崔延齡

(福建省南紙股份有限公司,福建南平,353000)

·MBBR工藝·

采用MBBR工藝處理造紙廢水

崔延齡

(福建省南紙股份有限公司,福建南平,353000)

介紹了采用移動床生物膜反應(yīng)器(MBBR)法處理造紙廢水的工藝原理和特點,列舉了MBBR工藝在造紙工業(yè)的應(yīng)用情況,指出了采用MBBR工藝處理造紙廢水時應(yīng)注意的幾個問題。

MBBR;懸浮填料;生物膜;造紙廢水;填充率

(E-mail:cy10663@126.com)

Abstract:MBBR has been used in paper industry effluent treatmentwidely in other countries.The article introducesMBBR process characteristic and its application in paper industry.

Key words:MBBR;suspended carrier;biofilm;paper industry effluent;filling ratio

移動床生物膜反應(yīng)器(Moving Bed Biofilm Reactor)簡稱MBBR。MBBR是由挪威安能公司在20世紀(jì)90年代初研究開發(fā)的一種廢水處理工藝,20世紀(jì)90年代中期開始得到廣泛應(yīng)用。

MBBR法是結(jié)合了傳統(tǒng)的活性污泥法和生物接觸氧化法兩者的優(yōu)點而形成的一種高效的廢水處理方法。其核心部分就是以密度接近于水的懸浮填料直接投加到反應(yīng)池中作為微生物的活性載體,在反應(yīng)池內(nèi)的曝氣和水流的提升作用下,使得懸浮填料處于流化狀態(tài)[1-4]。

MBBR工藝在國外造紙工業(yè)廢水處理上應(yīng)用的非常多,但目前我國國內(nèi)造紙工業(yè)尚沒有真正應(yīng)用的案例,只有中山聯(lián)合鴻興紙業(yè)正在進行中試和揚州永豐余紙業(yè)正處于應(yīng)用的試驗階段。本文介紹了MBBR法的工藝原理、特點和在國外造紙工業(yè)廢水處理上的應(yīng)用實例。

1 工藝原理

廢水首先經(jīng)過預(yù)處理后,進入MBBR反應(yīng)池。當(dāng)反應(yīng)池內(nèi)加入一定量的填料后,在水下穿孔曝氣和水流提升的作用下,使得填料在反應(yīng)池內(nèi)自由翻轉(zhuǎn),形成懸浮床。廢水經(jīng)過懸浮填料反應(yīng)池時,水中的微生物不斷在填料內(nèi)外表面附著生長,形成生物膜。生物膜與水體中的污染物充分接觸并將污染物分解,使水質(zhì)得到凈化。

由于MBBR反應(yīng)池內(nèi)的懸浮填料不斷地移動,能與廢水頻繁多次接觸,因此反應(yīng)均勻充分,并能夠充分利用池子容積。

為了保證MBBR反應(yīng)池內(nèi)的填料不受機械損傷和MBBR反應(yīng)池內(nèi)的填料的使用壽命,池子內(nèi)表面應(yīng)盡量光滑,圓柱形池子要比方形池子好。此外,選擇水下穿孔曝氣最適合,因為傳動曝氣設(shè)備會破壞填料,而微孔曝氣又容易造成堵塞。

MBBR反應(yīng)池中污泥濃度較高,污泥泥齡較長,形成老化的污泥易脫落,脫落的污泥較密實,具有較好的沉降性能。

MBBR反應(yīng)池內(nèi)絕大部分的微生物都生長在填料上,但仍有少部分生長在水中懸浮的污泥上。一般情況下,反應(yīng)池不需要二沉池回流污泥,但會設(shè)計少量的污泥回流,目的是保證反應(yīng)池中也有一定量的懸浮污泥,一般回流量最大不超過進水量的15%。

由于MBBR反應(yīng)池內(nèi)填料的外表面受到碰撞和沖擊,不易掛膜生長,因此大部分微生物在填料內(nèi)表面附著掛膜生長。反應(yīng)池出水口處有特殊設(shè)計的格柵,確保填料被截留在MBBR反應(yīng)池內(nèi)。

2 工藝特點

2.1 具有一般生物膜法的特點

生物膜中的微生物數(shù)量大、種類多、食物鏈長,污泥濃度可達普通活性污泥法污泥濃度的5～10倍,曝氣池污泥總質(zhì)量濃度最高可達30～40 g/L。

在MBBR反應(yīng)池的填料內(nèi)可以形成從細菌-原生動物-后生動物的食物鏈,能夠存活世代時間較長的微生物,這是因為在生物膜處理法中,生物固體平均停留時間與水力停留時間無關(guān),世代時間較長的硝化菌和亞硝化菌也能得以繁衍和增殖。

由生物膜上脫落下來的生物污泥,所含的動物成分很多,密度較大,而且污泥顆粒個體較大,污泥的沉降性良好,易于固液分離。

脫落的污泥量少,基本上不需要回流污泥,脫落的污泥全部作為剩余污泥排出,因此能耗低,操作方便。

2.2 充分利用池子的容積

MBBR反應(yīng)池內(nèi)的懸浮填料又有活性污泥法的特點,在反應(yīng)池中受到曝氣和水流提升的影響,不斷地移動和翻滾,處于流化狀態(tài),不會出現(xiàn)死角,能夠充分利用池子的空間。微生物與水接觸充分,增加了傳質(zhì)機會,因而反應(yīng)效率提高。

2.3 安裝維修方便

MBBR反應(yīng)池內(nèi)的懸浮填料在不曝氣時浮于水的表面,因此反應(yīng)池中無須固定支架支撐,只需在曝氣池出水口處設(shè)置格柵攔截,反應(yīng)池構(gòu)造簡單,安裝和維修非常方便。

2.4 氧利用率高

穿孔曝氣過程產(chǎn)生的氣泡相對較大,當(dāng)MBBR反應(yīng)池內(nèi)的懸浮填料處于流化狀態(tài)時,與氣泡不斷地碰撞接觸,會切割分散較大的氣泡,使氣泡變小,水中的布氣趨于均勻,傳氧面積增加,同時空氣停留時間延長,因此氧的利用率提高。

2.5 不存在污泥膨脹

MBBR反應(yīng)池中的懸浮填料還可能大量生長絲狀菌,可充分利用絲狀菌高效降解有機物的功能,提高反應(yīng)效率,且不用擔(dān)心污泥膨脹。

2.6 緩沖能力強

生物膜由快速增長的細菌占優(yōu)勢,幾乎沒有原生動物和后生動物,當(dāng)溫度較高(在40℃以上)時,原生動物和后生動物無法生存,而對細菌的活性影響很小。

當(dāng)pH值超出許可范圍、有機負荷波動較大、受毒害物質(zhì)影響時,由于只是膜的外層受到影響,內(nèi)層不受到影響,當(dāng)恢復(fù)正常時,能很快恢復(fù)活力,一般一兩天就能恢復(fù)正常。

當(dāng)負荷增加(30%以下)時,在保證足夠的溶解氧和營養(yǎng)物質(zhì)的前提下,原有的生物膜同樣能夠保證COD的去除效果。

2.7 占地面積較小

MBBR法與普通活性污泥法在相同的負荷下,只需要普通活性污泥法20%～30%的空間,占地約為普通活性污泥法的1/3～1/5。

2.8 工藝組合靈活

作為好氧生物膜處理工藝,MBBR可以單獨處理,也可以兩個MBBR串連使用,既可以與厭氧工藝結(jié)合,也可以與其他好氧工藝組合。MBBR既能處理高濃度有機廢水,也能處理較低濃度的有機廢水。整個生物膜中還存在好氧和厭氧功能,具有脫氧除磷的功效,因此也用在城市污水的處理。

當(dāng)MBBR前置于其他好氧工藝時,具有抗沖擊負荷,處理較難處理的高濃度廢水的功能。當(dāng)MBBR后置于其他好氧工藝時,具有提高出水水質(zhì)的功能。當(dāng)不設(shè)曝氣只有攪拌時,又具有厭氧反應(yīng)的功效。

2.9 非常適合改擴建項目

當(dāng)需要改造以提高廢水處理能力時,可以對原曝氣池進行改造,改變曝氣方式,在曝氣池中投加一定填充密度的懸浮填料,將原曝氣池改為MBBR池,提高污泥負荷,從而達到提升處理能力的目的。在有場地的情況下,也可以在原曝氣池前新增MBBR池,提高整體的處理能力。

3 懸浮填料

3.1 運行方式

懸浮填料是MBBR的核心,只有當(dāng)懸浮填料掛膜后,MBBR才發(fā)揮作用。懸浮填料大多數(shù)用耐磨、抗撞擊、抗腐蝕的工程塑料制造,密度略低于水。當(dāng)填料投入反應(yīng)池中掛膜后,隨著膜量的增加,密度相應(yīng)增大,密度大于水后,填料會緩慢下沉,當(dāng)受到水流的沖擊后,填料上老化的膜脫落,密度減小,填料又會向上浮動,因此造成了反應(yīng)池內(nèi)的填料不斷地上下流動。在MBBR池設(shè)計時,特別設(shè)計為利用進水水流沿池壁流動與池中的水形成剪切力,使得池中的水形成上下循環(huán),池中的懸浮填料隨著水流也上下不斷循環(huán)。同時控制并保證池底均勻曝氣的供氣量,懸浮填料才會均勻地流動和翻轉(zhuǎn)。

懸浮填料要選擇一定的規(guī)格尺寸,在保證內(nèi)膜易生長的同時,填料內(nèi)膜空間具有氣流和水流的通道,如此不會因為生物膜的生長而造成堵塞。當(dāng)懸浮填料內(nèi)膜受到氣流和水流的沖刷時,老化的膜能夠較容易自動脫落,這樣促進了微生物的新陳代謝,保證了生物膜的活性。

3.2 技術(shù)參數(shù)

懸浮填料外觀形狀主要有3種,即球狀、圓柱狀和圓餅狀。尺寸和內(nèi)部結(jié)構(gòu)各異。顏色主要有白色和黑色。密度一般為0.95～0.98 g/cm3。球狀和圓柱狀的比表面積相對較小,一般為300～1000 m2/m3,圓餅狀的比表面積較大,大約為2000～3000 m2/m3。國外不同的公司設(shè)計出不同式樣的懸浮填料,一般說來比表面積越大,填料的價格越高。目前國內(nèi)也有公司生產(chǎn)懸浮填料,價格比進口的便宜,但使用性能略差。

MBBR反應(yīng)池在運行初期,填料投入水中后,根據(jù)水質(zhì)和其他反應(yīng)條件,填料生物膜的掛膜時間約3～10天。根據(jù)池子的形狀、運行方式和填料材料的質(zhì)量,決定填料的使用壽命,一般壽命在10～20年之間。

3.3 填充率

填充率是MBBR反應(yīng)池中懸浮填料的體積和池中水的體積之比,填充率一般在10%～65%之間,填充率越高,相應(yīng)的活性污泥濃度越高。填充率的大小可根據(jù)有機負荷、占地情況、將來擴建的需要等進行選擇。在占地許可的情況下,反應(yīng)池設(shè)計大一些,可選擇較低的填充率10%～30%。當(dāng)污染負荷增加時,可以通過增加填充率,滿足生物泥量的要求。

4 造紙工業(yè)廢水處理應(yīng)用實例

MBBR工藝是由挪威安能公司開發(fā)的,目前國外有許多家水處理公司都在利用MBBR工藝處理各種廢水,不同公司的MBBR工藝有不同的特點。

從20世紀(jì)90年代中期開始,MBBR工藝已經(jīng)在造紙工業(yè)廢水處理中應(yīng)用,目前在我國MBBR工藝大都用在市政污水和其他工業(yè)廢水的處理,在造紙工業(yè)尚未有完全應(yīng)用的實例,而在國外MBBR工藝已經(jīng)非常廣泛地應(yīng)用于造紙廢水的處理。

在造紙工業(yè)廢水處理方面,較常用的是生物膜活性污泥法(Biofi lm Activated Sludge,BAS)處理工藝,即MBBR反應(yīng)池、常規(guī)好氧活性污泥池和二沉池的組合。對處理較高濃度的造紙廢水,可以采用BAS處理工藝,尤其是化機漿(T MP、BCT MP、APMP)和廢紙脫墨漿(D IP)較難處理的高濃有機廢水。MBBR工藝在國外造紙工業(yè)廢水處理方面的應(yīng)用實例見表1所列。

5 采用M BBR工藝應(yīng)注意的問題

MBBR工藝在造紙廢水處理應(yīng)用時應(yīng)注意以下一些問題。

5.1 比表面積的影響

廢水在預(yù)處理時,在保證一定溫度和pH值的前提下,應(yīng)盡量減少固體懸浮物(SS)濃度,一般要求進MBBR反應(yīng)池的SS濃度低于200 mg/L。因為水中殘余的細小纖維會附著在懸浮填料的表面,濃度越高,附著的可能性越大,因此會降低填料的比表面積,影響生物掛膜。此外造紙廢水中鈣離子濃度太高,也會存在沉積問題,影響填料的比表面積。比表面積越高的填料越容易被堵。

對于造紙廢水,一般選擇球狀或圓柱狀的懸浮填料,填料的外觀尺寸可以選大一些,球狀懸浮填料的直徑40～50 mm,圓柱狀懸浮填料的尺寸大小約Φ40 mm×50 mm,填料的比表面積在300～600 m2/m3即可。由于球狀和圓柱狀懸浮填料的外觀體積較大,攔截填料的格柵間隔可以做得相應(yīng)大一些,這樣既保證填料不被出水帶出而流失,又能使格柵不容易被污泥堵塞。

表1 M BBR工藝用在造紙工業(yè)廢水處理實例

5.2 填充率的選擇

MBBR工藝懸浮填料填充率的選擇取決于有機負荷、填料的比表面積、建設(shè)的需要等。當(dāng)池容一定,有機負荷越高,填料的填充率越高。填料的比表面積越小,相應(yīng)的填充率越高。對于新建的MBBR工藝,在占地許可的前提下,填充率不用太高,一般選20%～30%即可,利于將來提高負荷時,通過增加填充率來滿足去除效果的要求。對于造紙行業(yè),根據(jù)市場的要求,經(jīng)常需要改造和擴建,因此選擇較低的填充率,較靈活,有利于擴容建設(shè)的需要。

5.3 供氣量的控制

MBBR工藝一般選擇水下穿孔曝氣,池深一般選擇7～9 m。水太淺,氧利用率低,水太深,鼓風(fēng)機壓力要求較高。MBBR工藝的供氣量較大,即要滿足水中溶解氧的需求,又要保證水中填料的翻滾移動。有了一定的水流和氣流,不但利于傳質(zhì),也便于老化污泥的沖刷脫落,同時也便于填料格柵的沖洗,避免格柵被污泥堵塞,影響出水。

[1] 牛學(xué)義.MBBR和傳統(tǒng)活性污泥法組合的BAS工藝[I].中國給水排水,2006(20).

[2] 范懋功.MBBR法在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用[J].工業(yè)用水與廢水,2003(03).

[3] 李景賢.MBBR法工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀及其研究進展[J].四川環(huán)境, 2007(05).

[4] 李文俊,楊 玲.混凝-MBBR法處理造紙中段廢水[J].中國造紙,2006,25(7):34.

(責(zé)任編輯:馬 忻)

M BBR Process for Paper Industry Effluent Treatment

CU I Yan-ling

(Fujian Nanping Paper Co.,Ltd.,Nanping,Fujian Province,353000)

崔延齡先生,碩士,高級工程師;主要從事造紙環(huán)境管理和造紙廢水處理的生產(chǎn)實踐和研究工作。

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2010-04-20