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MBBR的工藝特點及填料性能的判別指標

MBBR工藝原理是運用生物膜法的基本原理,通過向反應器中投加一定數量的懸浮載體,提高反應器中的生物量及生物種類,從而提高反應器的處理效率。由于填料密度接近于水,所以在曝氣的時候,與水呈完全混合狀態,微生物生長的環境為氣、液、固三相。

載體在水中的碰撞和剪切作用,使空氣氣泡更加細小,增加了氧氣的利用率。另外,每個載體內外均具有不同的生物種類,內部生長一些厭氧菌或兼氧菌,外部為好氧菌,這樣每個載體都為一個微型反應器,使硝化反應和反硝化反應同時存在,從而提高了處理效果。

一、MBBR工藝的原理和特點

1、MBBR工藝的原理

MBBR工藝原理是通過向反應器中投加一定數量的懸浮載體,提高反應器中的生物量及生物種類,從而提高反應器的處理效率。由于填料密度接近于水,所以在曝氣的時候,與水呈完全混合狀態,微生物生長的環境為氣、液、固三相。載體在水中的碰撞和剪切作用,使空氣氣泡更加細小,增加了氧氣的利用率。另外,每個載體內外均具有不同的生物種類,內部生長一些厭氧菌或兼氧菌,外部為好養菌,這樣每個載體都為一個微型反應器,使硝化反應和反硝化反應同時存在,從而提高了處理效果。

MBBR工藝兼具傳統流化床和生物接觸氧化法兩者的優點,是一種新型高效的污水處理方法,依靠曝氣池內的曝氣和水流的提升作用使載體處于流化狀態, 進而形成懸浮生長的活性污泥和附著生長的生物膜,這就使得移動床生物膜使用了整個反應器空間,充分發揮附著相和懸浮相生物兩者的優越性,使之揚長避短,相互補充。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“移動的生物膜”。

2、MBBR的優點

與活性污泥法和固定填料生物膜法相比,MBBR既具有活性污泥法的高效性和運轉靈活性,又具有傳統生物膜法耐沖擊負荷、泥齡長、剩余污泥少的特點。

(1)填料特點

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,不結團、不堵塞、脫膜容易。

(2)良好的脫氮能力

填料上形成好養、缺氧和厭氧環境,硝化和反硝化反應能夠在一個反應器內發生,對氨氮的去除具有良好的效果。

(3)去除有機物效果好

反應器內污泥濃度較高,一般污泥濃度為普通活性污泥法的5~10倍,可高達30~40g/L。提高了對有機物的處理效率,同時耐沖擊負荷能力強。

(4)易于維護管理

曝氣池內無需設置填料支架,對填料以及池底的曝氣裝置的維護方便,同時能夠節省投資及占地面積。

3、MMBR缺點

(1)反應器中的填料依靠曝氣和水流的提升作用處于流化狀態,在實際工程中,容易出現局部填料堆積的現象。為了避免填料堆積現象,需改進曝氣管路的布置以及反應器的結構。反應器的結構在很大程度上決定了它的水力特性。實際工程中,當單個反應器的長深比為0.5左右且長度不大于3m時有利于填料完全移動。在實際工程設計時應通過大量試驗來優化反應器的構造和水力特性,降低能耗,進一步提高MBBR的經濟效益。

(2)反應器出水往往設置柵板或格網以避免填料流失,但容易造成堵塞。在實際工程中,可以設置活動柵板,定期進行人工清理,也可設置空氣反吹裝置以防止堵塞。

二、MBBR填料的判別指標

1、生物膜的附著性

生物膜的附著能力-評價填料優劣的最重要指標生物附著量=受保護的表面積(與填料的設計運行狀態構有關)× 單位表面積的生物附著量(與填料的性能有關)

2、填料性能

填料性能-評價填料生物附著量的最重要指標

(1)填料表面性能

  • 1、表面構造:一般認為表面粗糙度大,掛膜速度快。

  • 2、表面電位:一般微生物帶負電荷,填料表面為正電荷適宜微生物生長。

  • 3、親水性:微生物為親水性粒子,填料親水性好適合微生物生長掛膜狀態。

(2)水力學性能

  • 1、孔隙率:填料占用的體積,孔隙率高好。

  • 2、形狀尺寸:影響水流、氣流的流態。

(3)流化性能:與填料的密度有關。填料的密度應為0.97-1.03,較小的曝氣或攪拌即可實現流化。

3、掛膜成熟判別

肉眼判斷:

生物膜均勻分布于載體表面,越靠近載體表面越致密,反之越松散,同時載體顏色變深,標志著載體掛膜進入了成熟期。

鏡檢判斷:

生物膜結構致密,微生物種類多樣化,固著型纖毛蟲、鐘蟲、累枝蟲等數量居多,有少量輪蟲、游泳型纖毛蟲出現標志著生物膜的成熟。

二、MBBR的研究現狀

MBBR是在20世紀90年代中期得到開發和應用的,其兼具傳統流化床和生物接觸氧化法兩者的優點,是一種新型高效的污水處理方法。迄今為止,國外已應用MBBR進行處理生活污水、工業廢水的小試、中試及生產性實驗研究,均取得了較好的效果。其中,美國的Captor工藝和德國的Linpor工藝是目前兩種比較成熟的多孔懸浮載體系統。在完全混合反應器中加入聚氨酯泡沫塊供微生物附著生長,用于處理城市生活污水,研究了其對BOD的去除和硝化作用。

結果表明,硝化細菌優先附著生長在載體上,硝化活性達0.33mgN/h·塊載體(載體體積為8cm3/塊),在4h內,BOD可完全去除,并繼而發生硝化作用,硝化作用可在10h內完成。在過去的10年中,移動床生物膜技術在挪威得到了發展,現已有100多個基于此技術的污水處理廠在17個國家中投入使用或在建造之中,它們主要用于去除市政污水或工業廢水中的有機物及氨氮。

微生物賴以棲息的新型載體的研制開發是移動生物膜法處理廢水的關鍵技術之一,其性能直接影響著污水的處理效果和投資費用。科研工作者以改進填料為突破口,不斷推動移動生物膜法的發展。目前的懸浮填料大多是由聚乙烯、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,長了生物膜以后,在正常的曝氣強度下極易達到全池流化翻動。

懸浮填料的形狀通常為球狀、圓筒狀或粒狀,一般認為球狀有良好的水力學特性,是最理想的形狀。但受到生產技術的限制,有時將材料作成球狀很困難;而圓筒狀填料當其長徑比為1時接近于球狀,因此懸浮填料一般選擇圓筒狀。另外,填充在生物膜反應器的填料的比表面積多在100~500m2/m3之間。由聚乙烯制成的懸浮填料分兩種:一種為φ10×7(mm)、比表面積為335m2/m3,另一種為φ15×15(mm)、比表面積為235m2/m3;由聚丙烯制成的懸浮填料,密度為0.94g/cm3,形狀為有波紋的圓柱體,尺寸為φ15~20(mm)×20~30(mm)。

近年來,我國不少學者也進行了MBBR工藝的研究,但大多仍處于試驗性研究階段。其關鍵技術在于對懸浮填料的研究,如同濟大學的專利產品為φ50×50(mm)的圓筒狀懸浮填料,比表面積為278m2/m3,材料為改性的聚乙烯;李峰報道的懸浮填料由聚丙烯塑料制成,為φ50×50(mm)的圓筒狀,比表面積為350m2/m3。一般來說,國內使用的載體外形尺寸比國外的要大,這主要是受整個工藝和出水格柵的限制。

總體而言,我國目前對懸浮填料的研究才剛剛起步,新型懸浮填料在我國污水處理工程中的應用具有廣泛的發展空間。目前,國內常用的填料有蜂窩填料、軟性填料、半軟性填料及復合填料等固定型填料,但這些填料在使用中常會遇到堵塞、結團、布氣布水不均勻等問題,影響了生物處理效果。另外,上述填料均需安裝在輔助支架上,這就給填料的安裝、更換等造成諸多不便,使工程投資和運行管理費用相對提高。

從經濟、實用、高效的角度出發,高性能的新型填料在材質方面,應具有價格低廉、使用壽命長、易掛膜等特點;在結構方面,設計的比表面積應盡可能地大,并可以制造一些功能區,適應不同要求的厭氧、好氧微生物的生長,又兼顧易脫膜的特點。同時,應盡可能地降低懸浮填料的造價,最大程度發揮其優點,使懸浮填料能更廣泛地應用到污水處理中。

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