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因“疫情”走紅的MBBR工藝,是什么原理?

新型冠狀病毒疫情爆發,火神山與雷神山醫院的快速建設完成,證明了中國人的能力及毅力!在疫情期間因兩神山采用同樣的污水處理工藝設計,而走紅的:MBBR工藝!


1、MBBR的簡介


MBBR工藝原理是運用生物膜法的基本原理,通過向反應器中投加一定數量的懸浮載體,提高反應器中的生物量及生物種類,從而提高反應器的處理效率。由于填料密度接近于水,所以在曝氣的時候,與水呈完全混合狀態,微生物生長的環境為氣、液、固三相。


因“疫情”走紅的MBBR工藝,是什么原理?(圖1)
圖:運行中的MBBR


載體在水中的碰撞和剪切作用,使空氣氣泡更加細小,增加了氧氣的利用率。另外,每個載體內外均具有不同的生物種類,內部生長一些厭氧菌或兼氧菌,外部為好氧菌,這樣每個載體都為一個微型反應器,使硝化反應和反硝化反應同時存在,從而提高了處理效果。


2、MBBR的原理及特點


1、MBBR工藝的原理  


MBBR工藝原理是通過向反應器中投加一定數量的懸浮載體,提高反應器中的生物量及生物種類,從而提高反應器的處理效率。由于填料密度接近于水,所以在曝氣的時候,與水呈完全混合狀態,微生物生長的環境為氣、液、固三相。載體在水中的碰撞和剪切作用,使空氣氣泡更加細小,增加了氧氣的利用率。另外,每個載體內外均具有不同的生物種類,內部生長一些厭氧菌或兼氧菌,外部為好養菌,這樣每個載體都為一個微型反應器,使硝化反應和反硝化反應同時存在,從而提高了處理效果。


MBBR工藝兼具傳統流化床和生物接觸氧化法兩者的優點,是一種新型高效的污水處理方法,依靠曝氣池內的曝氣和水流的提升作用使載體處于流化狀態, 進而形成懸浮生長的活性污泥和附著生長的生物膜,這就使得移動床生物膜使用了整個反應器空間,充分發揮附著相和懸浮相生物兩者的優越性,使之揚長避短,相互補充。與以往的填料不同的是,懸浮填料能與污水頻繁多次接觸因而被稱為“移動的生物膜”。


2、MBBR的優點


與活性污泥法和固定填料生物膜法相比,MBBR既具有活性污泥法的高效性和運轉靈活性,又具有傳統生物膜法耐沖擊負荷、泥齡長、剩余污泥少的特點。


(1)填料特點


填料多為聚乙烯、聚丙烯及其改性材料、聚氨酯泡沫體等制成的,比重接近于水,以圓柱狀和球狀為主,易于掛膜,不結團、不堵塞、脫膜容易。


(2)良好的脫氮能力


填料上形成好養、缺氧和厭氧環境,硝化和反硝化反應能夠在一個反應器內發生,對氨氮的去除具有良好的效果。


(3)去除有機物效果好


反應器內污泥濃度較高,一般污泥濃度為普通活性污泥法的5~10倍,可高達30~40g/L。提高了對有機物的處理效率,同時耐沖擊負荷能力強。


(4)易于維護管理


曝氣池內無需設置填料支架,對填料以及池底的曝氣裝置的維護方便,同時能夠節省投資及占地面積。


3、MBBR缺點


(1)反應器中的填料依靠曝氣和水流的提升作用處于流化狀態,在實際工程中,容易出現局部填料堆積的現象。為了避免填料堆積現象,需改進曝氣管路的布置以及反應器的結構。反應器的結構在很大程度上決定了它的水力特性。實際工程中,當單個反應器的長深比為0.5左右且長度不大于3m時有利于填料完全移動。在實際工程設計時應通過大量試驗來優化反應器的構造和水力特性,降低能耗,進一步提高MBBR的經濟效益。


(2)反應器出水往往設置柵板或格網以避免填料流失,但容易造成堵塞。在實際工程中,可以設置活動柵板,定期進行人工清理,也可設置空氣反吹裝置以防止堵塞。


3、MBBR填料的判別指標


1、生物膜的附著性


生物膜的附著能力-評價填料優劣的最重要指標生物附著量=受保護的表面積(與填料的設計運行狀態構有關)×單位表面積的生物附著量(與填料的性能有關)


2、填料性能


填料性能-評價填料生物附著量的最重要指標


(1)填料表面性能


  • 1、表面構造:一般認為表面粗糙度大,掛膜速度快。

  • 2、表面電位:一般微生物帶負電荷,填料表面為正電荷適宜微生物生長。

  • 3、親水性:微生物為親水性粒子,填料親水性好適合微生物生長掛膜狀態。


(2)水力學性能


  • 1、孔隙率:填料占用的體積,孔隙率高好。

  • 2、形狀尺寸:影響水流、氣流的流態。


(3)流化性能:與填料的密度有關。填料的密度應為0.97-1.03,較小的曝氣或攪拌即可實現流化。


3、掛膜成熟判別


因“疫情”走紅的MBBR工藝,是什么原理?(圖2)


肉眼判斷:


生物膜均勻分布于載體表面,越靠近載體表面越致密,反之越松散,同時載體顏色變深,標志著載體掛膜進入了成熟期。


鏡檢判斷:


生物膜結構致密,微生物種類多樣化,固著型纖毛蟲、鐘蟲、累枝蟲等數量居多,有少量輪蟲、游泳型纖毛蟲出現標志著生物膜的成熟。


4、MBBR的快速啟動


1、填料投放階段


1.填料投加時,觀察是否出現堆積現象,一旦出現堆積停止投放。等第二天繼續觀察再投加。


2.投放填料時,采用間歇式曝氣,夜間可持續曝氣,但是需要減少曝氣量。


3.運行24小時后,連續進水2-3小時,再繼續上述曝氣,運行48小時后,觀察填料上的掛膜情況,并加大進水量延長進水時間,檢查池內溶解氧狀況,最好保持在1.5-2.0mg/L左右。運行72小時后,聯系進水并逐步加到設計要求,根據常規檢查進水出水的水質值班,預計7天左右可到設計水質要求。


2、生物膜的培養階段


所謂生物膜的培養就是通過一定的手段,使處理系統中產生并積累一定量的微生物、使填料上的生物膜達到一定厚度,其培養方式主要有靜態培養和動態培養。


1.靜態培養


所謂的靜態培養是:為了防止新生微生物隨水流走,盡可能的提供微生物與填料層的接觸時間,為加快生物膜的形成,開始階段為了避免由于廢水營養單一,故每天一次以C:N:P=100:5:1比例投加尿素、二胺、白糖等營養底物。首先將接種污泥(10%生化有效體積)和廢水泵打入生化池內,然后開始曝氣培養。生化池內填料的堆放體積按反應池有效容積35%~40%。靜置4-5h不曝氣,使固著態微生物接種到填料上,然后曝氣1h,再靜置2h,曝氣1h,重復操作,4-5天后,填料表面已全部掛上生物膜,第6天開始連續小水量進水。


2.動態培養


經過6天的悶曝培養,填料表面已經生長了薄薄一層黃褐色生物膜,故改為連續進水,進行動態培養,調整進水量,控制溶解氧在2~4mg/L之間(用溶氧儀測定溶解氧)。約15天之后,填料上有一些變形蟲、漫游蟲(用生物顯微鏡觀察),手摸填料有粘性、滑膩感,在20天以后出現鞭毛蟲、鐘蟲、草履蟲游離菌等原生動物。在經過20天的培養出現輪蟲、線蟲等后生動物,標志生物膜已經長成??梢蚤_始連續工業運行。


3、生物膜的馴化階段


馴化的目的是選擇適應實際水質情況的微生物,淘汰無用的微生物,對于有脫氮除磷功能的處理工藝,通過馴化使硝化菌、反硝化菌、聚磷菌成為優勢菌群。具體做法是首先保持工藝的正常運轉,然后,嚴格控制工藝控制參數,DO平均應控制在2~3mg/l之間,好氧池曝氣時間不小于5小時,在此過程中,每天做好各項水質指標和控制參數的測定,當生物膜的平均厚度在0.2-0.5mm左右生物膜培養即告成功,直到出水BOD5、SS、CODCr等各項指標達到設計要求。


4、MBBR在運行中易出現的問題及對策


1、 MBBR反應器的流化態


反應器中的填料依靠曝氣和水流的提升作用處于流化狀態,在實際操作中,經常出現由于整個池內進氣分布不均勻而導致局部填料堆積的現象。因此需通過池型作水力特性計算來改進進氣管路的布置和優化池內曝氣頭的分布,再根據實際的曝隋況調節各曝氣頭上緊固橡皮墊的螺母松緊程度,調節單個曝氣頭的曝氣量。除保證池內出水端具有較大曝氣量,以便使整個池內填料呈均勻流化狀態外,還可以采用穿孔曝氣管,便于使池四邊和四角進氣分布均勻。反應器的構造在很大程度上決定了它的水力特性。試驗表明,反應器的長深比為0.5左右時有利于填料完全移動,或者通過導流板的強制循環來解決池內死角的問題,這樣能使氣水比降到4:1左右。在實際工程設計時應通過大量試驗來優化反應器的構造和水力特性,降低能耗,進一步提高MBBR的經濟效益。


2、填料格柵板


為了防止填料隨處理水流失,移動床生物膜反應池的出水口要設置格柵板。但在運行調試過程中易出現格柵堵塞的問題,在實驗室采用鉆孔塑料板作格柵時也出現了大團懸浮污泥將出水格柵板堵死的情況。雖然通過加強對出水區格柵處進行曝氣,可以防止填料對格柵的堵塞,但對于懸浮污泥的附著問題,只能從格柵的材料和間距上解決,如選擇光滑吸附性小的材料,間隙在保證能截留填料的前提下盡量加大,使其不易被懸浮物質附著等,這需要在實驗和實際工程操作中不斷改進,以避免該問題影響整個生活污水處理系統的正常運行。


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