一体化MBBR污水处理试验装置的设计及运行研究_李龙凯.pdf

202313科研开发150Modern Chemical Research当代化工研究202313科研开发150Modern Chemical Research当代化工研究一体化MBBR污水处理试验装置的设计及运行研究李龙凯 王翌昕 刘心禹 刘延湘*（江汉大学环境与健康学院 湖北 430015）摘要：针对污水处理要求，满足有机物去除，同步脱氮除磷，设计了一套一体化MBBR污水处理试验装置，采用A/A/MBBR工艺模式运行。实验以微污染河水为水源，连续稳定运行，对处理装置中水质变化及处理效果进行了分析。结果表明，河水流经三个生物反应区，其COD、NH3-N、TP值厌氧池缺氧池好氧池，处理后平均去除率分别为60%、27%、73%，出水达到地表水II类水质标准，为小型生活污水处理及地表黑臭水处理提供技术参考。关键词：污水处理；MBBR；试验装置；设计中图分类号：X056 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.13.050Design and Operation of Integrated MBBR Sewage Treatment Test DeviceLi Longkai,Wang Yixin,Liu Xinyu,Liu Yanxiang*(School of Environment and Health,Jianghan University,Hubei,430015)Abstract：According to the requirement of wastewater treatment,organic matter removal and simultaneous nitrogen and phosphorus removal are satisfied.A set of integrated moving bed biofilm reactors(MBBR)sewage treatment test device was designed,A/A/MBBR process mode was chosed to operate continuously and stably,and micro-polluted river water was used as water source.The water quality changes and treatment effect in the treatment devices were carried,the results showed that the river water flowed through the three bioreaction zones,its values of COD,NH3-N,TP values followed anaerobic poolanoxic poolaerobic pool.The average removal rate of the treatment device was 60%,27%and 73%,respectively.The effluent meets the surface water class II water quality standard.This device provide technical reference for small domestic sewage treatment and surface black and odorous water treatment.Key words：sewage treatment；MBBR；test device；design生态环境部发布的2021中国生态环境状况公报显示，部分劣质水体中主要超标污染指标为化学需氧量、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、总磷和氨氮，因此，提供可靠的“减污降碳协同增效”的技术与装备成为打赢污染防治攻坚战的热点1-2。A2/O工艺是同时生物脱氮除磷的主流污水工艺3。特别是近年来我国经济发展更加要求生态优先，因此对污水处理排放提出了更高的要求，其中移动床生物膜反应器（Moving-Bed Biofilm Reactor，简称MBBR）成为污水处理提标增效的一种常用的工艺技术4。目前国内污水处理一体化设备应用比较广泛，效果也比较良好，一般采用AAO工艺、多级AO工艺、MBR工艺、及生物接触氧化法等5-7。但是这些污水生物处理工艺在实际工程中主要存在以下问题：每个处理单元独立运行，设备多、能耗高、且占地面积大、造价高，其中实验室需要的小型一体化设备基本没有成熟的产品，因此，针对这些问题，设计一套可以满足目前污水生化脱氮除磷及水质提升要求，结构紧凑，高度集成，占地面积小，而且能耗低，造价低，多种运行参数可调，易于试验设计的试验装置，也可以作为小规模的污水处理及黑臭水体修复工程设备，具有较大的实际意义。1.试验部分(1)试验工艺流程及装置设计针对污水处理满足有机物去除，同步脱氮除磷要求，试验选择结合生物膜特点的MBBR工艺8，确定处理流程见图1。图1 污水处理试验工艺流程图按照A2/O工艺的设计要求9，试验设计了一套一体化MBBR污水处理试验装置，装置结构图如图2，管道布置图如图3。设计流量为14400m3/d，24h连续运行。该装置采用A/A/MBBR处理模式，包括主反应箱、原水箱、提升泵、加药桶、风机及电控。主反应箱总体积为：300L（0.5m0.5m1.2m），采用嵌套式回202313科研开发151Modern Chemical Research当代化工研究202313科研开发151Modern Chemical Research当代化工研究型结构，自中心依次为缺氧区、厌氧区、MBBR区，沉淀区中加设斜板。MBBR区填充高比表面多孔填料，填料及装填量是可以根据水质及处理要求变化的一个试验条件，本次实验为聚乙烯，大小为10mm10mm，装填占比约为20%。气源采用一台涡轮风机。沉淀区与加药反应合并，采用竖流式沉淀池，絮凝剂或者除磷化学药剂直接加到中心管中混合反应，沉淀池上部加设斜板，强化去除效率，提高出水水质。该设计各池结构紧凑、高度集成、占地面积小，而且曝气风机动力源多用、能耗低，多种运行参数可调，可以满足目前污水生化脱氮除磷及水质提升要求10。1.污水提升泵；2.进水箱；3.涡旋风机；4.电控箱；5.配药箱；6.MBBR反应池；7.缺氧反应池；8.厌氧反应池；9.缺氧池溢出孔；10.缺氧池；11.沉淀池出水；12.沉淀池；13.斜板；14.污泥斗；15.剩余污泥池；16.厌氧池过水孔图2 试验装置结构示意图17.涡旋风机；18.污泥回流控制电磁阀；19.污泥回流气体流量调节器；20.好氧池曝气气体调节器；21.混合液回流气体流量调节器；22.好氧池出水管；23.污泥回流管；24.混合液回流管；25.回流污泥空气管；26.沉淀池中心管；27.剩余污泥排出管；28.微孔曝气管图3 试验装置管道布置示意图(2)试验材料与仪器试验测定的水质指标仪器为5B-3B(V8)多参数测定仪（北京连华永兴科技发展有限公司）。水质指标测试药剂为专用试剂，其它试剂均为分析纯试剂。(3)试验装置的启动与运行试验装置安置在学校河边，水源为校河水，前期河水原水水质监测结果见表1，对照地表水环境质量标准（GB 3838-2002）11，河水为V类水体，受到一定的污染，为微污染地表水。装置启动运行，首先接种来自附近城市污水处理厂一段好氧池的活性污泥，接种污泥MLSS浓度为3000mg/L，经过约一个月的培养，观察填料上的生物膜生长情况达到预期要求，出水基本稳定，就可以连续进水进行试验，运行过程中，缺氧池的DO0.5mg/L，MBBR池中的DO2mg/L。表1 校河水水质监测结果频次DO/(mg/L)COD/(mg/L)NH3-N/(mg/L)TP(P计)/(mg/L)水质类型18.823.373.120.013V29.417.130.940.024III314.029.605.370.079V48.938.959.570.156V512.243.624.810.084V612.726.484.710.044V78.528.044.270.054V88.01.5580.830.022III(4)试验装置运行结果评价试验装置连续运行中，分别采集进水、缺氧池、厌氧池、MBBR好氧池、沉淀出水五个池中水样，按照水和废水监测分析方法测定水质指标12，包括COD、NH3-N及TP浓度。连续采样5周，分析各池水质变化及试验装置的去除率，评价试验装置的处理效果。2.结果及讨论按照试验方法，采样时间从2022年3月19日至4月21日，第一周每日采样，后面每周采样一次，分别测定采集水样中COD、NH3-N、TP浓度，分析水质变化及试验装置处理效果。(1)COD变化及处理效果图4 COD变化及总处理率在试验期间，一体化试验装置运行各反应区的COD值变化及总处理率如图4。试验期间进水原水的COD浓度值在10.940.9mg/L之间，主要为IV类水质。连续运行中，三个生物反应器中的COD值变化稳定。河水流经三个生物反应区，COD值有一定的降低，厌氧池缺氧池好氧池，因为在这些生物反应区，微生物进行202313科研开发152Modern Chemical Research当代化工研究202313科研开发152Modern Chemical Research当代化工研究代谢，需要消耗有机碳源，特别是在MBBR反应区中填料的存在，可以为细菌提供附着点，从而使菌群更丰富多样，生物量增加。悬浮填料在曝气过程会受气体推动从而进行不规则运动，水、气、固充分混合，给好氧反应提供了最好的条件，微生物反应速率较快13。装置处理总的处理率随进水浓度变化有波动，平均处理率约60%，能够保证出水的COD浓度达到地表水环境质量国家标准II类水质标准，但是在进水COD值较低时（20mg/L），可能因为营养不足，导致微生物活性逐渐下降，导致处理效率降低14。(2)氨氮变化及处理效果监测试验运行期间，装置各反应器及进出水中的NH3-N浓度，结果见图5。由图可以看出，进水河水的氨氮质量浓度在0.141.4mg/L，变化较大，各生物反应器中，厌氧池MBBR好氧池缺氧池，因为微生物在厌氧条件下有机物完成氨化反应，缺氧进行反硝化，好氧进行硝化，工艺通过硝化液回流，完成脱氮过程15。在填料上的生物膜稳定成型，硝化菌有良好的生长环境，装置处理总的去除率在10%46%，平均为27%。该工艺对氨氮有一定的去除效果，出水达到地表水II水质标准，且当进水氨氮较高时，氨氮总处理效率降低。图5 NH3-N变化及总处理率(3)TP变化及处理效果图6 TP变化及总处理率按照试验方法，测定河水进水、处理出水及三个生物反应池中的TP浓度，结果见图6。各生物反应区中，TP浓度为厌氧池MBBR好氧池缺氧池，根据生物除磷的原理，聚磷菌在厌氧条件下释放磷到水中，好氧条件下能够过量吸收磷，最后通过污泥沉淀分离，完成除磷过程15。生物除磷不是单一的菌种在起作用，聚磷菌在污泥和生物膜上均有一定量的存在，缺氧段聚磷菌使总磷去除效果明显，由于河水本身的TP浓度很低，通过一体化装置处理后，总的去除率较高，平均达73%，3.结论设计了一套一体化MBBR污水处理试验装置，采用A/A/MBB R工艺模式运行，得到以下结论：河水流经三个生物反应区，其COD、NH3-N、TP值厌氧池缺氧池好氧池，处理装置总的平均去除率分别为平均为60%、27%、73%，出水达到地表水II类水质标准。所以该处理装置设计采用嵌套式回型结构，占地面积小、设备少、降低了能耗和成本，运行稳定、绿色低碳等特点，可以去除水中有机物，同时脱氮除磷，在小型生活污水处理及黑臭地表水修复中有应用推广价值。【参考文献】12021中国生态环境状况公报EB/OL.https:/ 3838-2002,地表水环境质量标准S.北京:中国环境出版集团,2019.12国家环境保护总局.水和废水监测分析方法.第四版M.北京:中国环境科学出版社,2002.13吴迪.MBBR在国内的工程应用与发展前景J.中国给水排水,2018,34(16):22-31.14付昆明,廖敏辉,王俊安,等.村镇低浓度生活污水现状及处理技术分析J.环境工程,2019,37(4):5-6.15高廷耀,顾国维,周琪.水污染控制工程(下册).第四版M.北京:高等教育出版社,2015.【基金项目】2021年度江汉大学学生科研项目“江汉大学清源污染状况调查与防治”（项目编号：2021yb143）；2021年江汉大学校级科研项目“典型饮用水源地环境激素类物质赋存水平研究”（项目编号：2021yb033）【作者简介】李龙凯（2002-），男，汉族，安徽毫州人，本科在读，研究方向：环境污染控制。【通讯作者】刘延湘（1966-），男，汉族，湖南涟源人，博士，教授，研究方向：环境化学与水污染控制。