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1、曲袖针带年第卷第期夕乓列朗之刁乞刃已移动床生物膜反应器及其应用柴社立蔡晶吉林大学地球探测科 学与技术学院,长春一,苗早元上 海金山联合环境工程公司,上海们。,摘要介绍了移动床生物膜反应器日的特点 讨论了中填料的材质、大小、形状、比重、数量及其有效比表面积 搅拌类型和搅拌方式,有机负荷的大小水力停留时间,废水的变化等因素对移动床生物膜反应器运行效果的影晌 综述了单独工艺、与活性污泥共池工艺与其他工艺的组合工艺在废水处理中的应用现状。关健词移动床生物膜反应器有机物去除脱氮废水,引言污水的生物处理大体上可分为活性污泥法和生物膜法两大类。大量废水处理工程实践证 明,活性污泥法是较为成熟的废水处理工艺,
2、在大大小小的城市污水处理 中已得到了广泛的应用,但是,这一工艺存在着 污泥沉 淀性 差、易膨胀,反应器 的体积大、污水处理厂占地 面积 大,污泥易流失、需回流,承受有机 负荷和水力负荷冲击的能力较差,运行不稳定等问题,对一些小的污水处理厂来讲,活性污泥法工艺操作起来 较 为困难。于 是,滴 滤 池、生 物 转 盘、生物滤池、生物流化床等生物膜法处理工艺曾一度受到废水处理界的青睐。与活性污泥法相比,生物膜法具有稳定性好、承受有机负荷和水力负荷冲击的能力强、无污泥膨胀、回流,对有机物等 的去 除率高,反应器的体积小、污水处理厂占地面积小等优点,但生物膜法也存在许多缺陷,如生物滤池 中的滤料易堵塞,
3、需周期性反冲洗,同时固定填料以及填料下曝气设备的更换较困难生物流化床反应器中的载体颗粒只有在流化状态下才能发挥作用,工艺的稳定性较差。随着废水排放标准的不断提高,研究和开发新型高效的、复合处理工艺势在必行。同时用活性污泥法和生物滤池、生物转盘等传统固定生物膜工艺设计 出的许多污水处理厂需要升级改造。从世纪年代起,欧洲的一些公司、大学等开始研究现在称之为移动床生物膜反应器。,简称为的污水处理新工艺,该工艺集活性污泥法 和 生物膜法 的特 点于 一 体,其 中较为典型的是工艺和艺。世 纪年代 中 期,由 德国的公司研究开发的旨在改进传统活性污泥法的工艺,即载体活性污泥法,该工艺利用高孔隙的聚氨醋塑
4、料泡沫块作为载体,将其放入活第一作者柴社立,男,年生,年毕业于 吉林大学,博士。现在法 国农艺研究所环境生物技术实验室做博士后研究。一一移动床生物膜反应器及其应用柴社立夕口刀岁了厉三的“刃月朗刁乞艺水出卜。峋娜。出水由由。性污泥池 中,有助于微生物的附着和生长,以便提高活性污泥法的生物量,年在德国的建起了第一座以工艺运行的污水处理厂、。当海绵块 的体 积约为活性污泥池体积 的一,系统中的污泥总量要比传统活性污泥法高 出一倍。世纪年代,由挪威的公司与挪威科技大学和挪威研究所合作开发的新工艺简称一,与工艺有所不 同的是,填料是刚性的,而不是软性 的,填料的形状呈空心 圆柱体,柱体内部有十字支撑,柱
5、 的外壁带竖条状鳍翅,形似 齿轮,在水 中的流动性好,而且填料 的比表面相对较大,年,在挪威的新建了生产性的污水处理厂。此后,开始被人们所熟悉,同时,在后来的研究和应用 中工艺得到不断的改进,并相继开发出一些成本较低的填料,如填料等。据必川等人的资料,移动床生物膜反应器在个国家的余个工厂中得到应用。在我国,的研究和应用仍处在起步阶段一,。本 文介绍了移动床生物膜反应器的特点,讨论了中填料的材质、大小、形状、比重、数量及其有效比表面积,搅拌类型和搅拌方式,有机负荷的大小,水力停 留时间,废水的变化等因素对移动床生物膜反应器运行效果 的影响,综述 了单独工艺、与活性污泥共池工艺、与其他工艺的组合工
6、艺在废水处理 中的应用现状。田进水飞豁进水日的特点及影响反应器运行的主要因素特点是处于活性污泥法和固定生物膜法之间的高效新型反应器,其原理为,反应器 中比表面较大的填料因搅拌在水 中 自由运动,并逐渐在其表面生长出生物膜,生物膜 中的异养和 自养微生物利用水中的、等进行新陈代谢,进而达到去除水 中有机污染物和脱氮 除磷的目的。的结构如图所示。既可在好氧环境下运行见图,也可在缺氧和厌氧环境下运行见图。在好氧中,填料运动靠曝气,而在缺氧和厌氧中,填料的运动是机械搅拌或靠厌氧所产生的沼气进行搅拌,或用内循环气提泵进行搅拌。与固定床生物膜反应器相 比较,中生物膜的载体是运动的,由于水的剪切力和载体运动
7、所产生的摩擦力,填料表 面 特别是外表面的生物膜会 自好氧厌氧图,移动床生物膜反应器的结构简圈上流式然脱落,部分污泥随出水流出反应器,部分污泥仍 留在反应器 中,起到活性污泥的作用,所 以,不会引起堵塞,无需反冲洗,也无需污泥 回流。因填料、水都是运动的,故气、水、固相之间的传质 较好,填料上生物膜的活性较高,与普通活性污泥法和固定生物膜法相比,法的处理能力相对较强。中废水和填料都是运动的,具紊流混合的特征,因而,反应器 的水 头损失小。的应用比较灵活,反应器可大可小、形状可多种多样,也可直接利用现有设备作为反应器。其结构较紧凑,占地面积少,据公司所做的对比研究,假设移动床生物膜工艺的 占地面
8、积为时,接触氧化工艺的占地面积要大倍,而活性污泥法工艺则高达倍。同时,不需要污泥回流和反冲洗设备,也无需填料的支架等,只需在反应器出水口设计一个特殊 的网筛,阻挡填料流出反应器,所 以投资成本低。既可单独使用,也可多级 串并联使用,或与其他反应器组合使用,主要用于废水中有机物的去除、脱氮除磷。可用于新建污水处理厂及现有污水处理厂的升级 改造。设计的核心是向反应器 中投加 比表面较大、可在反应器 内随水 流运动的轻质生物膜载体填料。填料的比重多在左右。目前,这种填料多 由聚氨醋、聚丙烯塑料等制成,其形状有立方块、圆柱体、截头 圆柱 体、管状、粒状如 沙粒、再生废塑料颗粒或不规则状。影响运行效果的
9、主要因素反应器 中填料的材质、大小、形状、比重、数量及其有效比表面积据 必等的研究,为了使填料能在反应器内自由运动,填料的最大充填比例应小于,最好在左右。在实际工程 中,填料的充填比例应根据处理装置的形状、废水的类型、废水水质和处理目的一一油不,毛针奋年第卷第期夕喇厉肠了汀口刀刀朗刁了七入刃,己来确定,以处理装置 中所有填料均能流动、无死区为标准。必等“通过对大小、形状不同的填料的对比,在填料 充填比例和体积 负荷相同的情况下,小填料反应器的运行效果要比大填料反应器的效果稍微好一些 在填料比表面相 同的情况下,填料的大小、形状对反应器的去除率没有明显差别,从 中可得出填料的有效比表面积是影响移
10、动床生物膜反应器运行效果 的主要因素,而填料大小、形状居次要地位。进 出水方式不 同,所选用的填料 的类型也不同。对上 流式连续运行的反应器来讲,大多选用 比重小于的填料,而对下流式反应器来讲,大多选用比重大于的填料。搅拌类型和搅拌方式在好氧反应器 中,一般 采用空气搅拌。由于好氧反应 中,约的转化成污泥,污泥的产量高、增殖较快,所以,填料的挂膜较为容易,考虑到好氧微生物对氧气的需求,故多采用连续搅拌的方式,曝气量的大小要能满足好氧微生物对的需求程度,同时又不会因搅动强度太大而使填料上的生物膜大量脱落。在 厌 氧 反应器 中,采 用机 械、沼气 来 搅 拌。据必盯等“的研究,在厌氧移动床生物膜
11、反应器中,机械搅拌时反应器的运行效果有时要比气体搅拌好,但两者 的差 别不 是很 明显。在厌 氧反应器 中,搅拌方式可采用间歇或连续两种方式。在厌氧消化反应中,仅约一的转化成厌氧污泥,污泥的产量 低、增 殖慢,因而,在厌氧反应器 挂膜 的初期,可采用间歇搅拌的方式。在间歇搅拌的厌氧移动床生物膜反应器 中,当填料运动时,反应器属厌 氧移动床反应器,而当填料不运动时,反应器 中的填料因 比重较轻而上浮,或因比重较重而下沉,此时的反应器实际上就成了厌氧滤床,上浮或下沉的填料能阻止部分污泥的流失,进而提高反应器 中污 泥的浓度,缩短了厌氧挂膜启动 的时间。据笔者初步试验研究,用厌氧处理葡萄酒蒸馏废水时
12、,填料的挂膜周期至少在个月以上。当厌氧反应器挂膜成功后,可增加搅拌次数,采用间歇或连续搅拌方 式。有机负荷的大小虽然可根据有机负荷的大小来调整设计参数,达到预期的处理效果,但负荷较高时,对污泥的沉降性有一定的影响。据 必等”的研究,污泥的沉降性 随着有机负荷增加而降低,因此,需在高速移动床生物膜反应器的出水 中投加絮凝剂或其他分离技术,以提 高污泥的沉降性。水力停 留时间据必等研究,溶解性有机物在可快速降解,而颗粒有机污染物中只有一部分被生物膜吸附、水解和分解,另一部分经过后无变化。对含悬浮物较大的废水,或难 降解废水,需延长,以便取得较好的去除效果。,废水的变化据笔者 初 步 研 究,厌氧移
13、动床生物 膜 反 应 器的填料种类不同,抗进水变化的冲击力也不尽相同。在进水、有机负荷和填充比例基本相同的情况下,装有大填料反应器受废水变化的冲击要明显大于小填料的反应器。在废水处理中的应用目前,在 中小型城市污水”一”、旅游区生活污水、以及食品废水、造纸废水一”、石 油化工废水即、制药废水等工业废水中得到了较为广泛的应用。的应用形式主要有如下几类 单独的工艺、与活性污泥共池的工艺、与其它工艺的组合工艺。单独的工艺单独的工艺完全由单个或多个串联或并联组合而成,主要用于新建城市污水、工业废水处理厂和已有污水厂的升级改造,其目的是用于废水 中的、的去除、脱氮除磷等。必等认为,用工艺处理城市污水 时
14、,在填料的充填比例为有 效比表 面积、水温为的情况下,有机负荷可设计到一,在低负荷时,的去除率高达一,而在高负荷时,的去除率为一。等,用高温好氧移动床反应器处 理热机 造纸 白水,在 有 机 负荷为一、水力停留时间为一、溶解氧为一的情况下,的去除率达一,在进水的构成中,碳水化合物 占一,类木质素 占一万,而它们的去除率分别达一和小于巧。厌氧与好氧结合用来处理高浓度的有机废水和难降解废水,如等用高温厌氧一好氧组合工艺处理甜菜制糖废水,在厌氧的有机负荷为和好氧的有机负荷为的一一移动床生物膜反应器及其应用柴社立厉肠了汀,口月细了及了冶月情况下,的去 除率达到。在对水 中磷较为敏感的地区,可在后,增加
15、化学加药和混凝沉淀设备,以达到去 除磷的目的,如挪威的污水处理厂,在有机负荷为的情况下,、和总磷的去除率分别达到、,出水的、总磷分别为、。美国缅因州的造纸厂废水处理采用两级工艺,原水的毒性为为无毒,在水量为、水力停 留时间为一的条件下,、的去除率分别达、,出水毒性一。说 明对难降解废水和有毒废水的处理也有明显的优势。个 或个以上串联起来,主要用于废水 中的脱 除。根据反硝化与硝化作用的先后顺序,将脱氮工艺又分成前置反硝化、后置反硝化、前 置 反硝 化 与后置 反硝 化 相 结合三种形式。据功等资料,后置反硝化速率大于前置反硝化,而且后置反硝化工艺易控制,所需反应器的体积小,但后置反硝化的缺点是
16、需要外加易分解的碳源。为了减少碳源的需求量,也可采用前、后置反硝化相互结合 的形式。在氮的脱 除过程 中,犷的硝化作用是至关重要的一步,这是因为硝化菌的生长速度比其它细菌慢倍,一旦犷转化成硝态氮,反硝化菌在缺氧条件下,利用水中的易降解的碳源将丁还原成。中的填料正好能起到增加污泥量和污泥停 留时间的作用,所 以,非常适合用于废水的硝化作用,川。挪威的污水处理厂采用前置与后置反硝化结合的组合工艺,在运行温度的条件下,的去除率达,出水中为,其中前置反硝化仅 占整个反硝化的。与活性污泥共池的工艺与活性污泥共池的工艺主要用于废水中、的去 除、氨氮的硝化、反硝化。工艺的结构形式是 一个分成两段,第一段不曝气,为缺氧部分,属活性 污泥法,主要进行反硝化,反硝化率可达 到”。第二段 曝气,为好氧部分,好氧段主要用于去除大量的有机物和氨氮的硝化,好氧段增加的污泥,在提高填料上污泥数量的同时,也提高了活性污泥的泥龄,进而促使生长缓慢的硝化菌生长。通过 改变填料 的充填比,可有效的调控硝化菌的数量。如美国科
