01 mbbr已成为主流工艺之一
标准中表述,“删除了塔式生物滤池和土地处理等工艺,补充了膜生物反应器(mbr)、移动床生物膜反应器(mbbr)和人工湿地等应用广泛且运行可靠的工艺。”
据不完全统计,截至2020年底,mbbr在国内市政污水处理领域应用规模超过2000万吨/天,考虑工业、微污染水领域应用合计规模超过2500万吨/天。中国是全世界mbbr工艺应用规模、数量最多的国家,思普润也是国内外完成mbbr项目数最多的企业,业绩规模近1500万吨/天。结合多个统计资料可知[1],国内市政领域mbr和mbbr应用规模相当,分别约占总处理规模的10.4%。mbbr在大规模推广应用过程中,随着设计施工运营经验的不断积累,相关从业人员对工艺标准化、规范化的设计诉求呼声也越来越高,最终使得mbbr工艺得以列入新标准中。
[1] https://www.chyxx.com/industry/202104/945027.html
02 表面负荷和有效比表面积构建了mbbr生化技术体系
各生化工艺均有自己的特点特征,并依据关键特征进行设计。活性污泥法以污泥负荷作为设计指标(kg污染物/kgmlss/d),是基于单位质量活性污泥处理能力相对稳定。而mbbr工艺,不论是泥膜复合mbbr应用形式,还是纯膜mbbr应用形式,其悬浮载体上生长的微生物膜,其单位质量生物量处理能力差异较大,和活性污泥有较大差异性,不能照搬活性污泥法的污泥负荷设计方法。生物膜处理性能的限制性因素为传质,包括基质传递和溶解氧传递,而传质与生物膜表面积密切相关,故mbbr以悬浮填料的表面负荷(g污染物/m2/d)进行设计[2]。
以表面负荷设计,可直接得出生化系统所需的生物膜面积,然后根据悬浮载体的有效比表面积(单位体积悬浮载体填料能实现良好传质传氧,且能生长有效微生物的受保护的表面积,通常为悬浮载体内部结构的内外壁及外部类齿轮状突起的凹陷处)进行选型,进而得出特定型号悬浮载体的体积。
这种设计及选型方法原因:
表面硝化负荷范围较大,主要影响包括:有机负荷影响、出水氨氮浓度影响(出水标准)、污泥浓度影响、系统分级影响、悬浮载体承担进水硝化负荷影响、设计do影响、抑制性因素影响。具体取值宜现场试验,不具备条件时,可咨询委托专业厂商进行设计计算。
插播误区排雷:依赖于悬浮载体表面增加粗糙度,进而增大有效比表面积的说法,看图就知道,所谓的粗糙都会被生物膜填平的哦。
第二,壁厚和有效比表面积的矛盾。为简化描述,将悬浮载体流道抽象为圆形,以流道直径2.5mm为例,壁厚每增大0.5mm,则流道直径将缩小0.5mm,流道周长缩小20%,即有效比表面积缩小20%;流道孔径越小,毛细作用越显著,实际有效比表面积将缩小更多。同时,流道变小,对于传质影响更大,不利于微生物代谢。应确保悬浮载体理化要求的前提下,尽可能缩减悬浮载体壁厚。
[2]吴迪.水处理用悬浮载体填料行业标准解读与投加量设计[j].中国给水排水,2017,33(16):13-17.
[3]cj/t 461-2014, 水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料[s].2014
03 mbbr表面反硝化负荷并未被遗忘
新标准中给出了表面有机负荷和表面硝化负荷的建议取值范围,但并未给出表面反硝化负荷的建议取值范围,原因包括:
因此,表面反硝化负荷数值范围并未列入新标准。但不可否认的是,部分项目由于池容受限,当好氧区所需悬浮载体超过最大填充率,或考虑水力布置因素好氧区难以投加更多悬浮载体时,为不进行生化池的扩建,也可在缺氧区投加悬浮载体,强化反硝化效果,此类情形已有相关工程案例支撑,但要关注:
1)缺氧流化的水力流态设计,较好氧区实现流化难度更大;
2)缺氧搅拌器必须使用专用设备,防止与悬浮载体互相磨损;
3)缺氧搅拌器布置应科学合理,降低功率密度,建议辅助水力模拟进行流态优化;
4)若缺氧池容缺口较大,可考虑使用纯膜mbbr工艺,纯膜mbbr无需与活性污泥竞争,悬浮载体反硝化负荷反而比泥膜复合系统更高,同样实现缩减池容的目的。
04 mbbr水力学特性不能忽视
“悬浮填料的填充率不应得超过反应池容积的2/3;悬浮填料投加区域应设拦截筛网;移动床生物膜反应器池内水平流速不应大于35m/h,长宽比宜为2:1~4:1;当不满足此条件时,应增设导流隔墙和弧形导流隔墙,强化悬浮填料的循环流动。”
mbbr能够成功实施有两个关键,一则为生化方面,生物膜满足处理负荷要求,达到处理效果;二则为水力方面,确保系统流化良好,生物膜传质良好。而水力系统最终会影响传质,进而影响生化性能,可以说水力流态是mbbr的重中之重。
附 件
有效比表面积是指单位体积悬浮载体填料可供微生物生长,且保证良好传质和保护微生物不被冲刷的表面积。按有效比表面积不同可将悬浮填料分为a类填料、b类填料、和c类填料,其中a类填料有效比表面积为350m2/m3~500m2/m3,b类填料有效比表面积为620m2/m3~800m2/m3,c类填料有效比表面积为1200m2/m3,填料的相关参数如表22所示。