MBBR技术处理低浓度污水
一、概况
中国石化抚顺乙烯有限公司年产乙烯30万t ，厂区生活污水及冲洗水混合排放， 平均流量约2 440 t/d。乙烯公司拟对厂区的生活污水(含冲洗水) 进行深度处理后回用，作为循环冷却水系统的补充水。为此，经过多方面调查研究论证，根据乙烯公司生活污水排放量大，有机物浓度低的特点，确定了用移动床生物膜反应器(Moving Bed Biofilm Reactor简称MBBR) 进行生化处理，再絮凝沉淀，两级过滤，加氯消毒的工艺流程。
MBBR 是一种新型、高效的污水处理设施，与传统的好氧处理工艺相比具有很多优点，如不易发生堵塞，无需反冲洗，水头损失小，有机负荷高，一般不需要污泥回流等。MBBR 应用灵活，可在好氧、厌氧各种条件下运行，既可单独使用，也可多级串联进行脱氮。好氧处理时，一般用于有机物浓度及有机负荷都比较高的场合。将MBBR 与接触氧化工艺联用，处理城市污水，可以获得满意的效果。本工程用其处理低浓度生活污水，主要考虑了以下几个方面的因素：
首先，MBBR 污泥龄较长，可保持较多的硝化菌，比活性污泥法具有更好的脱氮效果;其次，生物滤池、生物转盘等生物膜反应器虽然运行费用较低，但是滤池蝇较多，受气候的影响较大，不利于保持厂区环境卫生，也不能很好地适应抚顺地区冬季严寒(最低温度可达-40 ℃) 的气候条件，而MBBR 则不存在滤池蝇的问题，并且可以方便地伴热、保温;再有，MBBR 可在较低曝气量下完全流化，有效避免了短流，减少了死体积，可缩小反应器总体积，基建投资小， 运行费用低， 比接触氧化法更经济。同时，MBBR 可在较高有机负荷下运行，便于日后增添部分生产污水，进一步提高负荷。
二、小试研究
2.1 小试研究的条件
MBBR小试装置曝气池体积约11 L，沉淀池体积约5L。填料与实际工程中采用的相同，由聚乙烯塑料制成，其外形为小圆柱体，直径约10 mm，高8～9 mm ，圆柱体中有十字支撑，外壁带竖条状鳍翅，总表面积约为500 m2/m3，内表面积约为300 m2/m3，密度约0.95g/cm3 (长满生物膜后比重约为1)。该填料的这些性质，有利于微生物在填料内侧附着生长，形成较稳定的生物膜，并且容易形成流化状态。试验中填料填充比约30%。生活污水取自大连理工大学化工学院东院食堂下水道，经静置沉淀后用纱布过滤除去杂物，稀释到CODCr浓度约为60 mg/L。水温在25 ℃以上。
2.2 小试研究的结果
小试采用排泥挂膜法，接种污泥( 浓度约2000 mg/L) 后闷曝24 h，接着开始以计量泵进水，使MBBR 的水力停留时间(HRT) 保持在3 h左右，CODCr有机负荷约0.64 g/L·d;气水比6：1 ;溶解氧(DO) >5 mg/L;试验结果见图1。
试验结果见图1。
从图1小试阶段的CODCr去除情况可见：进水2d后，反应器中的活性污泥基本被排空，但此时填料上还几乎没有生物膜，因此CODCr的去除率相当低。从第3 d开始，CODCr去除率开始缓慢上升，到第7 d后达到60 % ，此时已可以在填料表面及内部观察到明显的浅黄色生物膜。第9 d后，CODCr去除率基本稳定，第20 d取部分填料用超声波清洗，测定剥落下来的生物膜量，计算结果为0.14g/L。由于在此负荷下MBBR 中几乎没有什么悬浮污泥，可以计算出填料生物膜的污泥负荷约为4.6g/g。
在显微镜下观察接种污泥和填料生物膜，发现两者的微生物种类基本相同，但是填料生物膜中的丝状菌比例大大增加。
MBBR 中脱落的生物膜沉降性能较差，从沉淀池中取出的污泥SV30为60 %。而加入20mg/L的聚合氯化铝后，污泥的SV30变为约30%。因此在工程设计中，又增添了絮凝剂投加工序。
三、工程调试情况
3.1 工程概况
3.1.1 简要流程
抚顺乙烯公司原有1 套活性污泥系统，处理工厂的生产废水。在新建污水回用设施之前，所有的生活污水都混同生产废水处理后排放。MBBR 建在原有活性污泥曝气池旁，一方面便于日后管理，另一方面也可以引入活性污泥，便于MBBR 接种启动。
新建的生活污水回用系统的简要流程见图2，包括1座调节池，1座MBBR(分为2格) ，1座辐流式沉淀池，1座中间水池，2座纤维球过滤罐，2座活性炭过滤罐。此外，还包括絮凝剂投加装置，投氯消毒装置，伴热保温设施等。各工程构筑物的主要设计参数列于表1。
表1 工程构筑物的主要设计参数
3.1.2 工程运行原理
生活污水汇集到调节池中，秋、冬季向池内通蒸汽，保持调节池水温在20℃左右。调节池的潜水泵由液位控制系统控制，以约100m3/h的流量将污水抽至MBBR 底部进水。MBBR 为钢筋混凝土构筑物，为了提高运行的灵活性，将其分隔为2座。每座MBBR长5m ，宽5m ，高6m 有效容积约120m3，池内投加约30%的填料。曝气采用工厂风，填料挂膜之前气水比约为5：1 此时刚好可以使填料完全流化，挂膜启动成功之后，气水比可以降低到约4∶1。污水在MBBR中的HRT约2.4 h，经填料上的生物膜处理，从反应器上方溢流口出水。为了避免堵塞，并且很好地阻拦填料，设计溢流口与反应器同宽，出水处筛板选用孔宽约6 mm不锈钢丝网。MBBR 出水重力自流进入辐流式沉淀池，絮凝剂通过计量泵注入沉淀池进水管道内，并在管道内完成搅拌、混合。沉淀池出水重力自流进入中间水池，该池内的潜水泵由液拉控制系统控制，以约100m3/h的流量将水注入纤维球过滤罐。一般情况下，纤维球过滤罐的出水能够达到回用水要求，可以不经过活性炭过滤罐，直接投氯消毒后补充到循环冷却水管路中去，否则，还须经过活性炭过滤罐，再进入消毒工序。
3.2 工程调试情况
3.2.1污水水质情况
接种和启动考虑到生活污水中有机物浓度低，水温也不及试验室小试时高，可能会影响到填料挂膜，因此，最初计划向MBBR中投加粪肥，加速挂膜进程。调试过程中MBBR出水水质较差，所以沉淀池出水进入中间水池后，不通过纤维球过滤罐，而是直接溢流到下水道排水管。
MBBR各池中投加池容30 %的填料后，灌入粪肥约4 t，并从旁边的活性污泥池引入污泥，使池内活性污泥浓度保持在2000 mg/L左右，上清液CODCr浓度800mg/L左右。打开气阀， 使所有填料流化，闷曝48h。此时，池内上清液CODCr浓度已下降到300mg/L左右，但是只有极少数填料表面出现菌斑。因此以50m3/h的流速进水5 h，冲走部分活性污泥后，重又加入粪肥，继续闷曝48 h。闷曝结束后，约有1/5的填料上可以观察到菌斑。于是开始以60m3/h的流速持续进水。因为前期加入了粪肥，所以从第5 d到第8 d，MBBR的出水CODCr值都高于进水。进水到第10 d后，除了闷曝初期挂上部分生物膜的填料，其它填料仍然保持白色，肉眼看不到菌斑，显微镜下观察也没有发现什么微生物。为了促进填料挂膜，早日实现污水回用， 从第11d到第13d，每天向MBBR池内投加白糖30kg，面粉30kg，及适量的尿素和磷酸氢二钠。由于调试时期是10 月中旬，抚顺地区夜间的最低气温已降到0℃以下。所以选择白天投加营养物进行闷曝，晚上进水保温。第14 d后，所有的填料都已基本挂膜成功，从白色变为了灰黑色。将填料上的微生物膜振荡下来，在显微镜下观察。发现其微生物构成与原曝气池中的活性污泥几乎相同，没有观察到丝状菌。至此，填料挂膜成功，MBBR 启动完成。
启动后系统的运行情况
由于污水有机物浓度低，而MBBR 又不存在污泥膨胀的问题，所以MBBR 填料挂膜成功后，系统马上开始正常运行，进水流量约100 m3/L，气水比约4：1，曝气池中的溶解氧能满足需要。从表2的进水水质情况分析，生活污水中的氮和磷是充足的，因此启动后不再补充营养盐。
四、结论
用移动床生物膜反应器处理低浓度生活污水，进行回用是一个全新的研究方向。本研究从小试到工程应用，都证明了移动床生物膜反应器处理低浓度污水可以获得很满意的效果，对CODCr特别是氨氮的去除率比较高，并且成本合理，是一种值得推广的工艺。
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