2座；有效深度：2．8m；單池有效容積280m3。
填料（K3）：材質(zhì)：高密度聚乙烯；比表面積：（500±20）m2／m3；密度：（0．95±0．04）×103 kg／m3；最小堆積密度：90kg／m3；直徑：（25±2）mm；高度：（10±1）mm；填充率32％。
3．2．3工藝流程說明
將原有的兩間固體接觸曝氣池改造為MBBRTM生物預(yù)處理系統(tǒng)，在不改變現(xiàn)有構(gòu)筑物容量和水力條件的前提下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的升級(jí)改造。將兩池串聯(lián)運(yùn)行，提供的是高低負(fù)荷合理的MBBRTM 系統(tǒng)，其負(fù)荷能力較高。池中污泥濃度維持在5～8g／L，污泥濃度高，生物量大，因此可以在很短的停留時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高的CODCr去除率。
MBBRTM系統(tǒng)出水中攜帶的活性污泥密度大、沉降性能好，有利于提高后段鼓風(fēng)曝氣池中活性污泥系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使鼓風(fēng)曝氣池污泥性狀更好，易于沉降，有效控制污泥膨脹的發(fā)生。改造后工藝流程見圖3。
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圖3 改造后工藝流程
3．3影響MBBR工藝脫氮效果的因素分析
3．3．1pH 值
pH 值是影響廢水生物脫氮工藝運(yùn)行的重要因素，在硝化階段要消耗廢水中的堿度而使pH 值下降，而在反硝化階段會(huì)產(chǎn)生一定量的堿度使pH 值有所上升，但反硝化階段所產(chǎn)生的堿度不能彌補(bǔ)硝化階段所消耗的堿度。根據(jù)硝化、反硝化反應(yīng)的方程式可知，反硝化階段產(chǎn)生的堿度只能彌補(bǔ)硝化階段消耗堿度的一半，因此對(duì)于整個(gè)生物脫氮過程而言，廢水經(jīng)過硝化和反硝化處理后，系統(tǒng)的pH 值將下降。硝化菌反應(yīng)的最適合pH 值為8．0～8．4，反硝化菌最適合pH 值為6．5～8．0，而在實(shí)際運(yùn)行過程中，將pH 值控制在7．5左右最為合適［5］。
3．3．2溶解氧
溶解氧的含量對(duì)生物脫氮工藝的去除率有很大影響。在硝化階段，反應(yīng)必須在好氧條件下運(yùn)行，溶解氧控制在1～4mg／L 較為合適。當(dāng)DO 高于4mg／L時(shí)，生物膜由于所受剪切力過大而不易掛膜。當(dāng)DO低于0．5～0．7mg／L時(shí)，硝化反應(yīng)的速率和效率均會(huì)受到抑制。對(duì)于懸浮型活性污泥反應(yīng)器，反硝化過程中DO濃度應(yīng)控制在0．5mg／L以下，才能保證正常的反硝化速度；而對(duì)于生物膜反應(yīng)器，由于生物膜系統(tǒng)中的傳遞阻力較大，所以可以允許較高的溶解氧濃度，一般溶解氧濃度不超過1．0mg／L［6］。
3．3．3污泥回流比
一般情況下，反硝化脫氮工藝中，混合液回流比越大，氮的去除率越高，但是回流比過高會(huì)使厭氧池內(nèi)DO值過高，對(duì)反硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用。當(dāng)回流比R＞3時(shí)，混合液的溶解氧始終保持在0．5mg／L以上，難以滿足反硝化脫氮的要求，而且回流比越大，混合液的DO值越高。因此，選擇適當(dāng)?shù)幕亓鞅仁鞘直匾?，回流比R≤3較合理。
3．4改造后預(yù)期處理效果
目前，生活污水完善項(xiàng)目正處于項(xiàng)目審查、施工階段，將生活污水處理裝置改造前后二沉池出水的設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表3，結(jié)果表明：MBBR工藝能夠有效去除生活污水中的氨氮，可使其含量降低至3mg／L以下，同時(shí)該工藝也可大幅度降低CODCr、BOD5和SS的含量。因此，可以預(yù)測(cè)該工藝實(shí)施后，可有效降低生活污水中的各類污染物含量，為后續(xù)深度處理裝置的穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠保障。
表3 裝置改造前后二沉池出水指標(biāo)對(duì)比mg／L
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4 結(jié)論
◆ MBBR工藝應(yīng)用于生活污水處理裝置完善項(xiàng)目，可有效降低生活污水中的各類污染物含量，尤其是脫氮效果好，能將二沉池出水氨氮降至3mg／L以下。
◆影響MBBR工藝脫氮效果的主要因素有：pH 值、DO含量和污泥回流比。研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)際運(yùn)行中，pH值控制在7．5、DO在1～4mg／L、污泥回流比R≤3，能取得較好的脫氮效果。
◆ MBBR池中污泥濃度維持在5～8g／L，可實(shí)現(xiàn)在較短的停留時(shí)間內(nèi)，較高的CODCr去除率，將CODCr降至40mg／L以下。
◆ MBBR工藝運(yùn)行穩(wěn)定可靠、抗沖擊能力強(qiáng)、脫氮效果好，是一種經(jīng)濟(jì)高效的污水處理工藝，應(yīng)用于城市和工業(yè)污水處理廠的升級(jí)改造和中水回用工程，將具有廣闊的發(fā)展前景。
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趙燕，2006年畢業(yè)于陜西科技大學(xué)生物化工專業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)在中國石油蘭州石化公司污水處理廠從事工藝技術(shù)管理工作。
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