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1、J曲;袖针带2004年第23卷第6期夕Za乓列2a 1 E llVlronm朗之刁25乞 1 刃Zc 已s移动床生物膜反应器及其应用MovingBedBiofilmRe aetora ndltsAPPlie ation柴社立蔡晶(吉林大学地球探测科 学与技术 学院,长春1 30 0 2 6)C ha i Sh el iCai J ing(Fa e ult yofG eo一e xPlo ratio nSeie n e ea ndT eeh nolog y,JilinUnive rsity,Changehu n13( X )26)苗早元(上海金山联合环境工程公司,上海20 054 0)Rui Zu
2、nyua n(Sha ngha iJin sha nEn v lro n 们 。ent a lE ng inee r ing ComPany,Sha ngha i200540)摘要介绍了移动床生物膜反应器(MB日 R)的特点.讨论了MBBR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pH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MB BR工艺、MBBR与活性污泥共池工艺.MBBR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Abstra etT hefe atur e
3、s ofamoving bed biofi lmreaC tor(M BBR)wereintrodueed.Ef fe etsofvario usfaeto rsonthePer forma n e e oftheM BBRweredise u sseds ueha sthete xtur e,size,shaPe,sPe ei fiegravity,qua ntityandef fe etivesPe eifie s ur faeeare aofthefil l ingmate rialsintheMBBR,aswel la styPe s andmodesofthestirring,o r
4、ga nielo adings,hydra ul ieretentiontime,eha nge sinPHvalu e ofthewa stewate r,andete.ThePre sentaPPl ie a-tio n ofthesing leMBBRProe e ss a nde ombinedwitha etiv atedsludgePro e e ss o r otherone sinthewastewatertr6 atm6ntWS Sr6Vi6WGd.Keywords :Mo vingbed biofi lmre a eto r(MBBR)Removaloforga niesD
5、e nitrific ationWa stewater,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,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
6、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,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2 0世纪7 0年 代起,欧洲的一些
7、公司、大学 等开始研究 现在称之为移动床生物膜反应器(mo vingbedbiof i lm:ea 。tor,简称为MB BR)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LinPor工艺和Kad ln e sl艺。2 0世 纪7 0年代 中 期,由 德国的LindeAk ti en ge sl l soh af t公司研究开发的旨在改进传统活性污泥法的 L inpo r 工艺,即载体活性污泥法,该工艺利用高孔隙的聚氨醋塑料泡沫块作为载体,将 其放入活第一作者柴社立,男,19 6 2年生,20 02年毕业于 吉林大学,博士。现在法 国农艺研
8、究所环境生物技术实验室做博士后研究。一2 5 7一移动床生物膜反应器及其应用柴社立夕2口刀岁了厉Z 三的F“刃月m朗Z刁25乞I en c艺l s水出卜|。峋娜。出水l由由0 eo。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,198 4年在德国的Fr ei s ing建起了第一座 以L in Po r工艺运行的污水处理厂、21。当海绵块 的体积 约为活性 污泥 池体 积 的10%一3 0%,L in Po r系统中的污泥总量要比传统活性污泥法高 出2一3倍。20世纪80年代,由挪威的KaldnesMil joteknolog i公司(KMT)与 挪威科 技大学
9、 (NTNU) 和挪威研 究所(s INTE F)合作开发的新工艺( 简称Kaldn e s 一MBBR),与 L inpo r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,19 9 0年,在挪威的S te in sho lt新建了生产性 的污 水处理厂l 3 。此后,MB B R开始 被人们所 熟悉,同时,在 后来的研究和应用 中MB BR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Flo e o r填料等。据必degaa川14等人的资料
10、,移动床生物膜反应器在1 7个国家的10 0余个工厂中得到应用。在我国,MB BR的研究和应用仍 处在起步阶段1 5一,。本 文介绍了移动床生物 膜反应器 (MB BR)的特点,讨论了 MB B R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p H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MBBR工艺、MB B R与活性污泥共池工艺、MBB R与其他工艺的组合工艺在废水处理 中的应用现状。O田进水J飞豁l进水ZM日BR的特点及影响反应器运行的主要因素2.1特点MB B R是处于活性污泥法和固定生物
11、膜法之间的高效新 型反应器8,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C、N、P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。MB B R的结构如图1所示。MB BR既可在好氧环境下运行见图la,也可在缺氧和厌氧环境下运行见图lb。在好氧MB B R中,填料运动靠曝气,而在缺氧和厌氧MB BR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,MBBR中生物膜的载体是运动的,由于 水的剪切 力和载体运动所产生的摩擦力,填
12、 料 表面(特 别是 外表面的)生物 膜会 自(a)(b)(a) 好氧MB B R(b)厌氧MB B R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,MB B R法 的处 理能力相对较强。MBBR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 1 8 .91。MBB R的应用比较
13、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Kad lne s公 司所做的对比研究,假设移动床生 物膜工艺的 占地面积为1时,接触氧化工艺的 占地面积要大7.5 5倍,而活性污泥法工艺则高达10.6 7倍。同时,MB B R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。MB B R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。
14、MBB R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1.0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。2.2影响MBB R运行效果的主要因素2.2.1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de ga ar d等I 9 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7 0%,最好在6 7%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
15、水的类 型、废水 水质和处理目的一258一J油;不,毛针奋2 00 4年第2 3卷第6期夕Zaz喇2厉肠了 F汀口刀刀2朗Z刁了5七入刃, 己s来确定,以处理装置 中所有填料均能流动、无死区为标准。必dega ar d等I“通过对大小、形状不同的填料 的对比,在填 料 充填比例(6 0%)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C OD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
16、 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1.0的填料,而对 下流式反应器来讲,大多选用比重大于1.0的填料。2.2.2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5 0%的C OD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0: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dega盯d等t“的研究,在厌 氧移动 床生物 膜反应器中,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5%一1 0%的C OD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
