采用MBBR工艺处理造纸废水

崔延龄

(福建省南纸股份有限公司,福建南平,353000)

·MBBR工艺·

采用MBBR工艺处理造纸废水

崔延龄

(福建省南纸股份有限公司,福建南平,353000)

介绍了采用移动床生物膜反应器(MBBR)法处理造纸废水的工艺原理和特点,列举了MBBR工艺在造纸工业的应用情况,指出了采用MBBR工艺处理造纸废水时应注意的几个问题。

MBBR;悬浮填料;生物膜;造纸废水;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

移动床生物膜反应器(Moving Bed Biofilm Reactor)简称MBBR。MBBR是由挪威安能公司在20世纪90年代初研究开发的一种废水处理工艺,20世纪90年代中期开始得到广泛应用。

MBBR法是结合了传统的活性污泥法和生物接触氧化法两者的优点而形成的一种高效的废水处理方法。其核心部分就是以密度接近于水的悬浮填料直接投加到反应池中作为微生物的活性载体,在反应池内的曝气和水流的提升作用下,使得悬浮填料处于流化状态[1-4]。

MBBR工艺在国外造纸工业废水处理上应用的非常多,但目前我国国内造纸工业尚没有真正应用的案例,只有中山联合鸿兴纸业正在进行中试和扬州永丰余纸业正处于应用的试验阶段。本文介绍了MBBR法的工艺原理、特点和在国外造纸工业废水处理上的应用实例。

1 工艺原理

废水首先经过预处理后,进入MBBR反应池。当反应池内加入一定量的填料后,在水下穿孔曝气和水流提升的作用下,使得填料在反应池内自由翻转,形成悬浮床。废水经过悬浮填料反应池时,水中的微生物不断在填料内外表面附着生长,形成生物膜。生物膜与水体中的污染物充分接触并将污染物分解,使水质得到净化。

由于MBBR反应池内的悬浮填料不断地移动,能与废水频繁多次接触,因此反应均匀充分,并能够充分利用池子容积。

为了保证MBBR反应池内的填料不受机械损伤和MBBR反应池内的填料的使用寿命,池子内表面应尽量光滑,圆柱形池子要比方形池子好。此外,选择水下穿孔曝气最适合,因为传动曝气设备会破坏填料,而微孔曝气又容易造成堵塞。

MBBR反应池中污泥浓度较高,污泥泥龄较长,形成老化的污泥易脱落,脱落的污泥较密实,具有较好的沉降性能。

MBBR反应池内绝大部分的微生物都生长在填料上,但仍有少部分生长在水中悬浮的污泥上。一般情况下,反应池不需要二沉池回流污泥,但会设计少量的污泥回流,目的是保证反应池中也有一定量的悬浮污泥,一般回流量最大不超过进水量的15%。

由于MBBR反应池内填料的外表面受到碰撞和冲击,不易挂膜生长,因此大部分微生物在填料内表面附着挂膜生长。反应池出水口处有特殊设计的格栅,确保填料被截留在MBBR反应池内。

2 工艺特点

2.1 具有一般生物膜法的特点

生物膜中的微生物数量大、种类多、食物链长,污泥浓度可达普通活性污泥法污泥浓度的5～10倍,曝气池污泥总质量浓度最高可达30～40 g/L。

在MBBR反应池的填料内可以形成从细菌-原生动物-后生动物的食物链,能够存活世代时间较长的微生物,这是因为在生物膜处理法中,生物固体平均停留时间与水力停留时间无关,世代时间较长的硝化菌和亚硝化菌也能得以繁衍和增殖。

由生物膜上脱落下来的生物污泥,所含的动物成分很多,密度较大,而且污泥颗粒个体较大,污泥的沉降性良好,易于固液分离。

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

2.2 充分利用池子的容积

MBBR反应池内的悬浮填料又有活性污泥法的特点,在反应池中受到曝气和水流提升的影响,不断地移动和翻滚,处于流化状态,不会出现死角,能够充分利用池子的空间。微生物与水接触充分,增加了传质机会,因而反应效率提高。

2.3 安装维修方便

MBBR反应池内的悬浮填料在不曝气时浮于水的表面,因此反应池中无须固定支架支撑,只需在曝气池出水口处设置格栅拦截,反应池构造简单,安装和维修非常方便。

2.4 氧利用率高

穿孔曝气过程产生的气泡相对较大,当MBBR反应池内的悬浮填料处于流化状态时,与气泡不断地碰撞接触,会切割分散较大的气泡,使气泡变小,水中的布气趋于均匀,传氧面积增加,同时空气停留时间延长,因此氧的利用率提高。

2.5 不存在污泥膨胀

MBBR反应池中的悬浮填料还可能大量生长丝状菌,可充分利用丝状菌高效降解有机物的功能,提高反应效率,且不用担心污泥膨胀。

2.6 缓冲能力强

生物膜由快速增长的细菌占优势,几乎没有原生动物和后生动物,当温度较高(在40℃以上)时,原生动物和后生动物无法生存,而对细菌的活性影响很小。

当pH值超出许可范围、有机负荷波动较大、受毒害物质影响时,由于只是膜的外层受到影响,内层不受到影响,当恢复正常时,能很快恢复活力,一般一两天就能恢复正常。

当负荷增加(30%以下)时,在保证足够的溶解氧和营养物质的前提下,原有的生物膜同样能够保证COD的去除效果。

2.7 占地面积较小

MBBR法与普通活性污泥法在相同的负荷下,只需要普通活性污泥法20%～30%的空间,占地约为普通活性污泥法的1/3～1/5。

2.8 工艺组合灵活

作为好氧生物膜处理工艺,MBBR可以单独处理,也可以两个MBBR串连使用,既可以与厌氧工艺结合,也可以与其他好氧工艺组合。MBBR既能处理高浓度有机废水,也能处理较低浓度的有机废水。整个生物膜中还存在好氧和厌氧功能,具有脱氧除磷的功效,因此也用在城市污水的处理。

当MBBR前置于其他好氧工艺时,具有抗冲击负荷,处理较难处理的高浓度废水的功能。当MBBR后置于其他好氧工艺时,具有提高出水水质的功能。当不设曝气只有搅拌时,又具有厌氧反应的功效。

2.9 非常适合改扩建项目

当需要改造以提高废水处理能力时,可以对原曝气池进行改造,改变曝气方式,在曝气池中投加一定填充密度的悬浮填料,将原曝气池改为MBBR池,提高污泥负荷,从而达到提升处理能力的目的。在有场地的情况下,也可以在原曝气池前新增MBBR池,提高整体的处理能力。

3 悬浮填料

3.1 运行方式

悬浮填料是MBBR的核心,只有当悬浮填料挂膜后,MBBR才发挥作用。悬浮填料大多数用耐磨、抗撞击、抗腐蚀的工程塑料制造,密度略低于水。当填料投入反应池中挂膜后,随着膜量的增加,密度相应增大,密度大于水后,填料会缓慢下沉,当受到水流的冲击后,填料上老化的膜脱落,密度减小,填料又会向上浮动,因此造成了反应池内的填料不断地上下流动。在MBBR池设计时,特别设计为利用进水水流沿池壁流动与池中的水形成剪切力,使得池中的水形成上下循环,池中的悬浮填料随着水流也上下不断循环。同时控制并保证池底均匀曝气的供气量,悬浮填料才会均匀地流动和翻转。

悬浮填料要选择一定的规格尺寸,在保证内膜易生长的同时,填料内膜空间具有气流和水流的通道,如此不会因为生物膜的生长而造成堵塞。当悬浮填料内膜受到气流和水流的冲刷时,老化的膜能够较容易自动脱落,这样促进了微生物的新陈代谢,保证了生物膜的活性。

3.2 技术参数

悬浮填料外观形状主要有3种,即球状、圆柱状和圆饼状。尺寸和内部结构各异。颜色主要有白色和黑色。密度一般为0.95～0.98 g/cm3。球状和圆柱状的比表面积相对较小,一般为300～1000 m2/m3,圆饼状的比表面积较大,大约为2000～3000 m2/m3。国外不同的公司设计出不同式样的悬浮填料,一般说来比表面积越大,填料的价格越高。目前国内也有公司生产悬浮填料,价格比进口的便宜,但使用性能略差。

MBBR反应池在运行初期,填料投入水中后,根据水质和其他反应条件,填料生物膜的挂膜时间约3～10天。根据池子的形状、运行方式和填料材料的质量,决定填料的使用寿命,一般寿命在10～20年之间。

3.3 填充率

填充率是MBBR反应池中悬浮填料的体积和池中水的体积之比,填充率一般在10%～65%之间,填充率越高,相应的活性污泥浓度越高。填充率的大小可根据有机负荷、占地情况、将来扩建的需要等进行选择。在占地许可的情况下,反应池设计大一些,可选择较低的填充率10%～30%。当污染负荷增加时,可以通过增加填充率,满足生物泥量的要求。

4 造纸工业废水处理应用实例

MBBR工艺是由挪威安能公司开发的,目前国外有许多家水处理公司都在利用MBBR工艺处理各种废水,不同公司的MBBR工艺有不同的特点。

从20世纪90年代中期开始,MBBR工艺已经在造纸工业废水处理中应用,目前在我国MBBR工艺大都用在市政污水和其他工业废水的处理,在造纸工业尚未有完全应用的实例,而在国外MBBR工艺已经非常广泛地应用于造纸废水的处理。

在造纸工业废水处理方面,较常用的是生物膜活性污泥法(Biofi lm Activated Sludge,BAS)处理工艺,即MBBR反应池、常规好氧活性污泥池和二沉池的组合。对处理较高浓度的造纸废水,可以采用BAS处理工艺,尤其是化机浆(T MP、BCT MP、APMP)和废纸脱墨浆(D IP)较难处理的高浓有机废水。MBBR工艺在国外造纸工业废水处理方面的应用实例见表1所列。

5 采用M BBR工艺应注意的问题

MBBR工艺在造纸废水处理应用时应注意以下一些问题。

5.1 比表面积的影响

废水在预处理时,在保证一定温度和pH值的前提下,应尽量减少固体悬浮物(SS)浓度,一般要求进MBBR反应池的SS浓度低于200 mg/L。因为水中残余的细小纤维会附着在悬浮填料的表面,浓度越高,附着的可能性越大,因此会降低填料的比表面积,影响生物挂膜。此外造纸废水中钙离子浓度太高,也会存在沉积问题,影响填料的比表面积。比表面积越高的填料越容易被堵。

对于造纸废水,一般选择球状或圆柱状的悬浮填料,填料的外观尺寸可以选大一些,球状悬浮填料的直径40～50 mm,圆柱状悬浮填料的尺寸大小约Φ40 mm×50 mm,填料的比表面积在300～600 m2/m3即可。由于球状和圆柱状悬浮填料的外观体积较大,拦截填料的格栅间隔可以做得相应大一些,这样既保证填料不被出水带出而流失,又能使格栅不容易被污泥堵塞。

表1 M BBR工艺用在造纸工业废水处理实例

5.2 填充率的选择

MBBR工艺悬浮填料填充率的选择取决于有机负荷、填料的比表面积、建设的需要等。当池容一定,有机负荷越高,填料的填充率越高。填料的比表面积越小,相应的填充率越高。对于新建的MBBR工艺,在占地许可的前提下,填充率不用太高,一般选20%～30%即可,利于将来提高负荷时,通过增加填充率来满足去除效果的要求。对于造纸行业,根据市场的要求,经常需要改造和扩建,因此选择较低的填充率,较灵活,有利于扩容建设的需要。

5.3 供气量的控制

MBBR工艺一般选择水下穿孔曝气,池深一般选择7～9 m。水太浅,氧利用率低,水太深,鼓风机压力要求较高。MBBR工艺的供气量较大,即要满足水中溶解氧的需求,又要保证水中填料的翻滚移动。有了一定的水流和气流,不但利于传质,也便于老化污泥的冲刷脱落,同时也便于填料格栅的冲洗,避免格栅被污泥堵塞,影响出水。

[1] 牛学义.MBBR和传统活性污泥法组合的BAS工艺[I].中国给水排水,2006(20).

[2] 范懋功.MBBR法在工业废水处理中的应用[J].工业用水与废水,2003(03).

[3] 李景贤.MBBR法工艺的应用现状及其研究进展[J].四川环境, 2007(05).

[4] 李文俊,杨 玲.混凝-MBBR法处理造纸中段废水[J].中国造纸,2006,25(7):34.

(责任编辑:马 忻)

M BBR Process for Paper Industry Effluent Treatment

CU I Yan-ling

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

崔延龄先生,硕士,高级工程师;主要从事造纸环境管理和造纸废水处理的生产实践和研究工作。

TS79

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