流动床生物膜法处理污水的研究与实践

流动床生物膜法处理污水的研究与实践

一、流动床生物膜法工艺特点生物流动床是20世纪70年代出现的一种高效废水处理工艺。它具有良好的处理效果、高效率和面积少等优点。初期的研究侧重于探索操作方式、载体特性、充氧方法、生物膜控制和更新,以求了解净化规律和解决实际问题,并在此基础上推荐设计参数。进入80、90年代,国内己建成了不少中小型的流动床生物膜装置投入生产,其中除了处理生活污水以外,也包括对印染、炼油、制药等废水处理。流动床生物膜法是基于流动床生物膜反应器的处理废水的技术,它将传统活性污泥法与生物膜法有机结合,并引入化工流态化技术。流动床生物膜法处理技术以砂、活性炭、焦炭、有机高分子颗粒等一类较小的颗粒为载体充填在床内,载体表面黏附有生物膜,借助生长载体表面上的生物膜来达到净化污水的目的。流动床生物膜法处理技术具有浓度高、活性生物量高,容积负荷率和污泥负荷率高,传质快,耐冲击负荷能力强,净化能力强等特点。另外,流动床生物膜反应器可以维持较长的细胞平均停留时间,从而使一些世代期较长的微生物得以在反应器中生长和维持。由于载体在流化床内呈流化状态,接触均匀,有大的比表面积,可以使床内保持高浓度的生物量,传质效率极高。实践表明,流动床生物膜污水处理技术可有效减少曝气池容积、减少占地面积、降低工程造价及运行费用,并且显示了极强的抗负荷冲击能力,其工艺理论研究及其应用日益收到学术界和工程界的重视。目前国内在该领域的工程实例较少,尤其大型工程极少,主要受制于流化态的工程放大及生物载体的各项性能。北京国电富通科技发展有限责任公司在深入理论研究及大量工程实践的基础上,成功研制出国际领先的流动床生物膜处理系统,该技术解决了生物反应池结构和生物载体的各种问题,成功应用于多项市政污水处理工程,在运行的项目中最大规模为30万m3/d,在啤酒、造纸、钢铁、电站、化工等行业的污水处理中也得到得到了很好的应用。二、技术原理和特点1、生物处理能力型流动床生物膜技术实现了活性污泥法和生物膜法工艺的结合,采用独特的构筑结构,便于载体和污泥中微生物循环,其体积的20—30%由直径为5—10mm的废轮胎颗粒填充,该载体的比表面积比国内常规载体的比表面积要大得多。超过1500m2/m3,并具有很好的弹性、耐磨损和化学稳定性,由于其密度较小,所以流动床能耗较小。混合液中的微生物和生物膜微生物共同分解污染物质,使BOD处理量达到4.0—20kg/m3/d,是活性污泥法处理量的10倍以上。该成套设备由于较高的处理效率和紧凑的结构,使处理设备的占地面积仅为传统设备占地面积的1/4—1/8。(1)反应池结构该反应器属于内循环三相生物流化床,技术核心为PLD-1独特生物载体及独特构筑结构,该结构便于载体和污泥的循环。载体和污泥的流化态使生物膜自动更新,并有效防止了气泡在反应池内的合并,提高了氧利用率,反应池的独特构造及载体的性能能够有效防止载体流失。见图1。(2)填料载体生物反应池体积的10-20%被生物载体颗粒填充,载体以橡胶粉作为骨架,外加添加剂加工而成,具有高耐磨性、高弹性和很好的化学稳定性,使用寿命长,只需一次添加。见图2。特点:●孔隙率高,有效比表面积>4500m2/m3。●化学稳定性与耐磨性强,使用寿命长。●载体浸润后比重为1.02-1.09g/cm3,流化态能耗小,并增加接触氧气的时间。●载体表面涂覆活性炭粉末,便于形成微生物膜2、生物反应池的处理能力和效率流动床生物膜污水处理技术具有以下特点:●独特的生物载体●生物反应器内设有导流装置和防止填料流失的装置,载体、污泥和污水在池内循环流动,老化的生物膜得以脱落,保持生物膜的高活性。另外流化态使氧的利用率得以提高。●水力停留时间短,占地面积小:由于在生物反应池内,混合液中的微生物污泥和载体表面的生物膜一般可达8000mg/L以上。由于处理效率高,结构紧凑,使生物反应池的占地面积仅为传统活性污泥法的1/4～1/8。●基本不需要预处理:进水悬浮固体浓度可以达到5000mg/L,油浓度可以达到50mg/L。●生物反应池内好氧、厌氧和兼氧微生物共同存在分解有机物,使处理效率更高,并且耐负荷冲击的性能特别好。●污泥泥龄长,剩余污泥排放量小,减小了污泥处理系统的投资和占地面积。硝化反应能在短时间内完成,NH3-N的去除率大于90%。对难降解有机物有较高的去除率。三、市政废水的设计参数四、一般市政工程应用的典范流动床生物膜污水处理技术现已在山东省禹城市、山东省莒南县以及山东省平原县等地得以成功运用。下面将分别对上述工程进行详细介绍。1、水质指标分析(1)工程概况山东省莒南县龙王河污水处理厂由莒南县建设局组织建设,采用流动床生物膜处理技术,对城区城市污水进行处理。本工程建设规模2.0万吨/天,设计出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的二级排放标准。该厂自2004年投运以来,处理规模基本稳定在1.5万～2.0万m3/d,出水水质良好,各种指标均达到设计要求。随着国家水污染治理力度的加强,以及最新的环保政策在山东省的出台,为进一步满足日益严格的污水处理排放标准,经建设单位领导以及当地环保部门决定,莒南县龙王河污水处理厂对原有工艺进行改进,在流动床生物膜反应池前增设缺氧池及厌氧池,以达到脱氮除磷的处理效果。现该方案正在调试及试运行阶段。(2)工艺流程及主要构筑物参数(1)工艺流程(2)主要构筑物参数(3)实际运行情况2、好氧段工程概况(1)工程概况山东省莒南县新区处理厂由莒南县建设局组织建设,采用“缺氧+厌氧+好氧”(即倒置A2/O)的生物处理工艺,其中好氧段采用流动床生物膜处理技术,对莒南县新城区的城市污水进行处理。本工程建设规模6万吨/天,其中一期规模3万吨/天,设计出水要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准。该厂已于2008年3月正式开工,预计2009年6月份投产。(2)工艺流程及主要构筑物参数(1)工艺流程(2)主要构筑物参数(3)设计进、出水水质本工程设计进、出水水质指标3、夏城市城市污水处理厂(1)工程概况山东省禹城市污水处理厂二期工程由禹城市建设局组织建设,采用“缺氧+厌氧+好氧”(即倒置A2/O)的生物处理工艺,其中好氧段采用流动床生物膜处理技术,对禹城市的城市污水(工业废水比重约占70%)进行处理。本工程建设规模2.5万吨/天,设计出水要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准。禹城市污水处理厂二期工程经过调试,微生物培养和驯化过程良好,目前出水达到设计指标。(2)工艺流程及主要构筑物参数(1)工艺流程(2)主要构筑物参数(3)实际运行情况4、产水水质、水量(1)工程概况山东省平原县污水处理厂由平原县建设局组织建设,采用“缺氧+好氧”生物处理工艺,其中好氧段采用了流动床生物膜处理技术,对城区城市污水进行处理。本工程建设规模6.0万吨/天,一期3.0万吨/天,设计出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级B标准。该厂自2007年9月初期调试开始,处理水量基本在2.0～2.5万m3/d,出水达到排放标准。(2)工艺流程及主要构筑物参数(1)工艺流程(2)主要构筑物参数(3)实际运行情况五、流动床生物膜污水处理技术目前我国城市污水厂污水中工业废水成分占比重越来越大,处理难度加大,同时随着国家排放标准的不断提高以及对富营养化水体污染防治工作的加强,对污水处理技术提出了更高的要求。流动床生物膜污水处理技术是将生物技术、化工技术及水处理技术有机结合起来