MBBR工艺强化污水脱氮除磷中试

第26卷 第21期中国给水排水Vo.l26No.21

2010年11月CHINAWATER&WASTEWATERNov.2010

MBBR工艺强化污水脱氮除磷中试

孙 逊, 谢新各, 焦文海, 毕学军, 宋美芹

1

2

1

2

3

(1.济南市市政工程设计研究院有限责任公司,山东济南250002;2.青岛理工大学环境与市政工程学院,山东青岛266033;3.青岛思普润水处理有限公司,山东青岛266555) 摘 要: 针对山东济宁市污水处理厂存在的脱氮除磷效率低与运行稳定性差等问题,采用MBBR工艺进行了强化脱氮除磷的现场试验,探讨了不同水力停留时间、不同填料填充比、外源性碳源对系统脱氮能力的影响。结果表明:¹在常温(21~29e)、系统HRT为8.4h、污泥回流比为100%、好氧混合液回流比为300%、好氧区前三段悬浮填料填充比为50%的条件下,试验系统对COD、氨氮、总氮、总磷的平均去除率分别达到80.58%、92.4%、46.3%和65.5%,处理能力优于同期污水处理厂生产系统;º在上述工艺运行条件下,投加外源性碳源(甲醇)33mg/L,试验系统的总氮去除率由46.3%提高到72.3%,出水总氮<10mg/L,同时出水COD有所降低。研究结果显示,MBBR工艺不仅可以显著提高系统硝化能力,而且大大提高了系统的抗冲击负荷能力,为污水处理厂下一步的改造提供了重要参考。

关键词: 污水处理; 悬浮填料; 脱氮除磷; 移动床生物膜反应器

中图分类号:X703 文献标识码:C 文章编号:1000-4602(2010)21-0152-05

Pilot-scaleStudyonEnhancingNitrogenandPhosphorusRemovalwithMBBR

SUNXun, XIEXin-ge, JIAOWen-hai, BIXue-jun, SONGMe-iqin

(1.JinanMunicipalEngineeringDesignandResearchInstituteCo.Ltd.,Jinan250002,China;2.SchoolofEnvironmentalandMunicipalEngineering,QingdaoTechnological

University,Qingdao266033,China;3.QingdaoSpringWaterTreatmentCo.Ltd.,

Qingdao266555,China)

Abstract: Inordertosolvetheproblemoflowefficiencyinnitrogenandphosphorusremovaland

pooroperationstabilityofJiningWWTP,afieldpilo-tscaletestforenhancingnitrogenandphosphorusre-movalwithMBBRwascarriedouttoinvestigatetheeffectsofHRTs,ratiosofsuspendedcarriers,exter-nalcarbonsourceonthenitrogenremovalcapacity.Theresultsshowthatundertheconditionsofroom

temperature(21to29e),8.4hHRT,100%sludgereturnratio,300%aerobicmixedliquidreturnratio,50%ratioofthecarriers,theaverageremovalratesofCOD,NH4-N,TNandTPare80.58%,92.4%,46.3%and65.5%.Thetreatmentcapacityisbetterthanthatoftheoriginalsystem.Undertheabovementionedconditions,whenexternalcarbonsource(methanol)of33mg/Lisadded,theremovalrateofTNisincreasedfrom46.3%to72.3%,theeffluentTNislessthan10mg/L,andtheeffluentCODisdecreasedtosomeexten.tTheMBBRprocesscanimprovethenitrificationcapacityandthere-sistancetoshockloading,whichprovidesreferenceforreconstructionofWWTP.

基金项目:

国家水体污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07210-008-003); 山东省科技攻关项目

(2009GG10006014); 青岛市应用基础研究计划项目(09-1-3-1-jch)

+

12123

http://www.77cn.com.cn孙 逊,等:MBBR工艺强化污水脱氮除磷中试第26卷 第21期

Keywords: wastewatertreatmen;t suspendedcarriers; nitrogenandphosphorusremova;l movingbedbiofilmreactor(MBBR)

济宁市污水处理厂位于济宁南郊老运河旁的西赵村附近,距市区南部约4km,占地约20.7hm,设计处理规模为20@10m/d,原设计采用生物吸附/氧化二级处理工艺(AB法),2007年该污水处理厂对原AB工艺进行了升级改造,即将原B段曝气池改造为具有脱氮除磷功能的A/O工艺,但运行中仍面临很多问题:¹进水中含有50%以上的工业废水,水质复杂,氨氮和有机物冲击负荷较大;º在部分季节进水COD偏低且难降解COD所占比例较大,难以满足系统反硝化对碳源的需要;»现有二级生化处理单元水力停留时间较短,系统有机物与氨氮负荷较高,处理系统硝化功能与运行稳定性较差;¼污水处理厂周围土地紧张,基本无可供新建设施的生产用地,对现有工艺升级改造限制性较大。上述种种问题严重影响了污水厂的处理能力,造成脱氮除磷效率和去除有机物能力较低,出水各项指标波动较大,实际出水水质远达不到5山东省南水北调沿线水污染物排放标准6(DB37/599)2006),因此济宁市污水处理厂面临着升级改造的严峻任务。

MBBR工艺技术的核心是通过在活性污泥处理

Tab.1

项目数值

COD/(mg#L-1)109~1171

BOD5/(mg#L-1)50~300

2

4

3

2

系统内投加生物膜载体)))悬浮生物填料,形成更为复杂的复合式生态系统,大量附着生长在悬浮填料上的生物膜使生物池中的活性生物量大大增加,在悬浮活性污泥与悬浮填料表面的生物膜的共同作用下,大大提高了系统的抗冲击负荷能力,达到提高污水处理效能和处理出水水质的目的。该悬浮填料在曝气混合搅拌作用下,保证污水与生长于载体上的生物膜广泛而频繁地接触,在提高系统传质效率的同时,强化生物膜的更新,保持和提高生物膜的活性。近几年来,国外学者应用MBBR进行处理生活污水、工业废水的试验研究,均取得了较好的效果

[2~5]

[1]

。

1 试验材料与方法111 试验水质

济宁污水处理厂汇水区域是济宁市的老工业基地,其中发酵、制药、化肥、化工等高污染、高水耗企业比重较大,这些企业的废水治理水平一般达到二级排放标准,企业排放的污染物浓度相对于污水处理厂严格的出水水质要求仍然属于较高浓度。试验期间主要进水水质见表1。

表1 试验进水水质

Influentqualityduringexperiment

TN/(mg#L-1)12.9~74.5

TP/

(mg#L-1)2~18.8

SS/(mg#L-1)6~1060

p

H6~9

NH3-N/(mg#L-1

)13.4~64.8

112 试验装置

中试系统如图1所示,其生化反应有效容积为

3

8.4m,各反应区段的有效容积比为缺氧区B厌氧区B好氧区为1B1B2。中试系统进水为污水处理厂A段中间沉淀池出水。

113 悬浮填料

试验采用SPR-1型悬浮生物填料见图2。

图1 中试系统工艺流程

Fig.1 Flowchartofwastewatertreatmentprocess

图2 SPR-1型悬浮填料Fig.2 Suspendedcarrier

第26卷 第21期

中国给水排水

http://www.77cn.com.cn

SPR-1型悬浮填料为聚乙烯塑料填料,呈圆柱状,直径为25mm,高为10mm,圆柱体中心有网

格结构,外侧沿不同径向伸展许多尾翘,填料密度(0.96g/cm)略低于水。其表面粗糙度大,有效比表面积为500m/m,具有良好的生物膜固着性能;独特的结构设计使其在运行过程中避免了一些软性填料、半软性填料、弹性立体填料的结团、堵塞、流化性差等问题

[5~7]

2

3

3

3个阶段,中试系统悬浮填料生物膜培养为期1个月。第一试验阶段(4月16日)5月15日)主要考

察MBBR强化中试系统与现有污水处理厂生化单元在相同HRT条件下的处理效果;第二试验阶段(5月16日)6月15日)缩短MBBR强化中试系统的HRT,并降低悬浮填料填充比(由67%降至50%),重点考察负荷提高对MBBR强化中试系统处理效果的影响;第三试验阶段(6月16日)7月15日)为解决污水处理厂进水可快速降解有机物(碳源)过低导致系统脱氮效率较低的问题,采用向中试系统内直接投加外源性碳源(甲醇),重点考察外加碳源对系统总氮脱除的影响。

试验工艺控制参数与处理效果分别见表2、3。

。

114 水质分析方法

进、出水常规指标均采用5水和废水监测分析方法6(第4版)的标准方法。2 试验结果与讨论

试验为期4个月(2010年3月)7月),共分为

表2 不同试验阶段的工艺控制参数Tab.2 Processcontrolparametersatdifferentstages

项 目第一试验阶段第二试验阶段第三试验阶段

对照系统中试系统对照系统中试系统对照系统中试系统

水温/e21~2521~2521~2721~2722~2922~29

平均HRT/h10.4010.4010.408.4012.088.40

泥龄氧区DO悬浮活性污泥

SRT/d(mg#L-1)MLSS/(g#L-1)302030203020

3~43~43~43~42~33~4

6.423.216.563.235.453.30

MLVSS固定生物膜容积负荷/(gCOD

/MLSS量/(g#L-1)#m-3#d-1)0.5280.7010.5240.5980.5450.623

∕2.31

∕2.78∕2.80

0.6540.6540.6180.8260.7150.826

注: 对照系统为现有污水处理厂二级生化A2/O处理单元系统。

表3 对照和中试系统的处理效果Tab.3 Treatmenteffectofdifferentsystems

CODNH4+-N

进水/出水/进水/出水/

项 目去除

(mg#(mg#(mg#(mg#

率/%-1-1

L)L)L-1)L-1)

8875.332.004.93357

3576980.632.003.61

7574.034.102.61289

2896975.934.101.90285285

7056

75.481.1

30.9430.94

4.003.64

TNNO-3

进水/出水/进水/

去除去除

(mg#(mg#(mg#

率/%率/%-1-1

L)L)L-1)

84.644.9219.1251.10.1288.892.494.487.188.2

44.9240.9040.9035.4635.46

24.12

26.3031.6216.419.50

46.336.524.353.772.3

0.12

0.120.120.120.12

-NTP

出水/进水/出水/

去除

(mg#(mg#(mg#

率/%

L-1)L-1)L-1)17.416.211.9269.026.1013.4017.5015.604.75

6.215.005.005.225.22

2.212.402.302.422.01

65.5

52.054.053.661.5

211 相同负荷条件下的对比试验研究

第一试验阶段污水处理系统生化反应温度均为21~25e,同时控制中试系统和对照系统保持相同的HRT(10.4h),中试系统SRT为20d,对比系统SRT为30d。中试系统好氧区第1、2和3段填料填充率均为67%。在此工况下,中试系统对进水COD平均去除率>80%,其COD去除率较对照系统提高5.26%;两系统出水氨氮均小于5mg/L,中试系统硝化率比对照系统提高4.2%;中试系统对总磷的

去除率为65.5%,略低于对照系统(69%)。由于两系统进水COD浓度相对较低,特别是该污水处理厂进水难生物降解有机物含量较高,其对反硝化脱氮

与生物除磷均构成不利影响。对于脱氮而言,由于MBBR强化系统具有较强的硝化功能,其将大部分还原性氮通过生物硝化作用转化为硝酸盐氮,但由于进水中可生物降解有机物含量较低导致系统反硝化效率低,处理系统出水硝酸盐含量较高(高达26.10mg/L),最终导致系统总氮脱除率较低;对于

http://www.77cn.com.cn孙 逊,等:MBBR工艺强化污水脱氮除磷中试第26卷 第21期

除磷而言,同样受碳源的影响,系统脱氮效率较低导致大量硝酸盐进入厌氧反应区,不仅破坏了厌氧反应环境条件而且导致有效厌氧释磷水平的降低,最终系统生物除磷能力下降。通过对中试系统生物量的测试可知,在30d泥龄条件下污水处理厂二级生

2

化A/O处理系统悬浮活性污泥浓度为6.42g/L,而在20d泥龄条件下中试系统悬浮活性污泥与附着生物膜浓度分别为3.21、1.52g/L,虽然MBBR强化系统总生物量较污水厂生化系统减少26.32%,但其在有机物去除与硝化方面却表现出一定的优势,说明MBBR强化系统悬浮填料表面附着生长的生物膜在对难降解有机物的去除与提高系统硝化能力方面发挥了重要作用。

212 MBBR工艺强化系统抗冲击负荷能力研究第二试验阶段中试系统HRT由10.4h缩短至8.4h,对照系统HRT保持不变(10.4h),同时改变了中试系统填料填充率,即将原来好氧区第1、2和3段的填充率由67%降到50%。与第一阶段试验相比,由于中试系统HRT缩短导致系统有机物容积

3

负荷由0.654kgCOD/(m#d)增至0.826kgCOD/(m#d),同期污水处理厂有机物容积负荷为0.618kgCOD/(m#d)。对于COD去除而言,虽然中试系统有机负荷提高近26%,但其系统出水水质与第一试验阶段相当,试验结果显示中试系统COD去除率较同期对照系统提高2%;对于氨氮的去除而言,

+

虽然中试系统氨氮容积负荷由0.074kgNH4-N/(m#d)增至0.098kgNH4-N/(m#d),但中试系统氨氮硝化率达到94.40%,其出水氨氮平均仅为1.90mg/L,试验结果亦显示MBBR强化系统硝化率较对照系统提高2%。张丽娟等研究结果表明,在附着生长的生物膜中硝化菌的比例高达35%,而悬浮生长活性污泥中硝化菌的比例仅为5%,因此附着生长的生物膜中长泥龄硝化菌对复合式生物处理系统硝化功能的提高贡献较大。对于总磷的去除,中试系统的总磷去除率较同期对照系统提高2%左右,由于受系统内硝态氮浓度较高及进水碳源不足的不利影响,两系统的总磷去除率仍较低。

从该试验阶段系统对有机物的去除与氮的硝化来看,虽然中试系统负荷显著提高,悬浮填料填充率降低,但其对有机物的去除与氮的硝化维持较强水平,与维持较低负荷水平的对照系统相比,表现出较

3

+

3

3

3

高的有机物去除与氮的硝化能力,由此反映出MB-BR强化系统具有较强的抗冲击负荷能力。213 外加碳源强化脱氮除磷效能研究

第三试验阶段中试系统维持HRT(8.4h)以及填料填充比(好氧区第1、2和3段填充比均为50%)不变,但同期受进水量变化的影响对照系统HRT延长至12.08h。为解决污水处理厂进水中可快速降解有机物(碳源)过少导致系统脱氮效率较低的问题,考察外加碳源对系统总氮脱除的影响,本试验阶段向中试系统进水中投加外源性碳源)))甲醇,甲醇投加量控制在33mg/L(对应COD值为50mg/L左右)。从对有机物的去除来看,第三试验阶段两处理系统进水COD平均值与第二试验阶段相当,但中试系统出水COD平均值仅为55.60mg/L,较对照系统提高6%左右;从对氨氮的去除来看,两系统出水氨氮值均低于5mg/L,硝化能力相当,但中试系统出水硝酸盐氮水平显著降低(平均值仅为4.75mg/L),出水总氮平均值仅为9.50mg/L,总氮去除率由第二试验阶段的24.3%提高到73.21%,而同期对照系统出水硝酸盐氮平均值维持在15.6mg/L的较高水平,总氮去除率仅为53.72%。从总磷去除来看,该试验阶段进水总磷平均值为5.22mg/L,中试系统出水平均值为2.01mg/L,总磷去除率由第二试验阶段的54.0%提高到61.5%,而同期对照系统的总磷去除率维持在53.6%左右。

从该试验阶段系统对氮、磷的去除结果来看,外源性碳源的投加对降低出水硝态氮起到明显效果,提高了系统的总氮去除率;外源性碳源有效降低了高浓度硝态氮对厌氧释磷的影响,同时为厌氧释磷过程提供了更多可利用碳源,从而提高了系统对总磷的去除效率,因此适当补充外源性碳源对提高系统脱氮除磷效率具有显著的作用和影响。214 悬浮填料强化系统硝化功能分析

为了分析MBBR系统内悬浮填料对系统硝化功能的贡献情况,分别取中试系统内悬浮活性污泥混合液与悬浮活性污泥和悬浮填料生物膜混合液,建立单纯悬浮活性污泥与悬浮活性污泥和悬浮填料生物膜混合的两平行对比试验系统,控制两系统DO为3~4mg/L,在好氧反应池对两系统沿程取样分析氨氮变化情况,通过静态反应过程氨氮浓度的变化,反映单纯悬浮活性污泥与悬浮活性污泥和悬浮填料生物膜复合系统硝化能力的变化与影响。

第26卷 第21期

中国给水排水

http://www.77cn.com.cn

在150min的反应时间内,悬浮活性污泥和悬浮填料生物膜复合系统的氨氮硝化率明显高于单纯

悬浮活性污泥系统对照组的。特别是在0~30min反应时段内,单纯悬浮活性污泥系统对照组平均硝化速率为2gNH4-N/(m#h),而悬浮活性污泥和悬浮填料生物膜复合系统的平均硝化速率为3

+3

gNH4-N/(m#h),其硝化率较对照组提高14%左右;在30~150min反应时段内,两对比试验系统平均硝化速率基本维持在0.8gNH4-N/(m#h)左右;悬浮活性污泥和悬浮填料生物膜复合系统总的硝化速率较对照组提高10%左右。

通过该静态试验,证明了上述三试验阶段MB-BR强化系统在硝化方面的优势,即在MBBR系统内长泥龄的硝化细菌在填料表面大量优势生长,导致复合式生物处理系统的硝化主体由悬浮相转变为生物膜固定相,其在较高氨氮负荷条件下,生物膜的硝化功能得到进一步显现。

3 结论

3

¹ 在相同有机负荷[0.654kgCOD/(m#d)]条件下,中试系统(好氧区前三段投加悬浮填料填充率为67%)对COD、氨氮、总氮、总磷的平均去除率分别达到80.6%、88.8%、46.3%和65.5%,且出水COD、氨氮均优于对照系统(污水处理厂二级生化A/O处理系统),MBBR强化系统悬浮填料表面附着生长的生物膜在对难降解有机物的去除与提高系统硝化能力方面发挥了重要作用。

º 随着中试系统有机负荷的提高[由0.654kgCOD/(m#d)提高到0.826kgCOD/(m#d)]与好氧区前三段悬浮填料填充率的降低(由67%下降至50%),MBBR强化中试系统主要处理指标不仅没有出现下降现象,而且系统对有机物的去除与氨氮硝化得到进一步加强,由此反映出MBBR强化系统具有较强的抗冲击负荷能力。

» 在甲醇投加量控制在33mg/L(对应COD为50mg/L左右)条件下,中试系统出水COD显著下降(平均值仅为55.60mg/L);在保持较高的硝化功能前提下,中试系统出水硝酸盐氮与总氮显著降低(硝酸盐氮、总氮平均值分别为4.75、9.50mg/L),中试系统总氮去除率由第二试验阶段的24.3%提高到73.21%;同时中试系统总磷去除率由第二试验阶段的54.0%提高到61.5%。由此表明外源性

3

3

2

+

3

+

3

碳源的投加对降低出水硝态氮值起到明显效果,提高了系统的总氮去除率;外源性碳源有效降低了高

浓度硝态氮对厌氧释磷的影响,同时为厌氧释磷过程提供了更多可利用碳源,从而提高了系统对总磷的去除效率,因此对于本试验而言,适当补充外源性碳源对提高系统脱氮除磷效率具有显著的作用。

¼ 通过对悬浮填料强化系统硝化功能的静态试验研究,证明了MBBR强化系统在硝化方面的优势,即在MBBR系统内长泥龄的硝化细菌在填料表面的大量优势生长,导致复合式生物处理系统的硝化主体由悬浮相转变为生物膜固定相,其在较高氨氮负荷条件下,生物膜的硝化功能得到进一步显现。因此,采用MBBR工艺可达到强化济宁污水厂现有系统的处理能力与提高运行稳定性的目的。参考文献:

[1] 毕学军,高廷耀.生物脱氮除磷工艺好氧区硝化功能

的强化试验[J].上海环境科学,2000,19(4):183-186.

[2] RustenB,HellstrÊmBG,HellstrÊmF,etal.Pilottesting

andpreliminarydesignofmovingbedbiofilmreactorsfornitrogenremovalattheFREVARwastewatertreatmentplant[J].WaterSciTechno,l2000,41(4-5):13-20.[3] AndreottolaG,FoladoriP,RagazziM.Upgradingofa

smallwastewatertreatmentplantinacoldclimateregionusingamovingbedbiofilmreactor(MBBR)system[J].WaterSciTechno,l2000,41(1):177-185.[4]

JahrenSigrunJ,ªdegaardHallvard.Treatmentofthermo-mechanicalpulping(TMP)whitewaterinthermophilic(55e)anaerobic-aerobicmovingbedbiofilmreactors[J].WaterSciTechno,l1999,40(8):81-89.

[5] JohnsonCH,PageMW,BlahaL.Fullscalemovingbed

biofilmreactorresultfromrefineryandslaughterhousetreatmentfacilities[J].WaterSciTechno,l2000,41(4-5):401-407.[6] MullerN.

Implementingbiofilmcarriersintoactivated

sludgeprocess-15yearsofexperience[J].WaterSciTechno,l1998,37(9):167-174.

[7] a-lSharekhHA,HamodaMF.Removaloforganicsfrom

wastewaterusinganovelbiologicalhybridsystem[J].WaterSciTechno,l2001,43(1):321-326.E-mail:sunxun908@http://www.77cn.com.cn收稿日期:2010-06-20

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/zj7i.html