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【值得收藏】BBR、A2O、MBR工藝比選

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污水處理工藝的選擇是根據污水進水水質、出水標準、污水處理廠規模、排放水體的環境容量,以及當前的經濟條件、管理水平、自然條件、環境特點等因素綜合分析研究后確定的。各種工藝有其各自的特點及適用條件,應結合當地的實際情況、項目的具體特點而定。

 

污水處理廠工藝選擇原則如下:

 

1)工藝性能先進性:工藝先進而且成熟,流程簡單,對水質適應性強,出水達標率高,污泥生成量少且易于處理、處置;

2)高效節能經濟性:耗電量小,運行費用低,投資省,占地少;

3)運行管理適用性:運行管理方便,設備可靠,易于維護;

4)文明生產安全性:重視環境,控制噪聲,防治臭氣,創造文明生產條件。

根據水質分析的結果,本工程進水水質濃度偏高,BOD5/CODcr=0.2、BOD5/TN=2.1、BOD5/TP=20,需要使用強化脫氮除磷工藝。

根據對各項污染物去除率的要求,表明污水處理廠需釆用強化生物處理工藝,但生物處理工藝在滿足常規去除CODcr和BOD5以及SS的同時,必須具備除磷脫氮的功能。通過對國內外釆用脫氮除磷工藝的污水廠設計參數和運行經驗,釆用適宜的除磷脫氮污水生物處理工藝,對表中污染物的去除是能夠得到保證的。

本工程進水的TP濃度較高,根據國內外污水處理廠的運行經驗,高濃度的TP完全依賴于生物除磷是有風險的。為保證污水穩定的達標排放,本工程增設化學輔助除磷設施,與生物除磷相結合以強化除磷效果,達到污水排放標準。

本工程進水中的SS濃度較高(以無機顆粒為主),如果不進行預處理,其對后續的生化處理系統影響非常大,所以應采取適當的預處理措施以降低進水中的懸浮物濃度。

根據以上分析,本工程污水處理工藝必須考慮加強除磷脫氮的工藝。根據水質條件分析,本項目污水較適合使用生物脫氮除磷工藝。目前國內應用的二級污水處理工藝主要包括A2/O、MBR與BBR等,本報告將對這幾種處理工藝進行介紹,并進一步比選出本工程的推薦工藝。

 

A2/O工藝概述

 

A2/O是根據微生物的特性而研究的最典型也最原始的除磷脫氮工藝。A2/O即A-A-O,厭氧-缺氧-好氧流程(Anaerobic -Anoxic-Oxic,簡稱A-A-O或A2/O)。A2/O工藝由厭氧池、缺氧池、好氧池串聯而成。

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圖6-1  A2/O工藝流程圖

它的基本流程是在厭氧-好氧除磷的工藝中加入缺氧池,將好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池前端,以達到反硝化的目的,在首段的厭氧池主要進行磷的釋放,使污水的磷的濃度升高,溶解性的有機物被細菌吸收使污水中的BOD5濃度下降,另外部分NH3-N因細胞的合成得以去除,污水中的NH3-N濃度下降。在缺氧池中,反硝化菌利用污水的有機物做碳源,將回流混合液中帶入大量NO3-N和NO2-N還原為N2釋放到空氣,因BOD5濃度繼續下降,NO3-N濃度大幅度下降,而磷的變化很小。在好氧池中,有機物被微生物生氧化而繼續下降,有機N被氨化繼而被硝化,使NH3-N濃度顯著下降,但隨著硝化過程使NO3-N濃度增加,而P隨著聚磷菌的過量攝取。也以較快的速度下降。經過多年的實踐檢驗,A2/O工藝在除磷脫氮方面無可替代,尤其在大型污水處理廠的應用,表現出其強大的除磷脫氮功能。

 

MBR工藝概述

 

傳統的活性污泥工藝(Conventional Activated Sludge, CAS)廣泛地應用于各種污水處理中。由于采用重力式沉淀方式作為固液分離手段,因此帶來了很多方面的問題,如固液分離效率不高、處理裝置容積負荷低、占地面積大、出水水質不穩定、傳氧效率低、能耗高以及剩余污泥產量大等等。傳統生物處理工藝處理后的水難以滿足越來越嚴格的污水排放標準,同時,經濟的發展所帶來的水資源的日益短缺也迫切要求開發合適的污水資源化技術,以緩解水資源的供需矛盾。在上述背景下,一種新型的水處理技術——(Membrane Bioreactor,MBR)應運而生。隨著膜分離技術和產品的不斷開發,MBR也更具有實用價值,近年來許多國家都投入了大量資金用于開發此項技術。

1、MBR概述

MBR是指將超、微濾膜分離技術與污水處理中的生物反應器相結合而成的一種新的污水處理裝置。這種反應器綜合了膜處理技術和生物處理技術帶來的優點。超、微濾膜組件作為泥水分離單元,可以完全取代二次沉淀池。超、微濾膜截留活性污泥混合液中微生物絮體和較大分子有機物,使之停留在反應器內,使反應器內獲得高生物濃度,并延長有機固體停留時間,極大地提高了微生物對有機物的氧化率。同時,經超、微濾膜處理后,出水質量高,可以直接用于非飲用水回用。系統幾乎不排剩余污泥,且具有較高的抗沖擊能力。特別1989年Yamamoto將中空纖維膜應用于活性污泥處理中,使工藝運行成本大大降低,實際應用前景廣闊。因此,MBR是當今倍受國內外專家學者重視的一項高新水處理技術。

2、MBR種類

從整體構造上來看,MBR是由膜組件和生物反應器兩部分組成。根據這兩部分操作單元的組合方式,膜生物反應器可分為分置式和一體式(浸沒式)兩種。分置式MBR是指膜組件與生物反應器分開設置,浸沒式MBR是指膜組件安置在生物反應器內部。

3、MBR工藝優缺點

MBR工藝的主要特點如下:

(1)出水水質好

由于采用膜分離技術,不必設立、過濾等其它固液分離設備。高效的固液分離將污水中有懸浮物質、膠體物質、生物單元流失的微生物菌群與已凈化的水分開,不需經三級處理即直接可回用,具有較高的水質安全性。

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a)分置式MBR工藝流程 

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b)浸沒式MBR工藝流程

圖6-2  分置式及浸沒式MBR工藝流程圖

 

表6-3  分置式及浸沒式MBR工藝比較表

MBR

種類

壓力驅動

形式

動力

消耗

管道

要求

膜更換和

清洗情況

微生物

失活情況

設備占地

面積

分置式

壓力泵加壓

需要

方便

有可能

一體式

真空泵抽吸

不需要

不方便

不失活

(2)占地面積小

膜生物反應器生物處理單元內微生物維持高濃度,使容積負荷大大提高,膜分離的高效性使處理單元水力停留時間大大縮短,占地面積減少。同時膜生物反應器由于采用了膜組件,不需要沉淀池和專門的過濾車間,系統占地僅為傳統方法的60%。

(3)節約能源

由于MBR高效的氧利用效率,和獨特的間歇性運行方式,大大減少了曝氣設備的運行時間和用電量,節省電耗。

與此同時,MBR工藝的主要缺點如下:

(1)對NH3-N去除率不理想

由于MBR工藝的實質仍為AO工藝,因此其生物處理能力也與AO工藝接近,從目前的進水水質來看,本工程的C/N比較低,因此AO工藝并不能將NH3-N去除至目標水質,而后續的納濾對BOD、SS及TP的截留效果較好,對NH3-N的去除率并不理想。

(2)水通量較低

由于膜的截留能力較強,導致單位膜面積的水通量較低,因此MBR工藝較多應用于水量較小的項目中,對于大規模污水項目,其膜組配備量較大,因此投資較高。

(3)維護費用較高

由于膜組件是耗材,一套膜組件的壽命約為2-3年,而更換一套其費用相對較高,導致MBR的維護費用較其他工藝更高。并且由于國內污水內所含雜質較多,膜很容易被各種尖銳物質(如沙粒、竹片等)所劃傷,其更換頻率較國外更高,導致運行成本進一步增加。

 

BBR工藝概述

 

BBR生化工藝在城市生活污水的應用中主要有以下三個特點:

◆BBR工藝的核心是使用Bacillus菌(芽孢桿菌屬)作為系統的優勢菌屬。

◆為了滿足Bacillus菌的生長環境條件,BBR工藝采用生物膜法(BBR裝置)和活性污泥法(BBR生化池)相結合的組合生化處理工藝。

◆BBR生化工藝出水可以滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準。

1)BBR工藝流程

BBR工藝流程如下圖所示:

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圖6-3  BBR工藝流程圖

 

首先經過預處理的污水進入BBR裝置(生物膜法裝置),在BBR裝置中,通過附著在BBR裝置載體表面上的Bacillus菌吸附和分解進水中的有機物、氨氮和磷酸鹽。BBR裝置對有機物的去除率一般可以達到40-75%。

 

BBR裝置自流入BBR生化池,在BBR生化池內,通過對溶解氧等條件的控制,保證Bacillus菌處于優勢地位,最大可能發揮其高效去除有機物、磷和氮的能力。

BBR生化池的出水自流入二沉池,在二沉池內泥水進行分離。上清液達標排放。

根據Bacillus菌生長的需要和工藝特點,需要沉淀池污泥回流(污泥回流)和BBR生化池出水進行回流(內回流),污泥回流和內回流均至BBR設備前。

為了保持Bacillus菌的高活性,需要在BBR設備之前投加促進微生物生長和繁殖的營養劑。

 

2)BBR工藝特點
BBR工藝的主要特點如下:
◆BBR生化工藝采用了生物膜法(BBR生物轉盤裝置)和活性污泥法(BBR生化池)的組合工藝,以保持Bacillus菌去除各種污染物的高性能。
◆BBR生化工藝在處理城市污水時,采用污泥回流保持Bacillus菌的數量滿足去除有機物的要求;通過內回流保持Bacillus菌的高活性和對各種污染物的高去除率。
◆為保持Bacillus菌處于優勢地位和對氮、磷較高的高去除效率,BBR生化工藝對溶解氧控制到較低的水平(DO不高于1mg/L),與傳統生化工藝(一般溶解氧控制在2-4mg/L)相比,BBR生化池所需空氣量少很多,這樣可以很好地降低能耗;加上BBR裝置采用自然通風,這樣BBR生化處理工藝相比傳統生化處理工藝的能耗約低30-50%(只對生化部分比較)。
◆BBR生化工藝采用Bacillus菌作為系統的優勢菌屬,由于其對有機物、氮和磷的獨特去除機理和較高的去除率,通過合理的設計,其出水可以滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準。
◆由于Bacillus菌本身具有除臭能力,其生化工藝段、污泥處理段可以不需要進行額外的除臭處理,這樣可以減少污水處理廠對除臭系統的投資和運行費用?!粲捎贐acillus菌本身具有自我消毒能力,系統產生的污泥中大腸桿菌屬等指標可以比較容易的達到污泥消毒的要求,對污泥后續的最終處置(資源化)創造了較好的條件。
◆BBR生化系統整體建設用地少于傳統工藝。
3)BBR生化工藝核心技術——Bacillus菌的使用

 

① Bacillus菌介紹

芽孢桿菌(Bacillus),細菌的一科,能形成芽孢(內生孢子)的桿菌或球菌。包括芽孢桿菌屬、芽孢乳桿菌屬、梭菌屬、脫硫腸狀菌屬和芽孢八疊球菌屬等。它們對外界有害因子抵抗力強,分布廣,存在于土壤、水、空氣以及動物腸道等處。

本工藝中利用的芽孢桿菌,主要包括地衣芽孢桿菌、苛性芽胞桿菌、球形芽孢桿菌、多粘芽孢桿菌、浸麻芽孢桿菌等。

② Bacillus菌去除污染物機理

A. 有機物的去除

Bacillus菌中對蛋白質、淀粉和脂肪有較高的分解能力,去除機理如下:

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A. 脫氮機理

同傳統的硝化、反硝化脫氮原理不同,Bacillus菌直接吸取胺(有機氮)、氨氮以及銨鹽,為微生物所利用,從而進行脫氮,氮元素部分以有機氮的形式進入污泥中,并通過剩余污泥的排放從系統中去除,部分轉化成氮氣排入空氣中。

B. 除磷機理

Bacillus菌屬于革蘭氏陽性菌。與革蘭氏陰性菌相比,革蘭氏陽性菌細胞壁比革蘭氏陰性菌(在一般活性污泥工藝中使用的菌類)的細胞壁厚而均勻,主要通過肽鍵來連接肽聚糖構成細胞壁。革蘭氏陽性菌的細胞壁包含了大量的磷壁酸。也就是說,在微生物的合成反應中,磷酸鹽以磷壁酸的形式進入Bacillus菌的細胞壁中,最后通過剩余污泥的排放從系統中脫磷。

通過Bacillus菌除磷一般去除率在50%以上,為了保證達標,采取輔助化學除磷。

C. 除臭機理

Bacillus菌可將污水中的氨、氨鹽、硫化氫等狀態的物質吸收,去除了臭氣產生成份,大大降低了系統臭氣產生量。

D. 消毒機理

Bacillus菌在生長代謝過程中,分泌Bacitracin、Polymyxin、Tyrothicin、Circulin、Gramicidin等抗生素,可以溶解或殺滅處理水中的大腸桿菌及一般細菌等。

由于系統具有自我消毒能力,剩余污泥基本上不需要進行穩定化就可以進入最終的處理和處置過程。

③ Bacillus菌的特點

◆Bacillus菌具有超強的繁殖能力,在低溫、高鹽度、高壓等極具嚴酷的極限環境中也具有適應能力。

◆可分解蛋白質和將淀粉分解至葡萄糖的能力。

◆可分解脂肪酸。

◆可吸收轉化增殖分解后的物質。

◆Bacillus菌屬適氮和硫磺素菌種,可將污水中氮素被氧化前的氨、氨鹽、硫化氫等狀態的物質吸收,去除了臭氣產生成份,降低了系統臭氣產生量。

◆Bacillus菌具有孢子形成能力,在惡劣環境中能保持活性菌種增殖數量,維持處理能力。

◆可以分泌抗生素,具有殺菌滅菌的功效。

◆可分泌的酵素具有強力的水分解能力,可分解難分解的蛋白質、脂質、核酸等物質,通過對難分解性物質的分解、可大幅提高處理效率。

◆能分泌出一種特殊的粘性物質,具有很強的吸附過濾能力。

◆含有Bacillus菌的活性污泥的脫水性能非常好

4)BBR生化工藝核心設備——BBR裝置

 

BBR裝置中的盤片(生物載體)為Bacillus菌提供了一個生長、繁殖的載體,在BBR裝置中保持足夠量的Bacillus菌,同時吸附、分解污水中的污染物。其主要特點如下:
◆BBR盤片是采用優質材料聚乙稀基樹脂PVDC制造而成的特殊網狀結構。
◆該裝置空隙率在97%以上,使其具有較大的比表面積,水和空氣容易進出,在均一好氧條件下處理效果好而且穩定。
◆BBR盤片質量輕(密度在0.05-0.06g/cm3),不吸水,因此電機功耗較低,后續的保養和操作也較為簡便。
◆BBR盤片具有獨特的網狀結構,使得微生物可以維持較高密度的附著率(約10,000~30,000mg/L),從而可適應流量、有機物負荷變化造成的沖擊,對低溫也有著極高的適應性。
◆采用優質材料以及強度極高的機械結構,使得本裝置可以長期運行。

污水處理工藝比選

 

這三種工藝的比較表如下表所示:

表4-4  BBR工藝與其它工藝比較表

 

AA/O工藝

MBR工藝

BBR工藝

使用菌種

普通厭氧菌、好氧菌和硝化菌類

普通厭氧菌、好氧菌和硝化菌類

芽孢桿菌(Bacillus sp.)優化菌

達標能力

《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級B標準

《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級B標準

《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準

處理效率

BOD:90%以上

TN:60-75%

TP:50-70%

BOD:95%以上

TN:60-75%

TP:75-90%

BOD:96%以上

TN:80-95%

TP:75-90%

脫氮原理

通過曝氣及硝化反應轉換為硝酸鹽和亞硝酸鹽,在缺氧條件下通過反硝化轉化成氮氣脫除。

通過曝氣及硝化反應轉換為硝酸鹽和亞硝酸鹽,在缺氧條件下通過反硝化轉化成氮氣脫除。

芽孢桿菌(Bacillus)吸收氨氮或銨態氮轉換成細胞物質

除磷原理

在厭氧條件下釋出磷,在好氧條件下攝取磷,通過剩余污泥的排放除磷

通過納濾膜對磷進行截留。

芽孢桿菌(Bacillus)的生長條件中,當DO為0.5mg/L時,微生物可以吸收最多的磷,以達到除磷目的。

除臭能力

需要額外除臭系統

需要額外除臭系統

具有自我除臭能力

污泥穩定性

不穩定

不穩定

較穩定

功耗

較高

較低

較低

占地面積

較大

較小

較小

投資

較低

較高

較低

運行費用

較低

較高

較低

2021年11月29日 10:36
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