移动床生物膜反应器处理生活污水

1 试验装置、材料与方法
　　MBBR的试验装置及工艺流程如图l所示。

　　试验所用MBBR的有效尺寸为30cm×10cm×80cm，在其底部左下角处设有微孔曝气头，通过鼓风曝气给微生物供氧，并使得附着生物膜的填料在反应器中呈有规律的循环流动状态。在反应器的出水口处设置格网以防止填料流失。MBBR的出水进入竖流式沉淀池。
　　试验所用悬浮填料为空心圆柱体(内部有十字支撑面，外侧均匀分布有很短的侧翼薄片)，其直径为10mm、高为10mm、壁厚为0.6～0.9 mm，材质为聚丙烯。填料的密度为(0.9～0.95)×10kg／m，孔隙率为83％，堆积密度为120.0 kg／m³，比表面积为500 m³／m³(内比表面积为260m³／m³)。试验中填料的投加比例为50％(体积比)。
　　试验用水为天津大学校园内的生活污水，其COD浓度为80～300 mg／L(平均COD<200 mg／L)，水温为18．5～28．1℃ 。试验中主要检测项目为：COD(重铬酸钾法)、pH值、溶解氧、水温以及填料上的生物量、反应器混合液悬浮生物量等。
2 结果与讨论
2．1 填料挂膜与生物膜的生长形态和生物量
　　挂膜用的接种污泥取自天津市纪庄子污水处理厂，污泥浓度为5000 mg／L。通过试验发现，MBBR中的填料虽承受一定的水流剪切力，但它不会影响生物膜的附着生长。生物膜先在填料内表面上生长，两周以后外表面才开始有较明显的生物膜，当处理效果稳定时填料的内、外表面都长满了生物膜。
生物膜在水中呈立体絮绒状结构，具有很大的表面积，湿膜厚度约为2～3 mm。
　　表1给出了3个不同水力停留时间下的反应器内平均生物量和总生物量。生物量的测定方法为：从运行稳定的反应器中取出一定数量的填料，在温度为105℃下烘干至恒重后洗去填料表面的生物膜，把填料再烘干，带膜填料和填料本身的质量差即为生物膜质量。根据反应器中单位体积内的填料个数将生物量折算成污泥浓度计量。

表1 不同水力停留时间下的生物量变化

项目 水力停留时间 4 h 3 h 2 h 平均COD容积负荷[kg／(m³·d)] 0.9 1.6 2.4 平均生物量(mg/L) l288 l697 2ll2 平均悬浮污泥量(mg/L) 220 2l9 152 总生物量(mg/L) l508 l9l6 2264 污泥负荷[kgCOD／(kg生物·d)] 0.39 0.49 0.66

　　由表1可知，MBBR 中的生物量与普通活性污泥法的接近。
2．2 水力停留时间对处理效果的影响
　　不同水力停留时间(4、3、2 h)的试验结果表明，出水COD 平均浓度随水力停留时间的延长而降低： 当水力停留时间为4 h时，出水COD 平均浓度<30 mg／L；当水力停留时间为3 h时，出水COD 平均浓度<40 mg／L；当水力停留时间缩短为2 h时，出水COD 平均浓度约为55 mg／L。根据该试验结果，当应用MBBR处理生活污水时控制水力停留时间在2～4 h就可使出水COD<60 mg／L。如果要想缩短水力停留时间可通过加大填料的投加比例(高达70％)来实现，当对出水水质要求不高时可减少填料的投加比例。
2．3 0OD 容积负荷与去除率之间的关系
　　试验结果表明，在COD 容积负荷为0.48～2.93 kg／(m³·d)的范围内对COD 的去除率基本稳定在60％ ～80％ 。在相同的水力停留时间下COD去除率随负荷呈正比增加趋势，这是因为当进水COD浓度较低时微生物降解有机物的速率也较小，其降解能力不能充分发挥，当进水COD 浓度增大时促进了生物膜微生物的生长，提高了降解速率，故对C0D 去除率得到了提高。在COD容积负荷相同时水力停留时间愈长则对COD的去除率愈高，这是因为MBBR属于完全混合反应器，水力停留时间的长短将直接影响到水中有机物与生物膜的接触时间，进而影响微生物对有机物的吸附和降解效率。
2．4 MBBR 的需气量
　　在试验过程中，为使混合液中的溶解氧浓度维持在1～2mg／L一般需将气水比控制为(3～4)：1，这样的气量能使反应器中的填料均匀地循环转动起来，即使填料的内、外表面都长满了生物膜也没有发现生物膜厌氧变黑和内部堵塞现象。
3 MBBR在地埋装置中的应用
　　在试验的基础上为长春某公司设计、建造了一套以MBBR为主体工艺的地埋式污水处理装置(处理水量为10 m³／h)，其原水为车间生活污水和经预处理后的工业废水，主要水质指标为：COD=300～500mg／L，SS=250～350 mg／L，油含量为20～30mg／L，pH=6～9。处理出水应达到：COD≤ 150mg／L，BOD ≤ 60 mg／L，SS≤ 200 mg／L，油含量≤10 mg／L。工艺流程见图2。

　　该套设施中的调节池为钢筋混凝土结构，一级和二级MBBR、二沉池、清水池和鼓风机房均为地埋式钢结构。采用两级MBBR 主要是考虑每级反应器都可以维持完全混合流态，填料在反应器中能够较好地循环转动和均匀分布。
　　各工艺的主要设计参数为：调节池的停留时间为6h；两级MBBR的总停留时间为4h，COD 容积负荷为2kg／(m³·d)，气水比为6：1，悬浮填料的投加比例为40％，其断面的有效尺寸为2400 mm×2600 mm，每级长度为3200 mm；二沉池采用竖流式，表面负荷为1.1 m³／(m²·d)，断面有效尺寸为2400 mm×2600 mm，长为4000mm。设置清水池主要是考虑将来有可能进行污水回用，其和鼓风机室采用合建式(中间分两格)，断面尺寸为2400mm×2600 mm，长为3000mm，鼓风机室内设HC一50LS风机2台(1用1备)。出水排入厂区下水道。
　　该套装置安装完成并经过2个月的调试运行后，当地环保部门对其进行了验收、检测，在进水COD=200～300mg／L的情况下，处理出水COD≤50mg／L，SS≤40mg／L，油含量≤3 mg／L，pH =7.5，处理效果好且运行稳定。
4 结论
　　MBBR具有挂膜容易、填料不易堵塞、水力停留时间短、处理效果稳定、能耗低、不需污泥回流等特点，在进水COD=80～300 mg／L、水力停留时间为2～4 h的条件下出水COD 浓度可降至30～60mg／L。MBBR非常适合于建造成一体化或地埋式污水处理装置。