MBBR工艺在微污染原水预处理中的应用

给水排水 V ol 36 No 7 201025MBBR 工艺在微污染原水预处理中的应用熊水应1李翠红2(1中国市政工程华北设计研究总院,天津 300074;2天津甘泉集团有限公司,天津 300352)摘要 移动床生物膜反应器(MBBR)是一种高效、经济的微污染原水预处理工艺。

介绍了MBBR 的工艺原理及悬浮填料的特点,讨论了MBBR 工艺处理微污染原水的影响因素,详细介绍了MBBR 工艺处理微污染原水的工程实例,并总结了设计中需要注意的一些问题。

关键词 微污染原水 生物预处理 移动床生物膜反应器 悬浮填料Application of MBBR in micro polluted raw water pretreatmentXiong Shuiying 1,Li Cuihong2(1.N orth China M unicip al E ngineering Design and R esearch I nstitute,T ianj in 300074,China;2.T ianj in Ganquan G roup Cor p oration,Tianj in 300352,China)Abstract:M ov ing bed bio film reactor(M BBR)is a efficient and economic techno logy in micro po lluted raw w ater pretreatment.In this paper,the process principle and characteristics of M BBR w ere introduced,as w ell as the characteristics of suspended m edia.T he influence factors o f the MBBR in m icro po lluted raw w ater pretreatment w er e also discussed.A pro ject example o f the MBBR in micro polluted raw w ater pretreatment w as described in details,and so me questions related to the desig n w er e summarized.Keywords:M icro po lluted raw w ater;Biolog ical pretreatment;Mo ving bed bio film reactor (MBBR);Suspended media0 前言近年来,水质性缺水现象非常严重。

许多城市虽然水资源丰富,但是水源水受到了严重的污染,主要表现为氨氮浓度上升,溶解氧下降,有机污染加重,原水水质呈下降态势。

因此,在这种情况下,如何合理地利用现有的水资源,对已受污染的原水进行预处理,提高供水水质的安全性就显得尤为重要。

因此,寻求新的工艺方法,有效去除水中的氨氮和有机污染物,是当前净水工艺面临的主要问题之一。

在微污染原水的预处理技术中,生物预处理工艺被认为是最有效的技术之一,它借助于微生物群体的新陈代谢活动,对水中的氨氮、有机污染物、亚硝酸盐及铁、锰等无机污染物进行初步去除,这样既改善了水的混凝沉淀性能,使后续的常规处理更好发挥作用,也减轻了常规处理和后续深度处理工艺单元的负荷,延长过滤或活性炭吸附等物化处理工艺的使用周期和使用容量,最大可能地发挥水处理工艺整体作用,降低水处理费用,更好地控制水的污染[1]。

近年来,国内许多净水厂已经采用了该工艺对微污染原水进行预处理。

移动床生物膜反应器(Mo ving Bed Bio film Reactor,简称为M BBR )是由挪威的Kaldnes M ilj teknolgi 公司(KM T)、挪威科技大学(N TNU )及挪威工业与技术研究基金会(SINTEF)于20世纪80年代合作开发的新工艺[2],该工艺集悬浮生长的活性污泥法和附着生长的生物膜法的特点于一体,吸收了传统的生物流化床和生物接触氧化法两者的优点,是一种较先进的生物处理技术。

M BBR 工艺在国外污水处理领域已经有了许多成功的应用26给水排水 Vol 36 No 7 2010经验,近年来,国内一些单位也对该工艺进行了研究和开发,并逐步将该工艺应用于微污染原水的生物预处理[3~5]。

1 MBBR 工艺的原理及特点1.1 MBBR 工艺原理MBBR 是处于活性污泥法和生物膜法之间的高效反应器,其原理为:通过向反应器中投加一定数量的悬浮填料,污水连续经过反应器时,比表面积较大的填料因搅拌(好氧反应器为空气搅拌)在水中自由运动,并逐渐在其表面生长出生物膜,生物膜中的异养和自养微生物利用水中的营养物质进行新陈代谢,进而达到去除水中污染物、净化水的目的。

MBBR 的结构如图1所示。

图1 M BBR 工艺结构MBBR 中生物膜的载体(悬浮填料)是运动的,由于水的剪切力和载体运动所产生的摩擦力,填料表面(特别是外表面的)生物膜会自然脱落,部分污泥随出水流出反应器,部分污泥仍留在反应器中,起到活性污泥的作用。

因填料、水都是运动的,故气、水、固相之间的传质较好,填料上生物膜的活性较高,与普通活性污泥法和固定生物膜法相比,MBBR 法的处理能力相对较强。

1.2 MBBR 工艺特点MBBR 工艺兼具传统生物流化床和生物接触氧化法两者的优点,它既具有传统生物膜法耐冲击负荷、泥龄长、剩余污泥量少的特点,又具有活性污泥法的高效性和运转灵活性,具体特点如下:(1)具有良好的脱氮能力。

(2)改善了生化系统的稳定性和运行性能。

(3)反应器内水头损失小、不易堵塞、无需反冲洗,一般不需回流。

(4)系统操作方便,维护简单。

悬浮填料可以直接投加在水池中,不需任何支架及安装工程。

2 悬浮填料悬浮填料是MBBR 工艺的重要组成部分,其性能关系到系统的应用和处理效果。

悬浮填料一般比表面积较大、耐腐蚀和耐磨性较好且质量小。

与以往生物接触氧化法填料不同的是,悬浮填料能与污水频繁多次接触,因而被称为 移动的生物膜 。

悬浮填料多为聚乙烯、聚丙烯及其改性材料、聚氨酯泡沫体等制成,密度略小于水(0.95~0.98g/cm 3)。

填料一般采用圆柱形或球形的规则形状,内部为空心网架结构,直径在10~100mm 之间[5]。

有的柱体内部有十字支撑,柱的外壁带竖条状鳍翅,形似齿轮,在水中的流动性好。

悬浮填料的主要特点如下:(1)比表面积大。

悬浮填料通过采用内部空心的结构方式,设置多道凹槽和网架,大大增加了填料的比表面积。

通常悬浮填料的比表面积在400m 2/m 3以上,最大可达1000m 2/m 3。

比表面积的增加,使填料表面附着的生物膜数量和浓度也大为增加。

(2)反应形态好。

悬浮填料在反应器内处于流化状态,其反应形态类似于完全混合反应器,填料与气、水接触比较充分,提高了填料上的生物膜与水中营养物质的传质作用。

与其他固定床填料相比,悬浮填料层基本没有水头损失,有利于布水、布气的均匀性。

另外,在流化状态下,老化的生物膜可通过水力冲刷自动脱落,促进了生物膜的更新。

(3)氧利用率高。

通过填料层分割作用以及填料不断与水流和气流的接触,可以大大提高氧的利用率。

由于悬浮填料上的生物总量较大,生物膜对水中的有机物和氧利用充分,因此悬浮填料的生物反应效率大为提高。

3 MBBR 工艺处理微污染原水的影响因素影响M BBR 工艺处理微污染原水的因素有:水温、气水比、水力停留时间和进水氨氮及COD Mn 的浓度等[3]。

3.1 水温温度影响微生物酶活性,低温下,微生物酶活性降低,导致生物降解在很大程度上受到抑制。

一般认为硝化细菌适宜温度为20~30!,温度低于20!,氨氮去除能力逐渐下降,低于15!,硝化反应受到抑制,低于5!,硝化反应几乎停止。

运行稳给水排水 V ol 36 No 7 201027定情况下,MBBR 工艺在水温较高时对氨氮去除率均保持较高水平,在70%~90%或以上,氨氮去除率随温度升高而升高,最后趋于一个定值。

因此,水温是影响M BBR 工艺的一个重要因素。

3.2 气水比MBBR 生物池中曝气除了充氧、传质作用外,还可通过对水体的扰动达到强制脱膜、防止填料积泥、保持生物活性的作用。

理论上计算[6],为去除微污染原水中的氨氮及BOD 5,对于穿孔管曝气系统来说,气水比为0.46~0.55即可满足要求;对于微孔曝气系统,则气水比为0.2~0.25。

而通常为达到去除效果所采用的设计气水比在(0.7~ 1.5)∀1之间,也就是说,最终确定气水比的因素并不是生化需氧量和氨氮的去除负荷,而是气体对水体的扰动程度,称之为 曝气强度 ,其取值范围大致在4.0~5.5m 3/(m 2#h),一般不宜小于4.0m 3/(m 2#h)。

3.3 水力停留时间(H RT )水力负荷大小关系到水流与生物膜的接触停留时间,水力负荷越小,停留时间(H RT)越长,原水中污染物与生物膜接触就越充分,有利于氨氮被彻底氧化。

在工程设计中,水力停留时间是一个重要的设计参数,一般在0.5~ 1.5h 。

对于进水氨氮及COD M n 浓度较高的微污染原水,应适当延长水力停留时间,以确保较好的生物预处理效果,但是水力停留时间延长,工程设施规模和投资费用会随之增大。

因此,处理不同水质的微污染原水,宜通过试验确定恰当的水力停留时间。

3.4 进水氨氮及COD Mn 的浓度由于微污染原水中有机物浓度相对较低(COD Mn 一般不超过15mg /L),进水有机物浓度(COD M n )的变化对NH 3∃N 去除率影响不大,仍可保持较高水平。

较低的有机负荷,导致M BBR 生物池中异养微生物的生物量较少,所以COD Mn 的去除率不高。

因此,在采用MBBR 生物池预处理微污染原水的设计计算中,氨氮及COD Mn 的负荷不是决定性的设计依据,而要根据现场试验、结合工程经验选取适当的水力停留时间、气水比等参数。

4 MBBR 工艺处理微污染原水的应用实例4.1 工程设计桐乡市运河水厂设计规模为15万m 3/d,于2005年10月开始动工,2006年6月投入试运行,2008年底通过了浙江省城市供水现代化水厂的评审。

运河水厂原水取自京杭古运河,水源水水质基本属于%~&类,溶解氧低,耗氧量及氨氮较高,有机污染严重,不符合国家规定的地表水水厂水源必须在∋类以上的要求。

水厂采用了生物预处理+强化常规处理+臭氧∃活性炭深度处理工艺,取得了较理想的处理效果。

生物预处理采用了M BBR 工艺(移动床生物膜反应器/移动床生物池),其布置如图2所示。