新型生物膜技术处理污水

概述
  本项技术由两个关键技术构成：一是针对中低有机物浓度有机废水的移动床生物反应器废水处理工艺技术。该技术适用于COD小于1000mg/L的废水，具有高效硝化和反硝化效果，特别适用于废水处理装置的提标升级改造；二是针对中高浓度工业有机废水的的垂直折流多功能生物反应器废水处理技术。该技术具有高的氧利用效率和高的容积负荷，适用于COD大于1000mg/L的工业废水的处理。与传统处理工艺相比，两种技术对废水处理表现出高效低耗的特点。
  一、移动床生物膜废水处理技术（MBBR）
  （1）MBBR技术思路
  有机废水的生物技术有两种方法，一是活性污泥法，二是生物膜法。活性污泥法属于悬浮生物处理系统，其优点是曝气池内微生物、各环境要素分布均匀，传质效率较高，而且投资省。但是，该工艺的主要问题是：首先，排泥量大，泥龄较短，不能满足高效硝化的要求，进而不能实现高效脱氮；其次，容积负荷低，造成处理效率低和占地面积大；第三，容易诱发丝状菌膨胀等。生物膜法属于生物附着污水处理系统，其利用生物填料来固定微生物。与活性污泥技术相比，生物膜法的主要优点有：较长的污泥龄，适于世代周期较长的硝化菌的生长；溶解氧在生物膜上的梯度分布，为不同的微生物生态结构和代谢提供了条件；污水处理效率高、占地面积相对较小、抗冲击性强等，因此，适合处理工业废水。但是，生物膜法的主要缺点是微生物与各类底物之间的传质效率较低，表现为：（1）生物填料容易在曝气池内形成拥堵、结团或沟流，传质不均匀，直接降低生物膜法的效率；（2）反应器内气液接触时间短，氧的利用率低。
  MBBR是将活性污泥法与生物膜技术耦合形成的新工艺，是将生物膜技术以活性污泥的方式运行的废水处理工艺。该技术在发挥了活性污泥法的高传质效率和生物膜法的高硝化效率的同时，有效克服了两者存在的问题。成为新兴的废水处理工艺。
  （2）技术原理
  MBBR工艺特征是在生物曝气池中填入可移动的生物载体。微生物在载体上挂膜和沉积，形成悬浮微生物、挂膜微生物和载体构架内沉积的微生物等不同状态的微生物，构成脱碳、硝化、反硝化微生物的生态结构，完成COD净化、氨的转化和脱氮等功能。同时，由于挂膜微生物保持了长的泥龄（SRT），对难降解性有机物表现出良好的分解能力。
  （3）技术特点
  MBBR具有如下技术特点：
  ① MBBR载体采用PE或PP经适当配方改性制成，具有良好的亲水性，密度接近1g/cm3,保证了载体具有很好的挂膜能力和在水中良好的移动性。而且，特殊的结构设计使各种功能微生物形成良好的生态分布和较高的生物量，实现高效的COD净化、氨的转化和脱氮等。处理水符合国家排放标准一级A。
  ② 在生物曝气池中移动的载体对气泡有切割作用。切割的气泡有利于提高氧在水中的溶解。氧的利用效率比活性污泥法提高15%-20%，从而降低运行费用。
  ③ 产生的剩余污泥量很少。产生的剩余污泥量为传统活性污泥法的10%-50%。
  ④ 具有灵活的工艺运行方式。可以推流式、序批式等方式运行。并方便地与其他各种单元技术连接。
  ⑤ 占地面积小。达到相同处理效果时，比传统活性污泥法的占地面积小20%-30%。
  （4）投资及运行费用
  投资费：生活污水的处理投资与活性污泥法相当。对工业废水才处理1000元/kg.COD。
  运行费：对生活污水的处理比活性污泥法降低15%左右。
  二、垂直折流多功能生化反应器污水处理技术（VTBR）
  垂直折流多功能生物反应器（Vertical Tubular Biological Reactor，简称VTBR）是属于环境工程领域的水污染防治工程技术领域。该反应器采用全新的垂直折流流体流动方式，提高了气液接触时间，气液的传质效率，是一种多功能高效的污水生化处理装置。
  (1) 技术思路
  本技术是基于深井曝气、固定膜式生物反应器、UASB、气体吹脱等基本原理所发明的。其总体思路在于将深井曝气分段建于地上，分段后段与段之间用垂直管连接，产生上下垂直折流的流体流动方式。同时它可以方便地加装填料，形成固定膜生化反应器，从而充分利用了固定膜反应器的优点，解决了深井曝气不能加装填料的问题。
  该发明的应用特性不仅在好氧工艺中体现，而且可以在厌氧工艺中得以体现。它实现了固定膜厌氧生化器，使之具有比UASB更优越的特性，因为它在污泥量大时形成污泥膨胀段，膨胀段上部形成填料床过滤段，形成悬浮床和固定床一体的生物生长过程，增强了生化处理效果和污泥截留率；而且在该反应器中用气流搅拌代替了常规消化罐采用机械搅拌，大大提高了气液固三相传质效果，同时在节约能源，减少设备投资，方便运行管理方面都有独到之处。
  另外，该发明还可以通过适当控制给气量及给气方式，可组成厌-好氧串联组合工艺，以实现污泥消化，脱氮脱磷，无污泥化工艺。
  （2）技术原理
  VTBR生物反应器的动力学原理为：气液并流向上通过第一级生物反应器，气液混合物经过下降管依次导入下一级反应器，使气体与液体在下降管中充分混合并使接触时间大大加长，氧的传递效率得到提高，能耗下降，体现了技术经济的先进性。
  VTBR生物反应器的内部流体流动路径大致可以描述为：气液两相并流向上通过柔性塑料绳填料固定床反应器，随后气液两相折流向下通过下降连接管，在下降连接管内，由于气液两相流的流速较大，能够实现气液的充分混合，强化了氧在废水中的溶解，之后再并流向上通过下一级固定床反应器，经过几级折流后，完全达到废水的处理要求后，流出最末一级反应器。
  本装置的单体设备为高度2-20米，直径为0.2-20米的钢制，玻璃钢制，工程塑料及钢筋混凝土容器。容器内部设置有填料支撑板，可以填充钢制填料，陶瓷填料，塑料填料，半软性填料，纤维填料等。填料填充量及性质，根据处理水质，水量及处理水平而定，组合时部分单体可不装填料，特别是在污泥消化及厌-好氧串联工艺中。设备的供气采用气液同管同流混合进气方式。本设备可以在常压或加压下操作，压力范围为0－15大气压。
  （3）技术特点
  垂直折流多功能生物反应器与常规反应器相比有如下特点：
  ① VTBR中由于气液接触时间可以人为调整，气液接触时间的延长使氧气的利用率大大提高，经测定VTBR的氧传递效率在80%以上。
  ② VTBR由于反应器串联形成一定的静液压力，一般可达2-3个大气压，可以更好的满足供氧需求。
  ③ VTBR可任意装填填料，使单位容积生物量高达10克/立升，相应的容积脱除负荷升高到10-15公斤/立方米•天（厌氧）和5-10公斤/立方米•天（好氧）。
  ④ VTBR可构成纯好氧处理工艺；纯厌氧工艺；厌氧---好氧串联工艺；厌氧---好氧----厌氧串联等多种工艺，无论哪种工艺均采用密闭的设备，利于气体收集回用或高空排放，且处理车间无任何异味。
  ⑤ 由于采用固定膜式生物反应器，生物内源呼吸过程加强，剩余污泥量减少，当处理COD为1000毫克/立升以下的污水时，剩余污泥量很少。
  ⑥ 由于其方便灵活的组合特性，VTBR可用于低浓度有机污水的深度处理达到回用目标；一般或高浓度废水处理达到排放指标；生物脱氮；污泥消化等场合。
  （4）投资及运行费用
  投资费：对工业废水才处理1000元/kg.COD。
  运行费：对生活污水的处理比生物接触氧化降低15%-50%左右。
  三、知识产权、获奖及应用情况
  该技术已获得四项国家发明专利授权，载体获国家科技部、发改委等四部委颁发的国家级新产品证书，MBBR和VTBR技术获得两项国家重点推广技术称号。以成功应用于30余个化工废水处理和污水处理升级改造工程，处理水达到国家国家排放标准一级A或合同要求。来源：大连理工大学环境学院

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