纯膜MBBR工艺在国内的工程应用报道最早始于微污染水处理,用于解决低基质条件下氨氮去除问题,出水氨氮可稳定低于0.5mg/L,达到高排放标准要求。低基质条件下,活性污泥难以有效富集,此时纯膜MBBR类生物膜法是对活性污泥法的替代,并获得了良好的应用效果。纯膜MBBR工艺在微污染水领域的成功应用、国外市政污水处理的成功经验奠定了其作为生化核心工艺用于国内市政污水处理的可行性。国内相关学者通过中试,研究了纯膜MBBR用于市政污水的处理,获得了良好的效果。相比活性污泥法,纯膜MBBR工艺具有更高的处理效率和更强的抗冲击负荷能力。同时,纯膜MBBR工艺不再富集活性污泥,避免了污泥膨胀等活性污泥问题对于污水厂运营安全性的威胁,提高了污水运维的简便性。
纯膜MBBR工艺作为生化工艺用于市政污水处理,核心功能在于脱碳和脱氮,而针对污水厂核心污染物控制指标,纯膜MBBR工艺应用的一个关键点就是固液分离以及深度除磷工艺的选择。①对于固液分离:在泥膜复合MBBR工艺中,生物膜核心功能是硝化,所以主要以富集自养菌为目的,由于自养菌泥龄较长、脱落较少,污泥产量低,所以混合到普通污泥中占比极低,对后续固液分离基本没有影响;并且泥膜复合MBBR工艺在流程上存在二沉池和深度处理两段固液分离工艺,SS去除较为彻底。而在纯膜MBBR工艺中,生物膜不仅要完成硝化,还需执行脱氮、脱碳的功能,出水SS存在区别于传统活性污泥法的特征:以市政污水处理为例,一方面脱落的生物膜含水率比活性污泥低,易于聚集沉降,同时脱落生物膜EPS含量较高,停留时间长时易发生内源反硝化导致产气上浮;另一方面,纯膜MBBR工艺系统SS增量在50~150mg/L,致使其出水SS浓度高于一般深度处理工艺的进水值(10~50mg/L),而远低于传统二沉池的进水值(4000~6000mg/L)。所以,固液分离工艺不仅需要较快的沉降时间,而且需具备较高的固体通量,以一段沉降实现稳定的泥水分离过程。国内外曾尝试采用传统沉淀、气浮等工艺,但单独使用均难以实现SS稳定低于10mg/L的目标,需联合其他固液分离工艺,与活性污泥法流程类似。②对于除磷:由于纯膜MBBR工艺不设厌氧区,不具备传统生物除磷过程,虽有0.5%-1.0%的同化除磷过程,但主要依赖于化学除磷,所以需除磷效率高、排放标准高的化学除磷工艺。磁混凝沉淀工艺具备固液分离效果好、污泥沉降速度快、固体通量负荷高的优势,是纯膜MBBR工艺固液分离工艺较好的选择。该工艺通过磁粉的加载可获的TP<0.1mg/L、SS<5mg/L的高排放标准。为简化表述,将纯膜MBBR耦合磁混凝沉淀工艺简称为BFM工艺(Biofilm & Magnetic),工艺流程如图3所示。BFM工艺继承了纯膜MBBR工艺的优势,具备核心脱氮除磷功能,且流程上省去了传统意义的二沉池,更加集约紧凑,使得占地大幅度缩减。BFM工艺是我国基于纯膜MBBR工艺处理市政污水的主要应用形式,获得了良好的工程应用效果。但在BFM工艺应用过程中需注意:①纯膜MBBR系统中填充率更大,对于水力流化要求更高;②磁混凝沉淀需解决脱落生物膜黏性强裹挟磁粉导致磁粉回收率降低问题,需进行针对性工艺改良;③整个系统停留时间短,对于控制要求高,应匹配自控技术,并结合物联网、大数据等先进理念,实现云平台管理,通过工艺及设备优化、系统集成,确保BFM工艺实现高效运行。