1、MBBR生物流化床工艺说明MBBR生物膜工艺运用生物膜法的基本原理，充份利用了活性污泥法的优点，又克服了传统活性污泥法及固定式生物膜法的缺点。技术关键在于研究和开发了比重接近于水，轻微搅拌下易于随水自由运动的生物填料。生物填料具有有效表面积大，适合微生物吸附生长的特点。填料的结构以具有受保护的可供微生物生长的内表面积为特征。当曝气充氧时，空气泡的上升浮力推动填料和周围的水体流动起来，当气流穿过水流和填料的空隙时又被填料阻滞，并被分割成小气泡。在这样的过程中，填料被充分地搅拌并与水流混合，而空气流又被充分地分割成细小的气泡，增加了生物膜与氧气的接触和传氧效率。在厌氧条件下，水流和填料在潜水搅拌器
2、的作用下充分流动起来，达到生物膜和被处理的污染物充分接触而生物分解的目的。流动床TM生物膜反应器工艺由此而得名。其原理示意图如图1所示。因此，流动床TM生物膜工艺突破了传统生物膜法(固定床生物膜工艺的堵塞和配水不均，以及生物流化床工艺的流化局限) 的限制，为生物膜法更广泛地应用于污水的生物处理奠定了较好的基础。专利技术的 Kaldnes 悬浮填料工艺打开了污水生物处理工艺的新领域。该工艺是基于一种生物膜技术，其实质是微生物以膜状生长悬浮填料上。该悬浮填料由聚乙烯材料制成，在水中自由飘动。在悬浮填料上没有附着生物膜的情况下，其比重接近于 1g/cm3。在好氧反应器中由于曝气器的曝气以及缺氧单元中
3、的机械搅拌而不断运动。悬浮填料反应器内最大填料填充率可以达到 67%，其有效生物膜面积可以达到 350m2/m3 反应器容积。 该工艺可以通过硝化和反硝化作用完成生化好氧降解有机污染物( 如 BOD，COD)或完成生物脱氮，后者适用于预反硝化或后反硝化或者两者结合。在后反硝化过程中在反应器中的总水力停留时间只要 2.5-3 小时就可以使脱氮率达到 70%。Kaldnes 工艺与传统活性污泥法相比优点很多，例如具有高容积利用率，反应器形状灵活，无污泥回流的优点。生物膜填料通过装在反应器出口的定固的不锈钢筛网保留在反应器中。MBBR 技术规格及特性MBBR 之接触滤材经过特殊设计，及密度与水接近
4、(滤材密度0.97g/cm3)，因此可充分的在反应槽中流动增加接触率，而其高比表面积的设计更可增加单位面积可附着之生物膜面积，因此只需要小面积即可达到高去除率，其规格及特性如下： 总体表面积：800 m 2/m3 ；保守计算之体表面积：500 m 2/m3 ；传氧效率：8.5 g/Nm 3.m 硝化效率：400 g NH 4-N / m3.d (15)脱硝效率：670 g NOx-N / m 3.d (15)BOD5 氧化效率：6,000 g BOD5 / m3.d (15)，去除率大于 80%多种不同滤材大小，可根据需求使用滤材的型态流动床TM生物膜工艺特点：1. 容积负荷高，紧凑省地：容积
5、负荷取决于生物填料的有效比表面积。不同填料的比表面积相差很大。AnoxKaldnes集团开发的填料比表面积可以从200平方米/立方米到1200平方米/ 立方米填料体积的范围内变化，以适应不同的预处理要求和应用情况。2. 耐冲击性强，性能稳定，运行可靠：冲击负荷以及温度变化对流动床TM工艺的影响要远远小于对活性污泥法的影响。当污水成分发生变化，或污水毒性增加时，生物膜对此的耐受力很强。3. 搅拌和曝气系统操作方便，维护简单：曝气系统采用穿孔曝气管系统，不易堵塞。搅拌器采用具有香蕉型搅拌叶片，外形轮廓线条柔和，不损坏填料。整个搅拌和曝气系统很容易维护管理。4. 生物池无堵塞，生物池容积得到充分利用
6、，没有死角：由于填料和水流在生物池的整个容积内都能得到混合，从根本上杜绝了生物池的堵塞可能，因此，池容得到完全利用。5. 灵活方便：工艺的灵活性体现在两方面。一方面，可以采用各种池型(深浅方圆都可) ，而不影响工艺的处理效果。另一方面，可以很灵活地选择不同的填料填充率，达到兼顾高效和远期扩大处理规模而无需增大池容的要求。对于原有活性污泥法处理厂的改造和升级，流动床TM生物膜工艺可以很方便地与原有的工艺有机结合起来，形成活性污泥-生物膜集成工艺(HYBASTM工艺) 或流动床TM-活性污泥组合工艺(BASTM工艺)。6. 使用寿命长：优质耐用的生物填料，曝气系统和出水装置可以保证整个系统长期使用
7、而不需要更换，折旧率较低。工艺基本物理要素：流动床TM生物膜工艺的基本物理要素包括：生物填料；曝气系统或搅拌器系统；出水装置；池体。生物填料：针对不同性质的污水及出水排放标准，我们开发了一系列不同的生物填料，比表面积界于200-1200平方/立方(如K1，K3，NATRIX，BIOFILM-CHIP等)，以适用各种处理要求。当预处理要求较低，或污水中含有大量纤维物质时，采用比表面积较小的尺寸较大的生物填料，比如在市政污水处理中不采用初沉池，或者，在处理含有大量纤维的造纸废水时。当已有较好的预处理，或用于硝化时，采用比表面积大的生物填料。生物填料由塑料制成。填料的比重界于0.96-1.30 之间
8、。曝气系统：由于生物填料在生物池中的不规则运动，不断地阻挡和破碎上升的气泡，曝气系统只需采用开有中小孔径的多孔管系，这样，不存在微孔曝气中常有的堵塞问题和较高的维护要求。曝气系统要求达到布气均匀，供气量由设计而定，并可以控制。搅拌器系统：厌氧反应池中采用香蕉型叶片的潜水搅拌器。在均匀而慢速搅拌下，生物填料和水体产生回旋水流状态，达到均匀混合的目的。搅拌器的安装位置和角度可以调节，达到理想的流态。生物填料不会在搅拌过程中受到损坏。出水装置：出水装置要求达到把生物填料保持在生物池中，其孔径大小由生物填料的外形尺寸而定。出水装置的形状有多孔平板式或缠绕焊接管式(垂直或水平方向)。出水面积取决于不同孔
9、径的单位出流负荷。出水装置没有可动部件，不易磨损。池体：池体的形状规则与否，深浅以及三个尺度方向的比例基本不影响生物处理的效果，可以根据具体情况灵活选择。搅拌器系统的布置也需根据池型进行优化调整。池体的材料不限。在需要的时候，池体可以加盖并留有观察窗口。业绩举例：该技术由挪威爱诺卡尼兹（AnoxKaldnes）发明、并在十七个国家申请了专利包括中国在内。达斯玛将与爱诺卡尼兹公司合作将该专利技术应用于大连石化炼油污水处理。挪威爱诺卡尼兹（AnoxKaldnes）公司成立于 1989 年成立以来，一直致力于开发生物流动床工艺，该工艺已在世界范围内二十多个国家废水处理已建成 360 余套装置，应用范
10、围包括石油、化工、制药、造纸、食品等排污量大处理难度高的行业。石油、化工行业污水处理是该工艺最主要的应用之一。目前已有 20 多座运行设施。典型的应用实例为 Philips 石油公司在美国德州炼油厂的石油废水处理(28,390 吨/天 COD 600 mg/L) 、新加坡裕廊岛石化工业园石油化工废水处理(10,000 吨/天 COD 4,600 mg/L) 、南京化学工业园精细化工、制药、农药等废水的集中污水处理(12,500 吨/天 COD 1,000 mg/L)。Philips 石油公司在美国德州炼油厂包括 836 万吨/ 年的炼油能力、721 万吨/年的液化天然气加工能力和精细化工制造。
11、老工艺为初沉池、活性污泥曝气池、二沉池和双层滤池。其实际进水水质如下：平均流量: 19,684 吨/天 (最高 28,390 吨/天)平均 BOD: 3,012 kg/d (最高 5,443 kg/d )平均 COD: 6,806 kg/d (最高 10,362 kg/d )TSS: 787 kg/dNH3-N: 212 kg/d温度: 25 oC - 40oC由於水量增加以及出水氨氮的控制要求，Philips 石油公司在考虑通过扩建活性污泥曝气池增加处理能力。而我们则建议改造初沉池为生物载体流化床工艺。改造后出水得到了大幅度的改进，出水COD 由 70-90 mg/L 降到 40-60mg/
12、L，NH3-N 由 3-4 mg/L 降到 0.5-1mg/L，二沉池浊度由 20-27 mg/L 降到 8-13 mg/L，双层滤池反冲洗由 2-3 次 /天降到 1 次/天。新加坡裕廊岛石化工业园污水由新加坡胜科公用事业公司利用爱诺卡尼兹工艺处理石化废水。污水主要来自精炼和特种化学品的制造过程，石化和制药业。这些污水的特征为：水量低，浓度高（有机物和总溶解固体）波动大有毒及/或难以生物降解采用的是颗粒污泥厌氧工艺和好氧载体生物膜流化床工艺，.处理 8 个化工厂和 1 家制药厂的排水。设计处理能力是 5,760 立方米/天， COD 为 4,300ppm，有机物处理能力为 24，768 公斤
13、/ 天。排水中含有有机酸，酒精，醛，酮，苯酚，苯甲酸，邻苯二甲酸，苯，甲苯，二甲苯，甲醛，氰化物，氨，硫化物等。图 1 用以说明处理工艺。Chemicals Dosing Package加药装置Air Blowers鼓风AnR A厌氧反应器AnR B厌氧反应器Belt press带式压滤污泥储池RAS回流污泥 WAS剩余污泥An-Sludge Tank厌氧污泥储池Degas Channel排气槽AerobicDigester污泥浓缩池Clarifier沉淀池Clarifier沉淀池Carrier-based载体流化床Anaerobic Sludge厌氧污泥Blend Tank均质池Divers
14、ion Tank事故池Incineration焚烧WW Streams进水图 1 裕廊岛石化工业园污水处理工艺流程工厂起初是两步流化床好氧生化处理工艺，该工艺由日本住友化学公司设计并建造的交钥匙工程(EPC)。设计参数为 2,640 吨/天 COD 2,878 mg/L。载体是涂有 PVA 的活性炭（20初始添加率），生化滤层设计为当 MLSS(悬浮固体混合液体 )为 3,000mg/L，浓度不小于 10,000mg/L, 产生的污泥浓度为 8,000mg/L。试车后发现，活性炭被剥离（见图 2），生物膜培养一年后，处理效果达到大约1,000-2,000mg/L,污泥浓度约为 4,000mg/
15、L, 距离设计目标较大，由于活性炭表面被剥离影响了活性污泥的驯化结果，只有当运行达到COD 设计负荷的 70，出水才能达到排放标准（COD 100 mg/L）, 请见下表。 图 2 污水处理厂改进前后使用的两种载体 (左为 PVA 涂层的活性碳，右为可以保护表层的 PE 载体)PVA 涂层活性碳工厂实验结果性能实验 1 2 3持续时间 (天) 4 7 6平均有机负荷 (%)70 11 93 10 99 2流速 (m3/hr) 110 110 110进水(自匀pH 10.18 (8.59-11.68)8.43 (7.27-9.75)8.57 (7.22-9.53)质池) COD (mg/L)2,
16、017 (1,236-2,816)2,666 (1,690-3,250)2,838 (2,470-3,325)pH 8.25 (8.07-8.47)8.02 (7.58-8.42)7.63 (7.36-7.96)COD (mg/L)83 (63-105) 116 (92-130)122 (108-145)出水TSS (mg/L) 25 (8-57) 38 (26-57) 24 (15-45)去除效率 (%) 95.73 (93.75-97.69)95.54 (92.90-97.13)95.71 (94.86-96.32)在污水处理厂改造前，先期进行了不同载体的 4 条中试比较研究（20和 40
17、的 PVA 填料填充率；实心聚丙烯（ PP）立方体40填充率，聚乙烯（PE）载体 60填充率）, 在先期研究中，40的添加没有比 20添加处理得更好，只有聚乙烯载体反应器产生了比其他 3 种更好的处理效果。经过经济比较，决定在污水处理厂改造中采用聚乙烯载体。更换载体后，重新开始调试和生物培养。一达到稳定的监测状态后，就进行了性能实验。进过一段时间后，处理厂能达到设计负荷的 105， 出水连续稳定达到出水要求。性能测试的结果列在表中, 说明 PE 载体在 COD 负荷达到 105时， 出水 COD 为 50mg/L. 聚乙烯载体实验结果.性能实验 Type III carriers持续时间 (d
18、ays) 20平均有机负荷 (%) 105 5流速 (m3/hr) 110pH 6.85 (6.25-7.63)进水(均质池)COD (mg/L) 3,561 (3,038-3,920)pH 7.24 (6.97-7.58)COD (mg/L) 50 (32-78)出水TSS (mg/L) 12 (1-40)去除率 (%) 98.9 (98.5-99.2)随后， 因为污水量的增大，处理厂再一次扩容。新的先期研究采用 EGSB 反应器进行两次试验（一个为 24L 单步颗粒污泥膨胀床, 其他是两个 12L 组成一套的 EGSB）。需要注意的是， 两步EGSB 处理效果比单步要好，第一步集中处理可降
19、解成分，如酒精、乙醛、苯酚等， 第二步在没有其他基质竞争的情况下集中降解邻苯二甲酸。我们发现批续性处理提高 COD 处理效果达 10-20%.经过先期研究后，决定采用 EGSB 反应器作为预处理以去处大部分的 COD。设计负荷为每天 12 公斤 COD。经过一年的调试后，处理厂在厌氧反应器中几乎除掉了苯酚和氰化物，同时开始去除邻苯二甲酸，出水的 TSS 达到 8mg/L, COD 40mg/L, BOD5mg/L, 苯酚和氰化物通常监测不到。在我国污水处理行业中，最先使用挪威爱诺卡尼兹公司专利技术的就是南京化学工业园污水处理厂，该厂由新加坡胜科公用事业有限公司投资建设并运营，负责园区内所有企业（主要是精细化工、制药、农药等企业）的污水集中处理。该工艺的选择是胜科与爱诺卡尼兹公司长期合作后对该工艺的信心。设计处理能力近期25000m3/d，远期 50000m3/d，进水 CODcr1000mg/l,出水CODcr100mg/l。目前该污水厂现在已完成了土建工程、正进行设备安装，预计将于十月底投产调试运行。该厂将是我国第一座采用爱诺卡尼兹流化床工艺技术的污水处理厂。
