海南屠宰污水总氮去除德国LEVAPOR填料

 

 

 

 

 

LEVAPOR移动床生物膜反应器（LEVAPOR MBBR）在市政污水厂提标改造中中试项目报告

 

 

 

 

 

 

 

 

 

中山大学水资源与环境研究中心

Deutec （香港）Environmental Technology Co. Ltd

二0一二年十二月

 

1. 项目实施背景及目标

该项目是在中国中部一个省会城市实施。2010年该市正在运行的城市污水处理厂共16座，设计污水处理能力186.5万吨/日，城市生活污水集中处理率达到92%。根据该市的环保要求，当前9座污水处理厂出水水质由《城镇污水处理厂污染物排放标准》 ( GB18918-2002) 一级B标准升级为一级A，工艺改造任务迫在眉睫。

近年来无锡芦村污水处理厂、大连春柳河污水处理厂、上海曲阳污水处理厂和沈阳市南部凌空污水处理厂等地在升级改造过程中使用悬浮填料成功升级到一级A排放标准。综合国内大多数污水处理厂的升级改造经验，添加悬浮填料是比较成熟的选择之一。悬浮填料的添加在工艺运行过程中综合了活性污泥法和生物膜法的优势，涉及现有污水处理厂管线的改动较少，改造费用较低，不占用新的土地，对现有工艺的运行影响也较小，可充分挖掘现有污水处理厂的处理潜力。

在城市污水厂曝气池内投加悬浮填料，构成活性污泥和生物膜复合式工艺，这种方法可大幅度提高曝气池内生物量，降低污泥负荷，使系统具备硝化能力，但不会对去除总氮和总磷所需的碳源造成负面影响，能够充分利用原水中的碳源。同时由于附着态微生物不参与污泥分离和回流过程，现有的二沉池和污泥回流系统可以不做任何改动，技术改造的费用较小。这种改造方式一般不涉及现有污水管线的改动，对现有工艺的运行影响较小。其缺点是增加了悬浮填料的投资，曝气池内溶解氧浓度宜为3～4 mg/L，比活性污泥工艺略高。

因此，针对该市城市污水水质特点和现有工艺特点，对添加填料进行升级改造中的很多问题进行立项研究是非常必要的。

该项目主要考核目标及技术经济指标有：

（1）优选适合该市污水处理厂A/A/O工艺升级改造的悬浮填料，出水TN稳定达到一级A标准。

（2）确定悬浮填料添加后O段水力停留时间、溶解氧、填料投配比等运行参数，为升级改造提供技术支持。

 

 

 

 

 

2. 移动床生物膜反应器（MBBR）介绍及工艺特点

 

移动床生物膜反应器吸取了传统的活性污泥法和生物接触氧化法的优点而成为一种新型、高效的复合工艺。

反应器中比表面积较大的悬浮填料因搅拌在水中自由运动，污水连续经过装有移动填料的反应器时，在悬浮填料上生长形成生物膜，生物膜上微生物大量繁殖，异养和自养微生物利用水中的C, N, P等进行新陈代谢，从而起到净化污水的作用。

移动床生物膜反应器属于三相生物流化床处理方法，其技术核心为利用独特载体的具有独特构筑结构的生物反应池，便于载体和污泥中微生物循环。

 

移动床生物膜工艺的优点

?         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，提高了系统的有机负荷和效率，出水水质稳定。

?         MBBR的应用比较灵活，反应器形状多种多样，结构紧凑，占地面积小，在相同负荷条件下只需普通氧化池20%的容积。

?         水头损失小，能耗低，运行简单，操作管理方便。

?         微生物附着在载体上随水流流动所以不需要污泥回流或循环反冲洗。

?         生物膜自然脱落，不会引起堵塞。

 

移动床生物膜工艺在市政污水处理中具备的优势

ü         占地面积小：在填料填充率为15%和相同的污染负荷的条件下，移动床生物膜反应器约占常规生物反应器（缺氧、厌氧及好氧）20-40%的池容。

ü         适合于市政污水处理厂的扩容：鉴于大多数污水处理厂的预留面积较少，当实际进水水质及水量发生变化时，在保证原设计池容不变的情况下满足原设计出水标准。

ü        适合于现有污水处理厂的升级改造：移动床生物膜工艺设计及运行灵活简单，适应不同类型的池型，而且与其它工艺的兼容性很强，可以与已建污水处理厂的大部分工艺如A²/O、A/O、SBR、CASS及氧化沟法等相组合。因此适合于现有污水处理厂的升级改造，使其满足一级A排放标准。

 

 

ü         移动床生物膜反应器既具有传统生物膜法耐冲击负荷、泥龄长、剩余污泥少、无污泥膨胀现象发生的特点，又具有活性污泥法的高效性和运转灵活性。另一方面，温度变化对移动床生物膜工艺的影响要远远小于对活性污泥法的影响，当温度、污水成分发生变化或污水毒性增加时，移动床生物膜反应器的耐受力很强。

3. 悬浮填料在移动床生物膜反应器中的作用

悬浮填料在移动床生物膜反应器中发挥着致关重要的作用。悬浮填料的表面性质、比表面积、空隙率、稳定性和水力特性对生物膜的附着以及生长都有很大的影响。

悬浮填料在移动床生物膜反应器中的作用主要有三方面：

（1）悬浮填料的主要作用是容纳附着微生物，是微生物生长的载体，为微生物提供栖息和繁殖的稳定环境，其丰富的内表面为微生物提供附着的表面和内部空间，使反应器尽可能保持较多的微生物量。一般来说，悬浮填料比表面积越大，附着的微生物量越多。

（2）悬浮填料是反应器中生物膜与污水接触的场所，而且对水流有强制性的紊动作用，使水流能够重新分布，改变其流动方向，从而使水流在反应器横截面上分布更为均匀；同时水流在悬浮填料内部形成交叉流动混合，为污水和生物体的接触创造了良好的水力条件；并且，悬浮填料对好氧反应器中的气泡有重复切割作用，使水中的溶解氧浓度提高，从而强化了微生物、有机体和溶解氧三者之间的传质。

（3）悬浮填料对水中的悬浮物有一定的截留作用，由于反应器中有悬浮填料的存在，使出水中悬浮物的浓度大大减少。而悬浮填料对悬浮物的截留作用是通过对污水中悬浮物的拦截、沉淀、惯性、扩散、水动力等诸多因素来实现的。

 

4. 悬浮填料的特性

悬浮填料的性质直接影响污水处理的效果。因此选择正确的悬浮填料可使反应器高效的运行。否则可能导致整个生物膜过程的失败。一般悬浮填料应满足几个方面的要求：

（1）良好的水力学特性

悬浮填料的水力学特性包括比表面积、空隙率和结构形状等。悬浮填料表面是生物膜形成和固着的部位，较大的表面积是反应器保持高浓度生物量的首要条件，是影响生物膜法处理效果的首要因素。悬浮填料的空隙率越大，其容积利用率越高，水流阻力小，从而减少了反应器堵塞和短流的可能性，使微生物的截留量增多，这能够维持反应器内较高的污泥浓度。同时，悬浮填料用量减少，基建投资降低。但是空隙率过高，比表面积和机械强度就越小，会影响悬浮填料之间的水流流态，进而影响废水与生物膜之间的传质和生物膜的更新。选择悬浮填料的形状时应注意几个方面的因素：对固定化微生物有较好的保护作用；具有较好的传质特性；减少反应器的运行能耗。

（2）稳定性

生物膜系统是一个繁杂的多元体系。生物膜载体必须具有较好的生物、化学及热力学稳定性，这样才能使得载体本身不参与系统内生物化学反应。因此在选择悬浮填料时必须考虑到稳定性问题。

（3）机械强度

在大多数生物膜过程中都存在着不同强度的水力剪切作用以及载体之间的摩擦碰撞过程。因此，作为悬浮填料必须具有与所使用生物技术相应的机械强度。一般讲，移动床生物膜反应器从启动至稳定远行需要较长的时间。如果悬浮填料本身不具有一定的机械强度，那么在反应器运行过程中势必引起不同程度的破损而丧失其功能，这将使得移动床生物膜反应器中所持有的生物量呈不规律变化。在污水生物处理过程中，其直接后果是导致出水水质的扰动。因此，正确选择悬浮填料的第一步是确定其机械强度是否可以满足所用移动床生物膜反应器的需要。

（4）比重

悬浮填料的比重对于移动床生物膜系统的运行是一个必须考虑的因素。载体比重过大，造成载体悬浮困难或是能耗过高。然而，若载体比重过小，又不易维持载体在反应器中的一定流态。

（5）亲疏水性及表面电性

在微生物附着、固定过程中，悬浮填料表面的电荷性将直接影响微生物附着的动力学过程。在正常生长环境下，微生物表面带有负电荷，如果通过一定的表面改良技术使载体表面具有正电性，这将使微生物在载体表面附着、固定过程更易进行。根据物理化学中体系自由能最小原则，亲水性微生物易于在亲水性载体表面附着、固定，而疏水性载体有利于疏水性微生物在其表面的固定。微生物在其生存环境的PH值条件下，一般带有负电荷。为了利用静电吸引力促进微生物固定，载体表面若带有正电性将是有利于生物固定过程的进行。载体表面亲疏水性及电性是可以通过对载体表面的改性完成的，或直接在载体材料加工过程中得以实现的。

（6）对生物膜活性的影响

作为悬浮填料本身必须对固定微生物无害、无抑制性作用，这是选择悬浮填料的最基本要求。因此，在环境生物技术领域，所选用的载体材料不能显著影响固定微生物的生物活性。

（7）可再用性

从经济角度讲，悬浮填料应具有可再用性，这一点在大规模工业过程中更具有重要性。从工程角度讲，一般应避免选用一次性材料作为污水生物处理技术中的载体。

（8）孔隙度及表面粗糙度

悬浮填料表面的孔隙度及表面粗糙度通过以下途径直接影响生物膜形成、发展及稳定过程：增加了载体与微生物接触的有效面积；可以保护固定微生物免受过强水力剪切作用；减缓由于载体间的碰撞所造成的固定微生物失落速度；在某种程度上，有利于传质效率的提高。因此，悬浮填料表面具有一定的孔隙度及粗糙度有利于移动床生物膜反应器的成功运行。

（9）价格

在选用悬浮填料时，价格因素也是需要考虑的因素之一。在悬浮填料的性能及价格间做出优化选择，即要兼顾两者。