新型生物膜技術(shù)處理污水

概述

本項技術(shù)由兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)構成：一是針對中低有機物濃度有機廢水的移動(dòng)床生物反應器廢水處理工藝技術(shù)。該技術(shù)適用于COD小于1000mg/L的廢水，具有高效硝化和反硝化效果，特別適用于廢水處理裝置的提標升級改造；二是針對中高濃度工業(yè)有機廢水的的垂直折流多功能生物反應器廢水處理技術(shù)。該技術(shù)具有高的氧利用效率和高的容積負荷，適用于COD大于1000mg/L的工業(yè)廢水的處理。與傳統處理工藝相比，兩種技術(shù)對廢水處理表現出高效低耗的特點(diǎn)。

一、移動(dòng)床生物膜廢水處理技術(shù)（MBBR）

（1）MBBR技術(shù)思路

有機廢水的生物技術(shù)有兩種方法，一是活性污泥法，二是生物膜法�；钚晕勰喾▽儆趹腋∩�物處理系統，其優(yōu)點(diǎn)是曝氣池內微生物、各環(huán)境要素分布均勻，傳質(zhì)效率較高，而且投資省。但是，該工藝的主要問(wèn)題是：首先，排泥量大，泥齡較短，不能滿(mǎn)足高效硝化的要求，進(jìn)而不能實(shí)現高效脫氮；其次，容積負荷低，造成處理效率低和占地面積大；第三，容易誘發(fā)絲狀菌膨脹等。生物膜法屬于生物附著(zhù)污水處理系統，其利用生物填料來(lái)固定微生物。與活性污泥技術(shù)相比，生物膜法的主要優(yōu)點(diǎn)有：較長(cháng)的污泥齡，適于世代周期較長(cháng)的硝化菌的生長(cháng)；溶解氧在生物膜上的梯度分布，為不同的微生物生態(tài)結構和代謝提供了條件；污水處理效率高、占地面積相對較小、抗沖擊性強等，因此，適合處理工業(yè)廢水。但是，生物膜法的主要缺點(diǎn)是微生物與各類(lèi)底物之間的傳質(zhì)效率較低，表現為：（1）生物填料容易在曝氣池內形成擁堵、結團或溝流，傳質(zhì)不均勻，直接降低生物膜法的效率；（2）反應器內氣液接觸時(shí)間短，氧的利用率低。

MBBR是將活性污泥法與生物膜技術(shù)耦合形成的新工藝，是將生物膜技術(shù)以活性污泥的方式運行的廢水處理工藝。該技術(shù)在發(fā)揮了活性污泥法的高傳質(zhì)效率和生物膜法的高硝化效率的同時(shí)，有效克服了兩者存在的問(wèn)題。成為新興的廢水處理工藝。

（2）技術(shù)原理

MBBR工藝特征是在生物曝氣池中填入可移動(dòng)的生物載體。微生物在載體上掛膜和沉積，形成懸浮微生物、掛膜微生物和載體構架內沉積的微生物等不同狀態(tài)的微生物，構成脫碳、硝化、反硝化微生物的生態(tài)結構，完成COD凈化、氨的轉化和脫氮等功能。同時(shí)，由于掛膜微生物保持了長(cháng)的泥齡（SRT），對難降解性有機物表現出良好的分解能力。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

（3）技術(shù)特點(diǎn)

MBBR具有如下技術(shù)特點(diǎn)：

① MBBR載體采用PE或PP經(jīng)適當配方改性制成，具有良好的親水性，密度接近1g/cm3,保證了載體具有很好的掛膜能力和在水中良好的移動(dòng)性。而且，特殊的結構設計使各種功能微生物形成良好的生態(tài)分布和較高的生物量，實(shí)現高效的COD凈化、氨的轉化和脫氮等。處理水符合國家排放標準一級A。

② 在生物曝氣池中移動(dòng)的載體對氣泡有切割作用。切割的氣泡有利于提高氧在水中的溶解。氧的利用效率比活性污泥法提高15%-20%，從而降低運行費用。

③ 產(chǎn)生的剩余污泥量很少。產(chǎn)生的剩余污泥量為傳統活性污泥法的10%-50%。

④ 具有靈活的工藝運行方式�？梢酝屏魇�、序批式等方式運行。并方便地與其他各種單元技術(shù)連接。

⑤ 占地面積小。達到相同處理效果時(shí)，比傳統活性污泥法的占地面積小20%-30%。

（4）投資及運行費用

投資費：生活污水的處理投資與活性污泥法相當。對工業(yè)廢水才處理1000元/kg.COD。

運行費：對生活污水的處理比活性污泥法降低15%左右。

二、垂直折流多功能生化反應器污水處理技術(shù)（VTBR）

垂直折流多功能生物反應器（Vertical Tubular Biological Reactor，簡(jiǎn)稱(chēng)VTBR）是屬于環(huán)境工程領(lǐng)域的水污染防治工程技術(shù)領(lǐng)域。該反應器采用全新的垂直折流流體流動(dòng)方式，提高了氣液接觸時(shí)間，氣液的傳質(zhì)效率，是一種多功能高效的污水生化處理裝置。

(1) 技術(shù)思路

本技術(shù)是基于深井曝氣、固定膜式生物反應器、UASB、氣體吹脫等基本原理所發(fā)明的。其總體思路在于將深井曝氣分段建于地上，分段后段與段之間用垂直管連接，產(chǎn)生上下垂直折流的流體流動(dòng)方式。同時(shí)它可以方便地加裝填料，形成固定膜生化反應器，從而充分利用了固定膜反應器的優(yōu)點(diǎn)，解決了深井曝氣不能加裝填料的問(wèn)題。

該發(fā)明的應用特性不僅在好氧工藝中體現，而且可以在厭氧工藝中得以體現。它實(shí)現了固定膜厭氧生化器，使之具有比UASB更優(yōu)越的特性，因為它在污泥量大時(shí)形成污泥膨脹段，膨脹段上部形成填料床過(guò)濾段，形成懸浮床和固定床一體的生物生長(cháng)過(guò)程，增強了生化處理效果和污泥截留率；而且在該反應器中用氣流攪拌代替了常規消化罐采用機械攪拌，大大提高了氣液固三相傳質(zhì)效果，同時(shí)在節約能源，減少設備投資，方便運行管理方面都有獨到之處。

另外，該發(fā)明還可以通過(guò)適當控制給氣量及給氣方式，可組成厭-好氧串聯(lián)組合工藝，以實(shí)現污泥消化，脫氮脫磷，無(wú)污泥化工藝。

（2）技術(shù)原理

VTBR生物反應器的動(dòng)力學(xué)原理為：氣液并流向上通過(guò)第一級生物反應器，氣液混合物經(jīng)過(guò)下降管依次導入下一級反應器，使氣體與液體在下降管中充分混合并使接觸時(shí)間大大加長(cháng)，氧的傳遞效率得到提高，能耗下降，體現了技術(shù)經(jīng)濟的先進(jìn)性。

VTBR生物反應器的內部流體流動(dòng)路徑大致可以描述為：氣液兩相并流向上通過(guò)柔性塑料繩填料固定床反應器，隨后氣液兩相折流向下通過(guò)下降連接管，在下降連接管內，由于氣液兩相流的流速較大，能夠實(shí)現氣液的充分混合，強化了氧在廢水中的溶解，之后再并流向上通過(guò)下一級固定床反應器，經(jīng)過(guò)幾級折流后，完全達到廢水的處理要求后，流出最末一級反應器。

本裝置的單體設備為高度2-20米，直徑為0.2-20米的鋼制，玻璃鋼制，工程塑料及鋼筋混凝土容器。容器內部設置有填料支撐板，可以填充鋼制填料，陶瓷填料，塑料填料，半軟性填料，纖維填料等。填料填充量及性質(zhì)，根據處理水質(zhì)，水量及處理水平而定，組合時(shí)部分單體可不裝填料，特別是在污泥消化及厭-好氧串聯(lián)工藝中。設備的供氣采用氣液同管同流混合進(jìn)氣方式。本設備可以在常壓或加壓下操作，壓力范圍為0－15大氣壓。

（3）技術(shù)特點(diǎn)

垂直折流多功能生物反應器與常規反應器相比有如下特點(diǎn)：

① VTBR中由于氣液接觸時(shí)間可以人為調整，氣液接觸時(shí)間的延長(cháng)使氧氣的利用率大大提高，經(jīng)測定VTBR的氧傳遞效率在80%以上。

② VTBR由于反應器串聯(lián)形成一定的靜液壓力，一般可達2-3個(gè)大氣壓，可以更好的滿(mǎn)足供氧需求。

③ VTBR可任意裝填填料，使單位容積生物量高達10克/立升，相應的容積脫除負荷升高到10-15公斤/立方米•天（厭氧）和5-10公斤/立方米•天（好氧）。

④ VTBR可構成純好氧處理工藝；純厭氧工藝；厭氧---好氧串聯(lián)工藝；厭氧---好氧----厭氧串聯(lián)等多種工藝，無(wú)論哪種工藝均采用密閉的設備，利于氣體收集回用或高空排放，且處理車(chē)間無(wú)任何異味。

⑤ 由于采用固定膜式生物反應器，生物內源呼吸過(guò)程加強，剩余污泥量減少，當處理COD為1000毫克/立升以下的污水時(shí)，剩余污泥量很少。

⑥ 由于其方便靈活的組合特性，VTBR可用于低濃度有機污水的深度處理達到回用目標；一般或高濃度廢水處理達到排放指標；生物脫氮；污泥消化等場(chǎng)合。

（4）投資及運行費用

投資費：對工業(yè)廢水才處理1000元/kg.COD。

運行費：對生活污水的處理比生物接觸氧化降低15%-50%左右。

三、知識產(chǎn)權、獲獎及應用情況

該技術(shù)已獲得四項國家發(fā)明專(zhuān)利授權，載體獲國家科技部、發(fā)改委等四部委頒發(fā)的國家級新產(chǎn)品證書(shū)，MBBR和VTBR技術(shù)獲得兩項國家重點(diǎn)推廣技術(shù)稱(chēng)號。以成功應用于30余個(gè)化工廢水處理和污水處理升級改造工程，處理水達到國家國家排放標準一級A或合同要求。來(lái)源：大連理工大學(xué)環(huán)境學(xué)院