01 mbbr已成為主流工藝之一
標(biāo)準(zhǔn)中表述,“刪除了塔式生物濾池和土地處理等工藝,補(bǔ)充了膜生物反應(yīng)器(mbr)、移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(mbbr)和人工濕地等應(yīng)用廣泛且運(yùn)行可靠的工藝?!?/span>
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),截至2020年底,mbbr在國(guó)內(nèi)市政污水處理領(lǐng)域應(yīng)用規(guī)模超過(guò)2000萬(wàn)噸/天,考慮工業(yè)、微污染水領(lǐng)域應(yīng)用合計(jì)規(guī)模超過(guò)2500萬(wàn)噸/天。中國(guó)是全世界mbbr工藝應(yīng)用規(guī)模、數(shù)量最多的國(guó)家,思普潤(rùn)也是國(guó)內(nèi)外完成mbbr項(xiàng)目數(shù)最多的企業(yè),業(yè)績(jī)規(guī)模近1500萬(wàn)噸/天。結(jié)合多個(gè)統(tǒng)計(jì)資料可知[1],國(guó)內(nèi)市政領(lǐng)域mbr和mbbr應(yīng)用規(guī)模相當(dāng),分別約占總處理規(guī)模的10.4%。mbbr在大規(guī)模推廣應(yīng)用過(guò)程中,隨著設(shè)計(jì)施工運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累,相關(guān)從業(yè)人員對(duì)工藝標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的設(shè)計(jì)訴求呼聲也越來(lái)越高,最終使得mbbr工藝得以列入新標(biāo)準(zhǔn)中。
[1] https://www.chyxx.com/industry/202104/945027.html
02 表面負(fù)荷和有效比表面積構(gòu)建了mbbr生化技術(shù)體系
各生化工藝均有自己的特點(diǎn)特征,并依據(jù)關(guān)鍵特征進(jìn)行設(shè)計(jì)。活性污泥法以污泥負(fù)荷作為設(shè)計(jì)指標(biāo)(kg污染物/kgmlss/d),是基于單位質(zhì)量活性污泥處理能力相對(duì)穩(wěn)定。而mbbr工藝,不論是泥膜復(fù)合mbbr應(yīng)用形式,還是純膜mbbr應(yīng)用形式,其懸浮載體上生長(zhǎng)的微生物膜,其單位質(zhì)量生物量處理能力差異較大,和活性污泥有較大差異性,不能照搬活性污泥法的污泥負(fù)荷設(shè)計(jì)方法。生物膜處理性能的限制性因素為傳質(zhì),包括基質(zhì)傳遞和溶解氧傳遞,而傳質(zhì)與生物膜表面積密切相關(guān),故mbbr以懸浮填料的表面負(fù)荷(g污染物/m2/d)進(jìn)行設(shè)計(jì)[2]。
以表面負(fù)荷設(shè)計(jì),可直接得出生化系統(tǒng)所需的生物膜面積,然后根據(jù)懸浮載體的有效比表面積(單位體積懸浮載體填料能實(shí)現(xiàn)良好傳質(zhì)傳氧,且能生長(zhǎng)有效微生物的受保護(hù)的表面積,通常為懸浮載體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)外壁及外部類(lèi)齒輪狀突起的凹陷處)進(jìn)行選型,進(jìn)而得出特定型號(hào)懸浮載體的體積。
這種設(shè)計(jì)及選型方法原因:
表面硝化負(fù)荷范圍較大,主要影響包括:有機(jī)負(fù)荷影響、出水氨氮濃度影響(出水標(biāo)準(zhǔn))、污泥濃度影響、系統(tǒng)分級(jí)影響、懸浮載體承擔(dān)進(jìn)水硝化負(fù)荷影響、設(shè)計(jì)do影響、抑制性因素影響。具體取值宜現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),不具備條件時(shí),可咨詢(xún)委托專(zhuān)業(yè)廠商進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
插播誤區(qū)排雷:依賴(lài)于懸浮載體表面增加粗糙度,進(jìn)而增大有效比表面積的說(shuō)法,看圖就知道,所謂的粗糙都會(huì)被生物膜填平的哦。
第二,壁厚和有效比表面積的矛盾。為簡(jiǎn)化描述,將懸浮載體流道抽象為圓形,以流道直徑2.5mm為例,壁厚每增大0.5mm,則流道直徑將縮小0.5mm,流道周長(zhǎng)縮小20%,即有效比表面積縮小20%;流道孔徑越小,毛細(xì)作用越顯著,實(shí)際有效比表面積將縮小更多。同時(shí),流道變小,對(duì)于傳質(zhì)影響更大,不利于微生物代謝。應(yīng)確保懸浮載體理化要求的前提下,盡可能縮減懸浮載體壁厚。
[2]吳迪.水處理用懸浮載體填料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解讀與投加量設(shè)計(jì)[j].中國(guó)給水排水,2017,33(16):13-17.
[3]cj/t 461-2014, 水處理用高密度聚乙烯懸浮載體填料[s].2014
03 mbbr表面反硝化負(fù)荷并未被遺忘
新標(biāo)準(zhǔn)中給出了表面有機(jī)負(fù)荷和表面硝化負(fù)荷的建議取值范圍,但并未給出表面反硝化負(fù)荷的建議取值范圍,原因包括:
因此,表面反硝化負(fù)荷數(shù)值范圍并未列入新標(biāo)準(zhǔn)。但不可否認(rèn)的是,部分項(xiàng)目由于池容受限,當(dāng)好氧區(qū)所需懸浮載體超過(guò)最大填充率,或考慮水力布置因素好氧區(qū)難以投加更多懸浮載體時(shí),為不進(jìn)行生化池的擴(kuò)建,也可在缺氧區(qū)投加懸浮載體,強(qiáng)化反硝化效果,此類(lèi)情形已有相關(guān)工程案例支撐,但要關(guān)注:
1)缺氧流化的水力流態(tài)設(shè)計(jì),較好氧區(qū)實(shí)現(xiàn)流化難度更大;
2)缺氧攪拌器必須使用專(zhuān)用設(shè)備,防止與懸浮載體互相磨損;
3)缺氧攪拌器布置應(yīng)科學(xué)合理,降低功率密度,建議輔助水力模擬進(jìn)行流態(tài)優(yōu)化;
4)若缺氧池容缺口較大,可考慮使用純膜mbbr工藝,純膜mbbr無(wú)需與活性污泥競(jìng)爭(zhēng),懸浮載體反硝化負(fù)荷反而比泥膜復(fù)合系統(tǒng)更高,同樣實(shí)現(xiàn)縮減池容的目的。
04 mbbr水力學(xué)特性不能忽視
“懸浮填料的填充率不應(yīng)得超過(guò)反應(yīng)池容積的2/3;懸浮填料投加區(qū)域應(yīng)設(shè)攔截篩網(wǎng);移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器池內(nèi)水平流速不應(yīng)大于35m/h,長(zhǎng)寬比宜為2:1~4:1;當(dāng)不滿(mǎn)足此條件時(shí),應(yīng)增設(shè)導(dǎo)流隔墻和弧形導(dǎo)流隔墻,強(qiáng)化懸浮填料的循環(huán)流動(dòng)?!?/span>
mbbr能夠成功實(shí)施有兩個(gè)關(guān)鍵,一則為生化方面,生物膜滿(mǎn)足處理負(fù)荷要求,達(dá)到處理效果;二則為水力方面,確保系統(tǒng)流化良好,生物膜傳質(zhì)良好。而水力系統(tǒng)最終會(huì)影響傳質(zhì),進(jìn)而影響生化性能,可以說(shuō)水力流態(tài)是mbbr的重中之重。
附 件
有效比表面積是指單位體積懸浮載體填料可供微生物生長(zhǎng),且保證良好傳質(zhì)和保護(hù)微生物不被沖刷的表面積。按有效比表面積不同可將懸浮填料分為a類(lèi)填料、b類(lèi)填料、和c類(lèi)填料,其中a類(lèi)填料有效比表面積為350m2/m3~500m2/m3,b類(lèi)填料有效比表面積為620m2/m3~800m2/m3,c類(lèi)填料有效比表面積為1200m2/m3,填料的相關(guān)參數(shù)如表22所示。