MBBR處理生活污水技術(shù)研究

王京城

摘要：針對傳統(tǒng)填料親水性差、附著能力差的缺點(diǎn)，采用新型改性填料，較好地克服了以上缺點(diǎn)。試驗結(jié)果表明：移動床生物膜反應(yīng)器（moving bed biofilm reactor，MBBR在采用排泥法掛膜時，在溫度為14～18 ℃、水力停留時間為10 h、曝氣量為320 L/h、填料填充率為40%時，出水可達(dá)一級A標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：MBBR；生活污水；填料；填充率

中圖分類號： X703文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

移動床生物膜反應(yīng)器（moving bed biofilm reactor，MBBR作為一種新型的污水處理技術(shù)，以其低能耗、低投資、維護(hù)管理簡單等特性在農(nóng)村水污染治理中被逐步認(rèn)可并推廣[1]。移動床生物膜反應(yīng)器的研究方向主要包括生物膜載體的開發(fā)與改良、微生物的附著與膜機(jī)理的研究、反應(yīng)器工藝的改善、動力學(xué)研究等[2-3]。本試驗采用的新型填料具有比表面積大、粗糙度高、易掛膜、無堵塞、親水性好等優(yōu)點(diǎn)，本研究以期通過試驗驗證MBBR處理污染物的能力，探索該工藝處理生活污水的運(yùn)行參數(shù)，包括HRT（水力停留時間）、化學(xué)需氧量（COD）去除能力、曝氣量、填料填充率等，從而為中試試驗及工程應(yīng)用提供基礎(chǔ)資料。

1材料與方法

11試驗用水

以某單位化糞池污水為處理對象，水質(zhì)成分為：COD 350～450 mg/L，氨氮40～70 mg/L，總氮50～80 mg/L，總磷 4～8 mg/L，pH值68～76。

12試驗裝置

研究用試驗裝置主體結(jié)構(gòu)由有機(jī)玻璃制成，固定在鐵架上，反應(yīng)池的長度為40 cm，寬度40 cm，高91 cm，總有效體積達(dá)0145 6 m3。初沉池與二沉池均為豎流式沉淀池。曝氣裝置采用的是微孔曝氣。MBBR工藝流程見圖1。

13啟動試驗（掛膜階段

本試驗采用悶曝自然掛膜法，接種污泥來自于某污水處理廠曝氣池內(nèi)活性污泥，接入放有填料的移動床生物膜反應(yīng)器內(nèi)，悶曝2 d。試驗用水為化糞池水與自來水的混合，將進(jìn)水COD的濃度調(diào)到約400 mg/L左右，氨氮濃度為40 mg/L左右，連續(xù)進(jìn)水，水力停留時間為12 h，曝氣量逐漸從220 L/h提高到300L/h，水溫為18 ℃。隨著時間的推移，填料上會逐漸出現(xiàn)肉眼能夠看見的生物膜，生物膜中的微生物的種類、結(jié)構(gòu)會越來越復(fù)雜，生物膜會越來越厚，從而變得清晰可見，生物量也會越來越多，逐漸達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。

[F（W13][TPWJC1tif][F]

圖2為不同時期內(nèi)微生物的掛膜情況，圖2-a為微生物掛膜初期，填料上只有部分低等微生物附于填料表面，它們主要是作用在填料表面形成黏膜，用肉眼還不能夠看清這些微生物；圖2-b為培養(yǎng)8 d后微生物的生長情況，填料表面出現(xiàn)1層薄薄的絮狀體，這是一些以細(xì)菌為養(yǎng)料的微生物逐漸增長的結(jié)果。圖2-c、圖2-d為生長趨于穩(wěn)定的生物膜，它們含有各種各樣的微生物，構(gòu)成一個完整的生態(tài)群體。[JP2]

移動床生物膜反應(yīng)器生物膜上細(xì)菌的鏡檢結(jié)果見圖3，可見生物膜上生長著大量桿菌和球菌類細(xì)菌，它們是生物膜中最小的微生物群體，不但自身能夠利用污水中的有機(jī)物質(zhì)合成自身細(xì)胞，還可以為其他微生物提供養(yǎng)料，在填料掛膜上也作為最基本的條件，因此在構(gòu)成生物膜中起著舉足輕重的作用。

[WTH]2不同因素對COD去除效果的影響分析

21水力停留時間

試驗采用連續(xù)進(jìn)水方式，在進(jìn)水COD濃度400 mg/L、氨氮濃度為40 mg/L、曝氣量為320 L/h、填料填充率為40%、溫度為14～18 ℃的條件下，考察4、6、8、10、12 h水力停留時間對COD去除效果的影響。

由圖4可以看出，水力停留時間為4～10 h，對COD去除效[CM（25]果的影響很顯著；隨著水力停留時間的延長，出水COD濃

度越來越小，當(dāng)達(dá)到10 h時，出水COD的濃度低于50 mg/L，優(yōu)于GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級A標(biāo)準(zhǔn)。此外在試驗過程中也觀察到，微生物已將填料填滿，由于水的剪切力作用，懸浮的微生物也較多，說明生物膜量達(dá)到穩(wěn)定值；繼續(xù)增加水力停留時間至12 h時，COD的去除率變化幅度趨于平緩，水中的有機(jī)物去除達(dá)到平衡，如繼續(xù)增加HRT，勢必會造成微生物的碳源不足而影響整個生物膜系統(tǒng)。因此從COD的去除效果和經(jīng)濟(jì)成本考慮，當(dāng)水力停留時間為10 h時最為理想。

22曝氣量

在以上條件不變的基礎(chǔ)上，將水力停留時間設(shè)定為10 h，曝氣量分別選定140、200、260、320、380 L/h時，考察溶解氧對COD去除效果的影響，試驗結(jié)果如圖5所示。

[F（W11][TPWJC5tif][F]

由圖5可以看出，溶解氧對COD的去除率并沒有太大的影響。但是在不同的曝氣條件下，去除COD的微生物卻相差很大：當(dāng)曝氣量維持在200 L/h以內(nèi)時，溶解氧很低，池內(nèi)幾乎為缺氧狀態(tài)，大量絲狀菌產(chǎn)生，懸浮微生物很多，填料內(nèi)部生物膜的絮狀體也非常松散，進(jìn)到二沉池的污水中含有大量結(jié)構(gòu)松散的微生物，使二沉池的沉淀效果非常差，進(jìn)而影響出水水質(zhì)，較小的曝氣量也會導(dǎo)致填料在池內(nèi)流動緩慢，如果擴(kuò)大池內(nèi)靜止填料的區(qū)域范圍，導(dǎo)致溶解氧不能充分利用，反應(yīng)池中的污水也呈不均勻分布；當(dāng)曝氣量達(dá)到260 L/h以上時，池內(nèi)的微生物幾乎都存在于生物膜上，COD主要是被生物膜上的微生物去除，懸浮微生物量明顯減少，大部分都是生物膜上脫落的殘體，它們結(jié)構(gòu)密實，不易被水流打散，隨后會隨著水流進(jìn)入二沉池而易于沉淀下來，出水水質(zhì)較好；當(dāng)曝氣量在320 L/h時，出水達(dá)到最佳值，溶解氧濃度約為 37 mg/L；當(dāng)繼續(xù)加大曝氣量，COD的去除效果不是很明顯，如果繼續(xù)加大曝氣量會導(dǎo)致池內(nèi)的攪拌強(qiáng)度過于激烈，既增加成本又會使水的剪切力加大，造成生物膜嚴(yán)重脫落。

23填充率

在進(jìn)水COD濃度400 mg/L、氨氮濃度為40 mg/L、曝氣量為3203 L/h、溫度為14～18 ℃條件下，設(shè)置填料填充率分別為30%、40%、50%，研究不同水力停留時間下填充率對COD去除效果的影響，試驗結(jié)果見圖6。

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由圖6可見，在4～8 h的水力停留時間下，去除率幾乎為3條平行曲線；隨著微生物水力停留時間的延長，去除率越來越好，這時起主導(dǎo)作用的是填料的填充率，也就是微生物的量決定去除效果，因為池內(nèi)含有的有機(jī)物越多，生物膜量就越多，而填料較少時不能保證微生物量，因此剛開始時50%填料的去除率占較大優(yōu)勢。但是填料填充得越多也并不是在水力停留時間短時就好，這也取決于曝氣量，因為生物膜越多，曝氣量的消耗就越大，池內(nèi)溶解氧含量就會越來越少，出水水質(zhì)也會越來越差。當(dāng)水力停留時間為10 h時，40%的填料幾乎接近50%填料的去除效果，這是因為40%的生物膜量幾乎接近50%填料的生物膜量，說明這時填料填充率已經(jīng)不能起主導(dǎo)作用；當(dāng)水力停留時間為12h時，30%填料的去除率也開始逐漸靠近40%、50%填料。綜合考慮，選40%填充率。

24COD濃度

在設(shè)定水力停留時間為10 h、曝氣量為3203 L/h、溫度為14～18 ℃、填充率為40%的條件下，考察不同COD濃度對有機(jī)物的去除效果，試驗結(jié)果如圖7所示。

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圖7表明，在進(jìn)水COD濃度為200 mg/L時，有機(jī)物的去除率為78%，去除效果不是很好，因為在較低的COD濃度下，生物膜出現(xiàn)大量的脫落現(xiàn)象，且脫落的生物膜體積小，在二沉池內(nèi)不易沉降，導(dǎo)致出水含有較多的微生物，因此去除效果不理想；當(dāng)進(jìn)水COD為400～600 mg/L時，生物膜又恢復(fù)到原來的量，不但能夠保證微生物厭氧層和好氧層同時消耗水中的碳源，而且生物膜大塊脫落，在二沉池中能夠快速沉降，使得出水水質(zhì)良好；當(dāng)進(jìn)水COD濃度在600 mg/L以上時，盡管去除率略有所下降，但是出水已經(jīng)有明顯上升趨勢，這是因為較高的碳源會使池內(nèi)的的微生物大量繁殖，尤其是懸浮微生物，它們雖然能夠吸收大量的有機(jī)物但是在池內(nèi)這些微生物經(jīng)過水和填料的剪切力作用，使得懸浮微生物的體積較小，去除效果有所下降。

25容積負(fù)荷

在其他條件不變的情況下，考察不同的容積負(fù)荷對有機(jī)物去除的影響，結(jié)果見表1。

由表1可見容積負(fù)荷對有機(jī)物的去除率的影響，在容積負(fù)荷較低的情況下，去除效率相對較低，主要是原因可能是碳源不足，微生物量少，填料較輕，受到水的沖刷力較大，脫落生物膜被攪碎，出水中夾雜細(xì)小的生物膜碎片；隨著容積負(fù)荷的加大，去除率越來越好，生物膜量比較穩(wěn)定，當(dāng)容積負(fù)荷超過30 kg/（m3·d[JP2]時，去除率略有下降，但是下降幅度不大，主要原因可能是因為池內(nèi)懸浮的微生物較多，池內(nèi)溶解氧不足，填料質(zhì)量加大，攪拌強(qiáng)度下降，但是仍然能夠保證80%的去除率，說明生物膜法的抗沖擊負(fù)荷能力相對活性污泥法占優(yōu)勢。

3結(jié)論

研究結(jié)果表明，在溫度為14～18 ℃、水力停留時間為 10 h、曝氣量為320 L/h、填料填充率為40%時，COD去除率可達(dá)898%，達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。不同容積負(fù)荷條件下，COD去除率均維持在較高的水平，說明該系統(tǒng)有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。通過對微生物的生物相觀察顯示，填料上長有種類繁多的微生物，還有各種鐘蟲、鞭毛蟲、輪蟲等，生物膜量非常大，這對污水處理有較大的幫助。

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