移动床生物膜反应器的研究及应用现状_王奕

移动床生物膜反应器的研究及应用现状

王　奕　张兴文　杨凤林

(大连理工大学环境科学与工程学院,大连116012)

摘　要　移动床生物膜反应器是一种高效的污水处理系统,目前在国内外已有较多应用。本文就其特点及研究应用

状况作简要介绍。

关键词　研究　应用　移动床生物膜反应器

The stu dy and application of moving bed biofilm reactor

Wang Yi Zhang Xingwen Yang Fenglin

(S chool of Environmental Science &Engineering ,Dalian University of Technology ,Dalian 116012)

A bstract A highly effective and compact reactor ,named moving bed biofilm reactor (M BBR )w as devel -oped recently .Its characteristics and application were presented .

Key words study ;application ;moving bed biofilm reacto r 近年来,随着人类环境保护意识的提高,国内外对废水排放的限制标准越来越严格,因此,在研究开发新型、高效的污水处理技术的同时,迫切需要在原有污水厂的基础上改进处理工艺,提高污水处理效果。M BBR 就是基于这种思想开发出来的。1988

年,为了解决污水厂传统活性污泥法污泥沉降困难、易流失的问题,增强脱氮功能,挪威Kaldnes Mi -jecpteknog i 公司与SINTEF 研究机构联合开发了一种新型生物膜反应器

[1]

。该反应器工艺简单,提高

了污水厂的脱氮效率,改善了运行效果,同时又不需增加原有反应器的容积。这就是最初的KM T 移动床生物膜反应器(M BBR )。后来一些学者对其进行了研究和改进

[2,3]

,使其更多地应用到实际生产中。

1　MBBR 原理及特点

1.1　原　理

移动床生物膜反应器的主要原理是污水连续经过装有移动填料的反应器时,在填料上形成生物膜,生物膜上微生物大量繁殖,起到净化污水的作用(见图1)。

1.2　反应器的特点

移动床生物膜反应器是在生物滤池和流化床的工艺基础上发展起来的。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。移动床生物膜反

应器模拟了大自然生态系统中水体的自净功能。在自然系统中,水体中起自净作用的微生物大致可分成两类:一是附着生长在各种物体表面的微生物;二

是水中悬浮微生物,如菌类絮状物、甲壳类动物以及各种鱼类。移动床生物膜反应器中的悬浮微生物和

填料上的微生物分别类似于自然水体中的悬浮微生

物和附着生长的微生物。与传统的活性污泥法相比,M BBR 具有以下几个特点[4]:

(1)改善系统的稳定性和运行性能;

(2)提高系统的有机负荷和效率;(3)水头损失小、不易堵塞、无需反冲洗,一般不需回流。

图1　M BBR 简图

1.3　填料的特点

填料是移动床生物膜反应器的重要组成部分,

其性能关系到系统的应用和处理效果。填料一般比表面积较大、耐腐蚀和耐磨性较好且质量轻。在好氧反应器中,通过曝气推动填料随水流移动;在缺氧或厌氧反应器中,通过机械搅拌使填料移动。

第3卷第7期环境污染治理技术与设备

V ol .3,N o .72002年7月Techniques and Equipment for Environmental Pollution Control Jul .2002

(1)反应器中的填料的比表面积大,可达200—500m2/m3,微生物在填料上能够大量附着和繁殖;

(2)填料对气泡有剪切、阻隔和吸附的作用,使气泡的停留时间和气、液的接触面积增加,提高了传质效率,节约了能源;

(3)各菌种在填料上的分布由表及里依次为:好氧菌种、缺氧菌种、厌氧菌种。菌种的多元化有利于提高污水的处理效果,缩短处理时间;

(4)由于运行时填料相互碰撞,使载体外表面生物膜较薄,生物活性相对较高;

(5)填料的多孔性使其容易挂膜。

目前,采用的填料多为聚乙烯、聚丙烯塑料,密度一般为0.96g/cm3左右。

2　研究及应用现状

目前,国内外已对移动床生物膜反应器进行了多项试验性研究,并用来处理生活污水、造纸废水、肉加工废水、脱氮等,均取得了较好的效果。由于M BBR可减小现有污水处理系统的体积,易于在现有污水处理厂基础上升级,且处理效果较好,到1999年,欧洲已有M BBR型污水处理厂78个,美国有5个,日本有3个,新西兰有2个[5]。

2.1　MBBR处理高有机负荷污水

M BBR两级联用或与其他工艺结合使用,能够提高系统的有机负荷和效率。Chandler等[6]采用塑料填料,应用两级生物反应器对造纸厂废水回用处理进行中试,结果表明,H RT为3h,可溶解性BOD 平均可减少93%,出水BOD平均浓度达到7.83 mg/L。Johnson C.H.等[7]在两个工厂原有的活性污泥处理系统前分别增加了MBBR对废水进行预处理:Phillips精炼厂在MBBR实际运行的3个月内,平均表面积负荷27g COD/m2·d,平均去除率稳定在62%,中试负荷为54g COD/m2·d,平均去除率也稳定在62%;Valley Pride Pack污水处理厂的二级污水处理系统中,表面积负荷为20g COD/m2·d,第一个反应器(M BBR)的可溶解性BOD的去除率>90%,第二个反应器去除氨氮速率达到0.38g/m2·d。

M BBR高负荷条件下性能稳定,可多级联用处理废水。如用于处理肉类加工废水[8]:将3个M B-BR连接使用处理肉类加工废水,第一个反应器的COD负荷高达10kg/m3,HRT约为4h,TCOD去除率为50%—75%;第二个和第三个反应器的总H RT为4—13h,有机物去除率可分别达到TCOD 75%、SCOD70%—88%,有机物去除率与有机负荷成线性关系。污水预处理厂[9]用两级高效MBBR,无固体分离和污泥处理装置,处理家禽加工废水,填料比表面积250m2/m3,有机负荷30—45kg COD/ m3·d,M BBR1COD f去除率为80%,MBBR1和MBBR2合用COD f去除率为90%—95%。MBBR 也可用于处理化工废水[10]。在负荷为53g BOD5/ m2·d的条件下,易降解BOD可去除60%—80%;负荷为10—20g BOD5/m2·d时,较慢降解的有机物也可以降解,有时BOD5去除率可达95%。MBBR 可在厌氧条件下运行。季民等[11]用厌氧移动床生物膜反应器处理人工合成高浓度有机废水,进水浓度达到5300—20141mg/L,容积负荷5.38—20.62 kg COD/m3·d,HRT0.98d,经过50d的运行, COD去除率达到90%以上。

2.2　脱　氮

20世纪70年代以来,生物膜法脱氮工艺得到发展。淹没式生物膜反应器由于能有效去除含碳有机物和氮,得到广泛应用。但是其容易堵塞,需阶段反冲洗,能耗较大,难以适应增加脱氮效率的要求。移动床生物膜反应器能提高脱氮效率,且不易堵塞,在一些地方渐渐取代了淹没式生物膜反应器。

2.2.1　生物脱氮的机理

生物脱氮中氮的转化主要分为硝化和反硝化两个阶段。一般认为,硝化反应在好氧条件下进行,反硝化反应在厌氧条件下进行,两者不在同一条件下进行。因而,目前的生物脱氮工艺大多单独设立缺氧和厌氧环境。近年来,一些研究发现,硝化和反硝化可同时进行[12]。通过研究认为[13],微环境的存在是硝化和反硝化同时发生的主要原因;某些系统的反应器流态上的特征,有利于同时硝化和反硝化。在M BBR中,在一定厚度的生物膜上,硝化和反硝化可同时进行。因为氧只能渗透到填料外层的某一深度,即外层为好氧层,发生硝化反应;内层为缺氧层,脱氮菌利用硝化菌产生的硝酸盐进行脱氮[14]。

硝化活性和菌类的生长率受各种环境因素(pH、碱度、溶解氧、氨的浓度、温度、有机物浓度、起抑制作用的化合物)的影响。MBBR中的硫化物和有机物可减小系统的硝化能力[15]。当有机物浓度>100mg/L(COD/NH4-N>3.5),系统的硝化能力下降;当硫化物的浓度为0.5mg S/L时,由于存在可降解有机物自养菌和异养菌的竞争引起硝化活性

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