污水处理厂提标扩容改造技术LEVAPOR MBBR
项目背景
我国城镇污水处理厂大多是在“九五”“十五”期间建成投产的，排放标准要求相对较低，一般为国家二级标准。随着我国经济的发展，水污染问题越来越严重，对污水厂污染物排放标准也越来越高，国家环境保护总局环发[2005]110号“关于严格执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》的通知”中首次提出，“城镇生活污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭式、半封闭水域时，应执行《标准》中一级标准的A标准”;2006年第21号公告提出再次重申了这个问题，这实际上在法规层面上将GB18918-2002一级标准A标准的适用范围直接扩大到绝大多数城镇污水处理厂，城镇污水处理提标改造势在必行;随着城镇人口的不断增加，污水厂配套管网设施日益完善，污水处理厂接纳的污水量也不断提高，大部分污水厂存在污水处理量扩容的问题。许多污水处理厂将提标和扩容改造工程提到议事日程。
常规污水处理系统提标扩容改造工程以生物系统改造为核心，扩建生物处理池和二沉池，往往需要土建工程，投资大，占地面积大，受到污水处理厂场地限制;新标准中有总氮和总磷指标，需要增加反硝化和化学除磷工段，这对污水系统提标改造工程增加困难。
中山大学水资源与环境研究中心和广州市清晏环保科技有限公司引进德国LEVAPORMBBR技术，并将其应用到城市污水厂、石化、造纸、印染废水处理系统提标扩容改造，研发团队历时5年，对LEVAPORMBBR填料挂膜特征、MBBR动力学反应模型、配套的搅拌、增氧曝气、填料拦截设备等多方面进行深入研究，已形成了一整套城市污水、工业废水提标扩容改造技术体系，一般污水系统改造只需在好氧生化池投加15-20%LEVAPOR填料，并对其搅拌、增氧曝气、填料拦截设备等方面进行适当改造，即可将其污染物排放指标由《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)二级标准提升至一级A，同时污水处理量也可提高至原有设计量的2-4倍。该技术已应用于黑龙江某污水厂扩容改造，使其污水进水量提高了2.8倍，出水指标达到一级A排放标准，同时解决了冬季出水氨氮超标的问题。
技术原理
污水处理工艺中，最常用的是活性污泥法和接触氧化法，活性污泥法反应系统传质混合效果好，但生物量相对较小，接触氧化法生物量大，但传质困难。MBBR通过向活性污泥生物反应器投放一定数量轻质悬浮填料，使污水处理的机理和效能发生了质的改变。结合传统的活性污泥法和生物接触氧化法的优点，使固相生物膜和液相的活性污泥发挥各自生物降解优势，实现优势互补，反应器中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，在填料上生长形成生物膜，通过系统悬浮活性污泥和载体生物膜的吸附、生物氧化等作用，净化水质。
MBBR属于三相生物流化床处理方法，和接触氧化不同，固化生物膜也处于流化状态，污水和生物膜传质混合效果好，污水处理效率高。和普通活性污泥法不同，通过投放比表面积大的悬浮载体，生物量可达30-40g/l，是普通活性污泥5-10倍生物量，大大提高系统污水处理能力，容积负荷更高，占地面积更小;生物膜提高了系统耐冲击负荷能力和对有毒化合物抵抗能力，反应系统为为气-固-液共存的三相流化状态，固-液-气三相充分接触、混合和碰撞，增加传质面积，提高传质速率，强化传质过程，同时填料流化时不断切割分散气泡，使布气均匀，提高氧利用率;填料为生长缓慢的硝化细菌和其它长世代微生物提供载体，使生物固体停留时间和水力停留时间相分离，主要除去氨氮;同时生物膜独特的厌氧-好氧环境使系统具有脱氮功能，解决了CAS法为了硝化而延长泥龄，容易出现污泥膨胀问题;流化填料受水流气流冲刷和相互碰撞，使老化生物膜易于脱落，促进新陈代谢，保证生物膜活性;流化填料可生长丝状细菌，使系统对有机物分解效率更高，同时无CAS污泥膨胀之虞。
LEVAPORMBBR技术核心是其独特生物膜载体，载体以聚氨酯海绵为基础，通过改性处理，使其吸附20%-30%的粉末活性炭，使其比表面积达到20000m²/m³，是现有其它MBBR载体的10倍以上;载体吸附的粉末活性炭的吸附功能，微生物菌群其表面很快繁殖，迅速形成高活性的生物膜;活性炭粉末能有效吸收和降解有毒物质，提高系统稳定性。
技术路线
通过向好氧生化池投加15-20%levapor填料，并对其搅拌、增氧曝气、填料拦截设备等方面进行适当改造，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。
核心技术
◆引进德国LEVAPOR高效填料，综合了活性碳和发泡质的优点，比表面积高达20000m2/m3，含有30%粉末活性炭，多个国家申请了专利保护，已在世界各地的市政污水处理厂及工业污水领域近40个成功的应用案例。
◆成熟的污水厂提标改造技术路线，对LEVAPORMBBR填料挂膜特征、MBBR动力学反应模型、配套的搅拌、增氧曝气、填料拦截设备等多方面进行深入研究，已形成了一整套城市污水、工业废水提标扩容改造技术体系，在国内已有正在运营的成功案例。
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主要优点：
◆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。
◆针对市政污水处理厂的扩容：改造后能使污水处理量增加2-3倍。
◆针对现有污水处理厂的升级改造：使出水指标有二级标准提高到一级A，特别是解决北方污水厂冬季氨氮不达标的问题;
◆改造简单，兼容性强，节省基建费用：移动床生物膜工艺设计及运行灵活简单，可在反应池运行时投放，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A2O、AO、SBR、CASS及氧化沟法等相组合;
◆填料比表面积是其它MBBR填料的10倍以上，用量仅为其它填料的1/3-1/4,t填料的吸附功能使其污水处理效率更高;
◆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。
◆污泥龄长，污泥量明显减少;启动时间短，运行能耗低，对有毒物质的去除更彻底。
应用范围：
◆中小型城市污水厂提标扩容改造
◆工业废水生化处理处理系统提标扩容改造
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