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2022纯膜MBBR工艺微污染水处理厂的效果分析 mbr膜一体化污水处理工艺

   日期:2022-04-26    

华南地区某微环境污染水处理站总处置经营规模260×104 m3/d,为改进河堤水体,需对原加工工艺开展更新改造,在其中关键操纵指标值为氨氮。充分考虑加工工艺适应能力、项目投资运维管理成本费、工程施工难度系数水平等要素,最后选择纯膜mbbr加工工艺开展更新改造,将一部分沉积区改成纯膜mbbr区,并选用侧进侧出微动力混和池型开展更新改造,选用不注射淤泥源水运行,历经10天运行取得成功,平稳运作环节系统软件氨氮污泥负荷平均值保持在90%以上。出水氨氮浓度值关键受水的温度和渗水氨氮浓度值危害比较大,水气比和水力发电负荷率对出水氨氮浓度值危害较小,系统软件具有较好的耐水力发电冲击性特性。从生物膜性能上看,硝化负荷、生物膜生物量及膜薄厚各自在14d和28d后实现平稳,生物膜生物量提高落后于负荷提高。生物膜负荷具备一定容量,可以抵御渗水负荷冲击性。生物膜中优点微生物菌种关键有nitrospira、hyphomicrobium、nitrosomonas、kouleothrix、pedomicrobium、pedobacter等,在其中,优点硝化菌nitrospira相对丰度自动运行逐渐便慢慢升高,在第28d基本上做到平稳,在一二级生物膜中相对丰度保持在13.10±1.10%、8.66±0.72%。除此之外,飘浮媒介生物膜具有较好的耐挨饿特性,在高溫离水7d后修复试压,用时4天修复确保出水氨氮浓度值合格。纯膜mbbr加工工艺线路简易、占地面积省,项目投资运维管理低成本,运行快速,运作平稳,适合微环境污染水处理站新创建或扩建工程。

01

项目可行性

1.1 项目概况广东省某污水净化厂,解决经营规模260×104m3/d,为河堤旁为解决设备,处理市区段的河堤水源污染问题。本厂原选用一级加强混凝沉淀加工工艺,合理地减少了悬浮固体、有机化合物、总氮等污染物质,改进了河堤水体。但该加工工艺对氨氮几乎沒有解决实际效果,对于氨氮的环境污染问题,需对污水处理厂开展更新改造,使其另外具有硝化、除磷作用。考虑到渗水氨氮浓度值转变区域比较大,依据不一样渗水氨氮浓度值各自设置出水氨氮限定、氨氮污泥负荷和氨氮除去量规定(见表1)。

表1 设计方案进、出水水体

本工程更新改造遭遇无新增建设用地、渗水水体变化大、水体贫营养成分难聚集微生物菌种、投资项目受到限制等好几个难题。最先,自来水厂原来建筑物饱和状态,无新创建商业用地,需挑选可嵌入或原点执行的生产工艺;次之,本厂包含水体多,涉及到河段范围广,造成渗水水体、水流量起伏大,解决难度系数高,更新改造加工工艺需具备很强的耐冲击工作能力;再度,微环境污染水归属于贫营养成分水体,不利微生物菌种聚集;最终,该新项目规模大,但总投资受到限制,需挑选经济实用加工工艺以减少项目投资。综合性以上工程项目难题,需寻找高效率、原点、平稳、迅速、经济发展的氨氮除去技术性实现加工工艺更新改造。

02

纯膜mbbr改造技术方案与计划方案

对于微环境污染水的氨氮除去,选用活性污泥无法合理聚集微生物菌种,一般选用生物膜法。基本的生物膜法,包含曝气生物滤池(baf)、微生物轮盘、微生物触碰空气氧化、挪动床生物膜反应釜(mbbr)等。在其中,mbbr加工工艺根据向反应釜找加飘浮媒介聚集生物膜,在飘浮媒介流动性环节中,完成微生物菌种的动态更新及污染物质的高效率除去。因为其硝化负荷高、耐冲击性强、执行快速、项目投资运作成本劣等优点在我国取得了广泛运用,工程规模已超出2000×104m3/d。

mbbr加工工艺,依照其系统软件内微生物菌种关键存有方法,分成泥膜复合型mbbr加工工艺(s-mbbr)和纯膜mbbr工艺(p-mbbr),而对于微环境污染水的整治,纯膜mbbr加工工艺优点愈发显著,而且于2019年便在江苏省盐城市完成了大范围的顺利运用,解决水流量30×104m3/d,运用成效优良,并进一步完成了本地别的2个微污染源污水处理新项目,解决新项目90×104m3/d。除此之外,中国别的的几类p-mbbr新项目在解决标准化出水状况下均表现出优良的解决实际效果。因而,融合本工程项目的难题及要求,选用纯膜mbbr加工工艺开展更新改造,完成高效率氨氮除去的总体目标。

2.1生产流程

原加工工艺以一级加强混凝沉淀加工工艺为关键,上下游河堤水先后通过粗、细格珊、平流式沉淀池式沉淀池、斜板沉淀池反映池友谊流沉砂池后注入河堤中下游,减少水质悬浮固体、有机化合物、总氮等污染物质。废渣及污泥处理后运输。

更新改造后在沉砂池尾端45m内嵌入纯膜mbbr系统软件。本厂目前平流式沉淀池沉砂池12座,长×宽×高分别为为115.0 m×40.7 m×6.5 m,池里倾斜度0.01。每座分为5格,每格宽度7.9 m。水准流动速度65.3m/h,表层负荷2.0 m3/(m2·h),停留的时间为106 min。此次更新改造将沉砂池尾端45 m处地区激光切割更新改造为纯膜mbbr加工工艺。拆卸了沉砂池尾端45 m处的刮泥设备。更新改造后平流式沉淀池沉砂池长70 m,表层负荷上升至3.3 m3/(m2·h),沉砂池停留的时间减少至 **  min,选用网格图斜板沉淀池方法完成混凝土药物充足混和。沉砂池尾端水位3.95 m,底端倾斜度0.01,坡度斜板沉淀池池方位,有利于沉砂池淤泥集聚至泥斗处。纯膜mbbr区停留的时间0.69 h。思普润完成了在其中130万t/d的更新改造,添加spr-iii型飘浮媒介,飘浮媒介相对密度约 0.94~0.97g/cm3,材料为hdpe,合乎《水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料》(cj/t 461-2014)国家标准,纯膜mbbr区在调节池正中间根据阻拦不锈钢筛网设为二级加工工艺,各个飘浮媒介添充率均为40%(渗水氨氮浓度值>>水力发电负荷率和水气比。选用主成分分析法(pca)剖析了运作环节内水气比、渗水氨氮浓度值、水力发电负荷率、水的温度、出水氨氮浓度值5个主要参数中间关联,以进一步研究各影响因素对出水氨氮浓度值的干扰实际效果。根据选用spss手机软件测算主成分分析法kmo数值0.661>0.6,bartlett检验相匹配p数值0.000渗水氨氮浓度值>>水力发电负荷率和水气比。进一步选用spss手机软件将水气比、水力发电负荷率、渗水氨氮浓度值、溫度做为变量,出水氨氮浓度值做为自变量开展线性回归分析。溫度的的相关系数数值-0.017,表明溫度与出水氨氮浓度值展现一定的负关联性,但具体运作数据显示,当水的温度>15℃时已并不是出水氨氮浓度值的约束性要素,关联性早已变弱;渗水氨氮浓度值与出水氨氮浓度展现正关联性,根据设计方案渗水水体浓度值下,出水氨氮浓度可以完成平稳合格,但系统软件可以承受渗水氨氮浓度值的实际最高值,需再次追踪运作实际效果。水气比的相关系数数值-0.063,其对出水氨氮造成成反比危害,表明水气比越高,出水氨氮浓度值越低,但系统软件归功于优良的水解酸化池系统软件可保持在低水气比优良气流输送和加氧作用,完成出水氨氮的平稳合格,故在出水氨氮浓度值合格的情形下,关联性早已变弱。水力发电负荷率的相关系数数值0.119,且p=0.099>0.05,代表着水力发电负荷率并不会对出水氨氮造成危害关联,表明出纯膜mbbr系统软件优良的抗水流量冲击性特性,归功于mbbr区微动力混和池的池型布局。必须留意的是,依据线性回归分析获得的r2数值0. ** 9,代表着溫度、水力发电负荷率、渗水氨氮浓度值、水气比4个要素可以表述出水氨氮的 ** .9%的变动缘故。与基本市政工程废水不一样,针对微环境污染水硝化的影响因素仍需进一步深层研究。

图6 危害出水氨氮浓度值各种因素

3.4飘浮媒介生物膜特性及高通量测序剖析

mbbr解决微环境污染水, 出水水体、硝化负荷、生物膜生物量及膜薄厚各自在 10d、14d和28d后实现平稳,生物膜生物量提高落后于负荷提高。生物膜负荷具备一定容量,可以抵御渗水负荷冲击性。为了更好地精确的表现mbbr区飘浮媒介硝化工作能力,在飘浮媒介添加进行后取一、二级飘浮媒介开展硝化检样并计算各个飘浮媒介氨氮除去容量负荷,同歩测量生物膜生物量与生物膜薄厚。硝化检样及生物量测量結果如下图7所显示。飘浮媒介挂膜7d,一、二级容量负荷各自为0.111 kgn/m3/d和0.075 kgn/m3/d;在后面7d快速上升至0.328和0. **  kgn/m3/d,此后一、二级硝化负荷各自平稳在0.32±0.008 kgn/m3/d和0.21±0.010 kgn/m3/d,一级容量负荷是二级容积负荷的1.5倍上下,且检样各个飘浮媒介容量负荷均高过新项目具体运作计算的硝化负荷。因为检样的渗水氨氮浓度值较工程项目高,主要表现出更高一些的硝化负荷,与硝化负荷受渗水基质浓度限制值的结果相符合。与此同时,也表明飘浮媒介生物膜存有负荷容量,这为mbbr优良的抗水体冲击性实际效果打下了分子生物学基本。各个飘浮媒介生物膜生物量均展现快速上升后慢慢平稳的发展趋势;挂膜7d时,生物膜相对性较薄,生物量较低(一、二级飘浮媒介生物量各自为0.62g/m2和0.49g/m2),此后各个飘浮媒介生物量快速升高,并且于第28d逐渐逐步平稳在2.66±0.36g/m2和2.14±0.19 g/m2。受渗水负荷较低危害,该生物量水准较市政工程污水处理系统中(10-15g/m2)显著稍低。一二级mbbr区生物膜薄厚与生物量趋势分析更为贴近,一二级生物膜在28d各自做到197±23um、157±17um,此后一二级生物膜薄厚均转变并不大。除此之外,飘浮媒介表层生物膜薄厚遍布并不匀称,且外表比较不光滑(图8)。生物膜做为一个动态更新的水净化系统,时时刻刻产生着老龄化生物膜的掉下来与再生生物膜的生长发育,生物膜薄厚差别的因素很有可能取决于不一样结构域生物膜升级水平不一样。尽管飘浮媒介生物膜生物量与容量负荷趋势分析类似,可是并不完全一致。运行环节,硝化负荷升高技术领先生物量提高,考虑到关键因素为系统软件基质浓度低,但污染物质类型主要是以氨氮为主导,因而运行早期生物膜关键以迅速聚集自繁硝化有益菌为主导,此环节负荷升高快速。伴随着系统软件运作,生物膜中慢慢聚集了一部分别的有益菌,该一部分微生物菌种尽管使生物膜生物量有所增加,但与硝化没有太大的关系。此外,针对mbbr加工工艺,在体系平稳前,生物量与硝化负荷并不是彻底有关,针对不一样水体不一样环节需深入分析。总的来说,以mbbr处理工艺微环境污染河堤水,最不好溫度下系统软件硝化负荷仅需14d就可以做到平稳,出水稳定合格,但相匹配生物膜生物量、生物膜薄厚则必须28d做到平稳,生物膜生物量及薄厚的提高对比硝化负荷具备一定滞后效应。

图7 运行环节各个飘浮媒介检样容量负荷、生物膜生物量及薄厚

图8 第120天一二级mbbr区生物膜厚度

生物膜中优点硝化菌nitrospira相对丰度自动运行逐渐便慢慢升高,于第 14d后基本上做到平稳,在一二级生物膜中相对丰度各自为13.10±1.10%、8.66±0.72%,明显高过已报导的别的加工工艺;选用根据16srdna的扩增子转录组测序剖析生物膜中微生物菌种构成,如下图9所显示,依附水准种群构成看,一二级生物膜优点微生物菌种比较一致,但相对丰度存有一定差别,在其中一级生物膜中归类比较确定的优点菌属包含nitrospira、hyphomicrobium、nitrosomonas、kouleothrix、pedomicrobium等,二级生物膜中优点菌属包含nitrospira、hyphomicrobium、pedomicrobium、nitrosomonas、pedobacter等。

与系统软件硝化实际效果立即有关的微生物菌种涉及到nitrosomonas(亚硝化单胞菌)和nitrospira(硝化螺旋菌)。在其中,nitrosomonas在一二级生物膜中相对丰度各自为2.89-5. ** %、0.00-3.48%。其在不一样時间相对丰度无显著变化趋势,但受一二级渗水氨氮浓度值危害,造成除第35d外,其在一级生物膜中相对丰度均高过二级生物膜。nitrospira在一二级生物膜中相对丰度各自为8.48-14.23%、6.48-9.27%,该菌属一部分菌苗(如candidatus nitrospirainopinata、candidatus nitrospira nitrosa和candidatus nitrospira nitrificans等)除带上承担氨空气氧化的amo和hao外,与此同时还带上硝酸盐空气氧化必不可少的nxr,具备全过程氨空气氧化的工作能力,即一类微生物菌种可以进行氨氮空气氧化成磷酸盐的全过程(co ** mmox)。该菌属在不一样時间上相对丰度转变无显著规律性,但在一级生物膜中相对丰度均高过同期二级生物膜。考虑到关键缘故为一二级mbbr区渗水氨氮负荷差别造成。此外,依据平稳后的生物量计算该新项目纯膜mbbr生物膜比氨空气氧化速度为0.15 kgn/kgmlss/d,较基本活性污泥变空气氧化速度更高一些,考虑到关键因素取决于mbbr悬浮载体强化了对硝化微生物的富集效果所导致。此外,该菌属相对丰度自启动开始便逐渐上升,在第14d基本达到稳定,在一二级生物膜中相对丰度维持在13.10±1.10%、8.66±0.72%。

hyphomicrobium在一二级生物膜中相对丰度分别为1.32-13.40%、1.32-6.69%,该菌属除可利用甲醇、甲胺等一碳化合物做唯一碳源和能源进行脱氮外,还可参与pahs(polycyc lic arom atic hydrocarbons)污染水体中菲的降解,可能与进水中芳香烃类dom的转化有关。。kouleothrix在一二级生物膜中相对丰度分别为1.00-5.56%、1.88-4.38%,该菌属为丝状菌,在活性污泥系统中与污泥膨胀有关,在生物膜中则可能参与提供生物膜骨架的形成有关。该菌属在不同时间不同样品中相对丰度均无明显规律。pedomicrobium在一二级生物膜中相对丰度分别为1.45-2.88%、1.71-6.45%。该菌属可进行反硝化脱氮,同时部分菌种对高盐度具有一定耐受性。pedobacter仅在运行第7d大量存在于一二级生物膜中,相对丰度分别为12.38%、11.37%,其余时间相对丰度均小于0.05%,该菌属为污水处理系统内常见脱碳菌,部分菌种可降解酚类物质,其在启动前期相对丰度较高的原因可能与进水水质差异有关。

除硝化菌外,其余菌属于不同时间相对丰度变化存在一定随机性,且与mbbr分级无明显相关性。说明纯膜mbbr系统生物膜微生物更新速度较快,运行条件或水质参数的变化均会引起微生物属水平相对丰度的变化。

图9 生物膜优势物种及相对丰度

3.5悬浮载体生物膜耐饥饿性能

纯膜 mbbr系统具备良好的耐饥饿性能,系统停止运行排空7d后恢复通水,用时4d即可恢复处理效果。纯膜mbbr工艺恢复效果较好,恢复时间较快,不影响厂区正常运行;水厂实际运行过程中,受池体检修、设备维护等影响可能导致系统停运,此时,悬浮载体生物膜性能无 ** 常发挥。而水厂恢复运行时,悬浮载体生物膜处理效果的恢复性能对水厂的稳定运行将起到至关重要的作用。该项目其中一组池体在运行期间放空检修,悬浮载体在31.10±1.50℃条件下自然状态下离水7d。恢复通水后,系统硝化效果的恢复情况如图9所示。可以看出,系统恢复第1d至第5d的出水氨氮浓度分别为2.00、1.50、1.21、0.83、0.44mg/l;氨氮去除率分别为30.56%、46.24%、65.13%、77.26%和88.51%。离水一周恢复通水后,首日仍具有30%以上氨氮去除率,第4d出水即可达到设计标准,第5d恢复至日常处理效果,出水氨氮浓度低于0.5mg/l,氨氮去除率达到90%以上。悬浮载体生物膜停产运行后恢复效果较好,恢复时间较快,不影响厂区正常运行。目前,对于成熟悬浮载体生物膜的保存多在低温下进行。此时对环境、方法等要求较高且严格。而本项目面对悬浮载体的静置,无需采用繁琐的保存方式,简单易行,可轻松应对系统间歇运行,更具实践价值。

图10 系统停产后恢复效果

3.6纯膜 mbbr水力流态分析

水力流态模拟优化 mbbr池型布置,保证mbbr系统实现低耗均匀流化。mbbr区借助水力流态模拟,通过曝气管路的合理布置以及池型的改良设计,实现了悬浮载体在池内的均匀分布。从表观流化效果看,在进水端没有出现悬浮载体明显减少的情况,而在出水端也不存在悬浮载体明显增多的情况,确认了水力流态模拟应用于mbbr池型设计的合理性。

图11 纯膜mbbr区实际水力流态

04

经济分析

本项目建设总投资2.63亿元,针对微污染水硝化,纯膜mbbr工艺包投资为55元/m3。改造后项目整体运行费用为0.076-0.109元/m3。由于新增鼓风曝气,导致运行电耗增加0.009~0.018元/m3,达到0.019~0.020元/m3。纯膜mbbr区无需要添加药剂或菌种,因此项目药剂费用维持在0.006-0.008元/m3,较改造前差异不大。

05

结论

1)经过在大型工程项目进一步验证,纯膜mbbr工艺适用于微污染水处理,具备经济、高效、持续、稳定的优势;将纯膜mbbr系统镶嵌入原一级强化沉淀池末端,改造完成悬浮载体全部投加后10d氨氮即完成调试实现达标,长期运行出水氨氮稳定达标,且普遍低于0.5mg/l,系统具备良好的抗冲击性能;

2)纯膜mbbr系统微污染水,出水氨氮浓度主要受水温和进水氨氮浓度影响较大,基于良好的流化效果及抗冲击性能,出水氨氮受气水比与进水水力负荷率影响不大,水温>进水氨氮浓度>>水力负荷率和气水比;

3)纯膜mbbr系统处理微污染水过程中,出水水质、硝化负荷、生物量分别为10d、14d和28d后达到稳定,生物膜生物量增长滞后于负荷增长;生物膜负荷具有一定余量,能够抵抗进水负荷冲击;

4)生物膜中优势微生物主要有nitrospira、hyphomicrobium、nitrosomonas、kouleothrix、pedomicrobium、pedobacter等,其中,优势硝化菌nitrospira相对丰度自启动开始便逐渐上升,在第28d基本达到稳定,在一二级生物膜中相对丰度维持在13.10±1.10%、8.66±0.72%;

5)纯膜mbbr系统具备良好抗饥饿性能,系统在31.10±1.50℃停止运行排空7d后恢复通水,用时4d恢复保障出水氨氮浓度达标,恢复效果好,恢复周期短,不影响厂区正常运行。

06

后记

本项目已发表的论文:

[3]周家中, 吴迪, 郑临奥. 纯膜mbbr工艺在国内外的工程应用[j]. 中国给水排水, 2020,36(22): 37-47.

[4]韩文杰, 周家中, 刘妍, 吴迪等.实际氧转移效率测定方法探讨及工程验证[j](已录用)

[5] 刘妍, 滕一杰, 陈柱堆, 等. 纯膜mbbr工艺用于南方某大型水质净化厂改造工程实践分析[j](已录用)

纯膜 mbbr处理微污染水的论文:

[6]王毅, 井添祺, 周家中, 等. 盐城市某原水预处理厂设计与运行分析[j]. 净水技术, 2020,39(07): 24-29.

[7]周正兴, 孙晓阳, 吴迪, 等. mbbr处理某水厂微污染水硝化性能研究[j]. 水处理技术, 2020,46(08): 121-125.

纯膜 mbbr的其他论文:

[8]陈祥瑞, 杜强强, 韩文杰, 等. 基于纯膜mbbr的紧凑型污水处理bfm中试基质转化特性[j].环境工程学报, 2021(11):1-16.

[9]彭明, 周家中, 韩文杰, 等. 基于纯膜mbbr的biofimag®工艺用于新建污水处理厂[j]. 中国给水排水, 2021,37(06): 71-75.

[10]郑志佳, 吴迪, 张晶晶, 等. 两级后置纯膜mbbr的反硝化性能研究[j]. 环境工程, 2019,37(09): 68-73.


 
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