MBBR認(rèn)知誤區(qū)解析及在廣東地區(qū)的應(yīng)用
引言
2019年9月26日，青島思普潤(rùn)水處理股份有限公司受邀參加了在廣州市召開(kāi)的2019年水安全保障及水環(huán)境綜合整治-聚焦粵港澳大灣區(qū)水環(huán)境建設(shè)高峰論壇暨《中國(guó)給水排水》第十六屆年會(huì)，公司華南區(qū)總監(jiān)夏超發(fā)表了《MBBR認(rèn)知誤區(qū)解析及廣東地區(qū)的應(yīng)用》的演講。
MBBR在國(guó)內(nèi)已經(jīng)推廣10多年了，也涌現(xiàn)了大量的實(shí)際工程案例，但實(shí)際上行業(yè)內(nèi)對(duì)于MBBR，既熟悉又陌生。熟悉是知道MBBR工藝通過(guò)向反應(yīng)器內(nèi)投加懸浮載體，強(qiáng)化處理效果；而陌生是因?yàn)閷?duì)待MBBR時(shí)，容易低估其水力學(xué)設(shè)計(jì)，同時(shí)忽視了生物膜與活性污泥的區(qū)別。
MBBR主要誤區(qū)包括懸浮載體對(duì)于氮磷的強(qiáng)化效果、生物膜性狀及掛膜的認(rèn)識(shí)以及將MBBR工藝材料化的困擾等。
1、誤區(qū)一
懸浮載體投加能夠強(qiáng)化氨氮去除，無(wú)法強(qiáng)化TN去除。實(shí)際上，這句話的前半句是正確的。MBBR給大家最直觀的效果就是增加生物量，強(qiáng)化生物富集作用。生物膜泥齡遠(yuǎn)高于活性污泥，懸浮載體持留在專(zhuān)性活性區(qū)域，有利于細(xì)菌的富集培養(yǎng)。通過(guò)對(duì)已有項(xiàng)目的追蹤，我們發(fā)現(xiàn)，生物膜上硝化菌群豐度是活性污泥的10余倍，且優(yōu)化了硝化菌群的種屬。硝化細(xì)菌質(zhì)變與量變，大大強(qiáng)化了系統(tǒng)硝化效果。
在懸浮載體能夠強(qiáng)化硝化的基礎(chǔ)上，硝化不再是系統(tǒng)功能的限制性因素，我們可以通過(guò)借用好氧池容，優(yōu)先滿(mǎn)足缺氧反硝化，好氧池容不足引起的硝化缺失，可以最終通過(guò)好氧區(qū)投加懸浮載體補(bǔ)足。直接在缺氧區(qū)投加懸浮載體，會(huì)引起攪拌能耗的數(shù)倍提升，對(duì)于系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力的提高有限，不作為優(yōu)先選項(xiàng)。
生物膜分層分布的特點(diǎn)，為同步硝化反硝化（SND）的出現(xiàn)創(chuàng)造了條件。通過(guò)優(yōu)化控制，SND對(duì)TN去除貢獻(xiàn)能超過(guò)10%，如新周污水廠SND貢獻(xiàn)率在20-40%，大大節(jié)約碳源費(fèi)用，懸浮載體上穩(wěn)定的反硝化豐度占比，也為同步硝化反硝化奠定了微生物學(xué)證據(jù)。所以，好氧區(qū)投加懸浮載體，以懸浮載體強(qiáng)化硝化細(xì)菌富集為基礎(chǔ)，通過(guò)池容布置和同步硝化反硝化（SND）的優(yōu)化調(diào)控，同樣可以實(shí)現(xiàn)TN的強(qiáng)化。
2、誤區(qū)二
同樣與TN有關(guān)，認(rèn)為準(zhǔn)IV類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)TN<10mg/L的要求下，TN無(wú)法在生化段保障，必須增加反硝化濾池。以我們?cè)趯幉ㄐ轮?6wt/d污水廠升級(jí)改造的經(jīng)驗(yàn)為例，當(dāng)初為了確保TN達(dá)標(biāo)，生化段設(shè)計(jì)了Bardenpho-MBBR，通過(guò)五段式的后缺氧段保障TN去除，同時(shí)深度處理增加了深床反硝化濾池，進(jìn)一步增加可靠性。新周的實(shí)踐表明，Bardenpho-MBBR完全能夠保障TN的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，生化池出水TN可穩(wěn)定<10mg/L，在不投加碳源的情況下比改造前多去除了6-8mg/L的TN，遇到較大沖擊時(shí)可直接在后缺氧區(qū)投加碳源穩(wěn)定處理效果，后缺氧區(qū)的C/N比在3-3.5。改造后的反硝化濾池一直當(dāng)普通濾池運(yùn)行，沒(méi)有發(fā)揮投資的最優(yōu)化效益。Bardenpho-MBBR完全能夠替代反硝化濾池的TN去除功能，深度處理選擇一般的過(guò)濾技術(shù)即可保障總體指標(biāo)的達(dá)標(biāo)。在反硝化深床濾池投加碳源，由于進(jìn)水DO較高，C/N比高達(dá)7-9，以去除5mg/L的TN為例，噸水碳源費(fèi)用為0.22元，MBBR工藝的選擇省去此部分碳源投加費(fèi)用，年節(jié)約1300萬(wàn)元，4年即可回收MBBR的全部投資。因此，MBBR不論是理論上還是實(shí)踐上，脫氮可穩(wěn)定達(dá)到準(zhǔn)IV類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，是生化池原池升級(jí)的可行途徑之一。
3、誤區(qū)三
認(rèn)為除磷只與排泥有關(guān)，MBBR的加載無(wú)法強(qiáng)化生物除磷。針對(duì)該問(wèn)題介紹一個(gè)MBBR強(qiáng)化生物除磷的案例，青島團(tuán)島污水處理廠。2010年采用MBBR改造，改造后出水穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。團(tuán)島廠生物池進(jìn)水總磷在9mg/L左右，生化段出水可穩(wěn)定<1mg/L，生物段的TP去除率高達(dá)88%，大大節(jié)約深度處理的藥劑投加費(fèi)用。團(tuán)島生物除磷的強(qiáng)化，與懸浮載體的投加密不可分?；钚晕勰喾?存在污泥齡的矛盾，脫氮除磷效果難以兼顧。懸浮載體的投加，使得系統(tǒng)成為了雙泥齡結(jié)構(gòu)。懸浮載體生物膜上的固定態(tài)泥齡長(zhǎng)，可滿(mǎn)足硝化細(xì)菌生長(zhǎng)需求，因此可適當(dāng)縮短活性污泥的懸浮態(tài)泥齡，強(qiáng)化生物除磷效果。
4、誤區(qū)四
MBBR在低基質(zhì)條件下難以掛膜，很多業(yè)主尤其是南方地區(qū)的業(yè)主都會(huì)擔(dān)心進(jìn)水濃度偏低，生物膜長(zhǎng)不起來(lái)。按照我們實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，污水廠夏季掛膜在1-2周，冬季3-6周。以廣州大坦沙中試為例，7天可以明顯觀察到生物膜富集，60天生物膜相對(duì)成熟。另外一個(gè)更低基質(zhì)案例是今年剛做的給水預(yù)處理項(xiàng)目，進(jìn)水氨氮只有2mg/L，但池內(nèi)懸浮載體掛膜良好，第二組投加10天迅速掛膜。實(shí)際上，基質(zhì)并非影響懸浮載體掛膜的最關(guān)鍵因素，最主要的還是運(yùn)行條件的控制，尤其是流化。流化提供的剪切力刺激微生物胞外聚合物EPS的分泌，強(qiáng)化了懸浮載體的掛膜。水力剪切，是微生物富集、篩選、進(jìn)化的重要外在條件，也是生物膜動(dòng)態(tài)更新的必要條件。通過(guò)優(yōu)化控制，完全可以規(guī)避低水質(zhì)濃度對(duì)掛膜帶來(lái)的影響，水質(zhì)濃度越低，對(duì)于控制的經(jīng)驗(yàn)要求越高，需要確保水力剪切，實(shí)現(xiàn)正常掛膜。
5、誤區(qū)五
MBBR生物膜越厚越好，一個(gè)基本的邏輯就是，生物膜越厚生物量越多，處理效果也隨之增加。但這個(gè)邏輯忽略了一點(diǎn)，生物膜法與活性污泥不同，傳質(zhì)是生物膜工藝共同的瓶頸。MBBR就是為了強(qiáng)化傳質(zhì)，才將傳統(tǒng)的固定床，優(yōu)化為移動(dòng)床。如果傳質(zhì)有問(wèn)題，再多的生物量也沒(méi)有處理效果上的增益。一方面，懸浮載體內(nèi)部過(guò)水流道面積有限，一味增加生物膜厚度將導(dǎo)致流道變窄，增加表面張力降低實(shí)際比表面積，系統(tǒng)傳質(zhì)受阻；另一方面，DO穿透能力有限，若生物膜較厚內(nèi)部易形成厭氧層，厭氧發(fā)酵將導(dǎo)致生物膜大面積同時(shí)脫落，影響處理效果。因此良好的生物膜為薄薄致密一層，MBBR工藝應(yīng)保障生物膜良好傳質(zhì)傳氧而非單純?cè)龃笊锪俊?br />
6、誤區(qū)六
將MBBR等同于簡(jiǎn)單的設(shè)備集合，只看到了設(shè)備忽視了設(shè)計(jì)；甚至將MBBR技術(shù)材質(zhì)化。這種認(rèn)知非常容易出現(xiàn)失敗案例。只有把設(shè)備、設(shè)計(jì)和服務(wù)統(tǒng)一起來(lái)，才能真正實(shí)現(xiàn)MBBR的成功。突破MBBR水力學(xué)最重要的就是權(quán)衡懸浮載體、攔截和流化的關(guān)系。載體比重決定流化難易，懸浮載體尺寸決定攔截篩網(wǎng)大小，而流化又為篩網(wǎng)提供清潔動(dòng)力。
懸浮載體的選擇需要綜合考慮其外觀、材質(zhì)和參數(shù)。外觀上，在實(shí)驗(yàn)室研究上，不論球形、海綿填料等都取得了不錯(cuò)的處理效果；但是工程上，球形填料水力學(xué)上難以流化，質(zhì)地易碎；海綿填料磨損嚴(yán)重且內(nèi)部傳質(zhì)困難，目前國(guó)內(nèi)外普遍采用扁圓柱狀填料。材質(zhì)上，高密度聚乙烯HDPE最符合作為懸浮載體的要求，包括密度、耐老化性、耐候性、熱塑精密性等，而為了確保MBBR系統(tǒng)整體壽命，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)禁止使用回收料生產(chǎn)懸浮載體，防止炭黑等無(wú)機(jī)質(zhì)大量摻雜，影響使用壽命。思普潤(rùn)懸浮載體選用HDPE純料制作，使用壽命＞15年，無(wú)需更換補(bǔ)投。無(wú)錫蘆村已穩(wěn)定運(yùn)行11年，懸浮載體狀況良好。
懸浮載體最關(guān)鍵的參數(shù)就是比表面積，即能夠被微生物附著生長(zhǎng)且實(shí)現(xiàn)良好傳質(zhì)傳氧的面積。市面上懸浮載體繁多，肉眼無(wú)法判斷比表面積。因此14年住建部出臺(tái)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了多種市場(chǎng)上常用懸浮載體的圖樣，經(jīng)專(zhuān)家論證確定對(duì)應(yīng)比表面積。新修訂的室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了MBBR按照膜面負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)，一旦出現(xiàn)比膜面積造假虛報(bào)等情況，必然引起的工藝負(fù)荷大量損失，面臨出水不達(dá)標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。
我們建議在載體選擇時(shí)，以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為參考，統(tǒng)一懸浮載體型號(hào)。
而流化，除了前邊說(shuō)的，促進(jìn)傳質(zhì)傳氧的同時(shí)，也為篩網(wǎng)清潔防堵提供動(dòng)力。在實(shí)際工程中，通過(guò)循環(huán)流動(dòng)池型和微動(dòng)力混合池型均可實(shí)現(xiàn)懸浮載體的充分流化。
服務(wù)也是不可或缺的一環(huán)。尤其是我們通過(guò)對(duì)已有案例的追蹤、回訪，進(jìn)一步發(fā)掘了MBBR的工藝優(yōu)勢(shì)，通過(guò)優(yōu)化運(yùn)行，強(qiáng)化處理效果，實(shí)現(xiàn)MBBR性能的增益。因此，MBBR工藝不是簡(jiǎn)單設(shè)備組合，還包括水力學(xué)設(shè)計(jì)、懸浮載體量設(shè)計(jì)、優(yōu)化運(yùn)行等完整的服務(wù)體系，MBBR是專(zhuān)業(yè)廠商實(shí)施的完整工藝包。
以上就是我們對(duì)于MBBR常見(jiàn)誤區(qū)的理解，MBBR可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化生物脫氮除磷，在準(zhǔn)IV類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)條件下，生化段可保障氨氮、TN的達(dá)標(biāo)，并強(qiáng)化生物除磷效果；懸浮載體掛膜不受水質(zhì)濃度限制，在運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)保障生物膜良好傳質(zhì)傳氧；并且以工藝包和系統(tǒng)的角度看待這一技術(shù)，結(jié)合的優(yōu)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)MBBR的最大化效益。
思普潤(rùn)在對(duì)MBBR不斷探索和研究過(guò)程中，針對(duì)廣東地區(qū)水質(zhì)特點(diǎn)因地制宜，優(yōu)化設(shè)計(jì)，目前區(qū)域業(yè)績(jī)數(shù)量已達(dá)14項(xiàng)，水量142.6wt/d。接下來(lái)，我們通過(guò)MBBR在廣東地區(qū)的幾個(gè)典型案例，匯報(bào)下MBBR在廣東地區(qū)實(shí)際運(yùn)行效果。
第一個(gè)案例是55wt/d超大提量的廣州大坦沙污水處理廠，出水需提標(biāo)到準(zhǔn)V類(lèi)。大坦沙污水廠主要面臨如下問(wèn)題，首先是廣東地區(qū)普遍面臨的進(jìn)水碳源不足，影響脫氮效率，此外進(jìn)水沖擊性強(qiáng)，需協(xié)同處理垃圾滲濾液，對(duì)系統(tǒng)抗沖擊能力要求高，最后無(wú)擴(kuò)建用地，只能原池改造。改造采用蘆村路線，切割好氧池容延長(zhǎng)缺氧池容，在好氧中段設(shè)置MBBR區(qū)域強(qiáng)化硝化穩(wěn)定性。鑒于大坦沙污水廠體量大，問(wèn)題具有普遍性和代表性，為確保MBBR方案可行性，業(yè)主和廣州市政院組織進(jìn)行中試驗(yàn)證。方案驗(yàn)證階段，全程未投加碳源，TN去除量相對(duì)于同期污水廠增加4.5mg/L，相同回流比工況下仍?xún)?yōu)于現(xiàn)狀水廠，同時(shí)沿程分析也發(fā)現(xiàn)了同步硝化反硝化現(xiàn)象，進(jìn)一步助力TN去除。水量沖擊也是南方污水廠面臨的普遍問(wèn)題，中試模擬1.3/1.4倍水量沖擊工況，氨氮短暫波動(dòng)迅速穩(wěn)定，TN保持穩(wěn)定，考核指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。協(xié)同進(jìn)行垃圾滲濾液處理時(shí)，系統(tǒng)氮素負(fù)荷明顯提升，進(jìn)一步加劇了C/N較低的不利情況，同時(shí)滲濾液自身具有生化抑制性，但MBBR依然表現(xiàn)出穩(wěn)定高效的處理效果。在TP去除方面，鑒于MBBR雙泥齡特點(diǎn)，適當(dāng)縮減活性污泥泥齡，保障了生物除磷的良好效果，未投加絮凝劑，出水TP一般＜0.4mg/L。
第二個(gè)案例是深圳北控水務(wù)橫嶺污水廠，體量20wt/d，出水執(zhí)行準(zhǔn)IV類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，面臨進(jìn)水沖擊、考核標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)、冬季相對(duì)低溫等挑戰(zhàn)。改造思路是將好氧第一廊道改為缺氧區(qū)，并在好氧區(qū)投加懸浮載體設(shè)置MBBR區(qū)，采用微動(dòng)力混合池型。采用MBBR改造之后，無(wú)需投加碳源，出水TN穩(wěn)定在7-8，實(shí)際去除率已經(jīng)超過(guò)理論值，存在明顯的同步硝化反硝化現(xiàn)象；在除磷方面，由于MBBR泥齡分置強(qiáng)化生物除磷，工藝PAC加藥量?jī)H為二期生物濾池的十分之一；此外，在進(jìn)水波動(dòng)時(shí)MBBR的抗沖擊負(fù)荷能力顯著優(yōu)于二期，出水更加穩(wěn)定。
第三個(gè)案例是佛山高明污水處理廠，設(shè)計(jì)規(guī)模10wt/d，生化段采用廣東地區(qū)常用的A2/O微曝氧化溝工藝。氧化溝改造與A2/O廊道不同，需維持整體完全混合式反應(yīng)器流態(tài)。高明廠改造時(shí)將缺氧隔墻后移，拉大池容，在大氧化溝嵌套小的循環(huán)流動(dòng)MBBR池。改造后穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，總氮出水均值可以達(dá)到8.3mg/L，全年無(wú)需投加碳源。
第四個(gè)案例是惠州石灣污水廠，雖然只有3wt/d，但一兩期分別采用了A2/O和CASS兩種工藝。CASS改造與連續(xù)流工藝不同，需考慮時(shí)間分配、懸浮載體流化、潷水器等因素，增加了改造難度。CASS采用MBBR改造未動(dòng)土建，施工周期短，在主反應(yīng)區(qū)末端設(shè)置攔截篩網(wǎng)保護(hù)潷水器，懸浮載體流化良好無(wú)堆積，出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
MBBR工藝在廣東應(yīng)用涵蓋了主流工藝和特殊水質(zhì)，MBBR處理效果穩(wěn)定，公司也積累了豐富的工程設(shè)計(jì)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，技術(shù)上不斷進(jìn)步，與業(yè)主共同合作，開(kāi)發(fā)挖掘MBBR的潛力和優(yōu)勢(shì)。專(zhuān)業(yè)、專(zhuān)注、專(zhuān)謹(jǐn)是思普潤(rùn)的經(jīng)營(yíng)理念，10多年公司只做一件事，就是MBBR，保證MBBR工藝包的合理設(shè)計(jì)與工程實(shí)施質(zhì)量，不計(jì)一切代價(jià)實(shí)現(xiàn)出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，是我們的原則與信條。思普潤(rùn)有信心和能力與廣大水務(wù)人一起，改善區(qū)域水環(huán)境，與大家共同履行人類(lèi)對(duì)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任，創(chuàng)建人與自然的和諧，謝謝大家！
