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)

·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)的應用情況,指出了采用MBBR工藝處理造紙廢水時應注意的幾個問題。

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

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

MBBR法是結合了傳統(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池中作為微生物的活性載體,在反應池內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)廢水處理上應用的非常多,但目前我國國內造紙工業(yè)尚沒有真正應用的案例,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)廢水處理上的應用實例。

1 工藝原理

廢水首先經過預處理后,進入MBBR反應池。當反應池內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,使得填料在反應池內自由翻轉,形成懸浮床。廢水經過懸浮填料反應池時,水中的微生物不斷在填料內外表面附著生長,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,使水質得到凈化。

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

為了保證MBBR反應池內的填料不受機械損傷和MBBR反應池內的填料的使用壽命,池子內表面應盡量光滑,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,因為傳動曝氣設備會破壞填料,而微孔曝氣又容易造成堵塞。

MBBR反應池中污泥濃度較高,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反應池內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,反應池不需要二沉池回流污泥,但會設計少量的污泥回流,目的是保證反應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反應池內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表面附著掛膜生長。反應池出水口處有特殊設計的格柵,確保填料被截留在MBBR反應池內。

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,曝氣池污泥總質量濃度最高可達30～40 g/L。

在MBBR反應池的填料內可以形成從細菌-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,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反應池內的懸浮填料又有活性污泥法的特點,在反應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,增加了傳質機會,因而反應效率提高。

2.3 安裝維修方便

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

2.4 氧利用率高

穿孔曝氣過程產生的氣泡相對較大,當MBBR反應池內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,提高反應效率,且不用擔心污泥膨脹。

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pH值超出許可范圍、有機負荷波動較大、受毒害物質影響時,由于只是膜的外層受到影響,內層不受到影響,當恢復正常時,能很快恢復活力,一般一兩天就能恢復正常。

當負荷增加(30%以下)時,在保證足夠的溶解氧和營養(yǎng)物質的前提下,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MBBR后置于其他好氧工藝時,具有提高出水水質的功能。當不設曝氣只有攪拌時,又具有厭氧反應的功效。

2.9 非常適合改擴建項目

當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。當填料投入反應池中掛膜后,隨著膜量的增加,密度相應增大,密度大于水后,填料會緩慢下沉,當受到水流的沖擊后,填料上老化的膜脫落,密度減小,填料又會向上浮動,因此造成了反應池內的填料不斷地上下流動。在MBBR池設計時,特別設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。

懸浮填料要選擇一定的規(guī)格尺寸,在保證內膜易生長的同時,填料內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。當懸浮填料內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。尺寸和內部結構各異。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。目前國內也有公司生產懸浮填料,價格比進口的便宜,但使用性能略差。

MBBR反應池在運行初期,填料投入水中后,根據水質和其他反應條件,填料生物膜的掛膜時間約3～10天。根據池子的形狀、運行方式和填料材料的質量,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,相應的活性污泥濃度越高。填充率的大小可根據有機負荷、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,反應池設計大一些,可選擇較低的填充率10%～30%。當污染負荷增加時,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90年代中期開始,MBBR工藝已經在造紙工業(yè)廢水處理中應用,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)尚未有完全應用的實例,而在國外MBBR工藝已經非常廣泛地應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)廢水處理方面的應用實例見表1所列。

5 采用M BBR工藝應注意的問題

MBBR工藝在造紙廢水處理應用時應注意以下一些問題。

5.1 比表面積的影響

廢水在預處理時,在保證一定溫度和pH值的前提下,應盡量減少固體懸浮物(SS)濃度,一般要求進MBBR反應池的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、建設的需要等。當池容一定,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),根據市場的要求,經常需要改造和擴建,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,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)廢水處理中的應用[J].工業(yè)用水與廢水,2003(03).

[3] 李景賢.MBBR法工藝的應用現(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實踐和研究工作。

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