BBR、A2O、MBR工艺比选.doc

1.1.1 污污水处理工艺选择概述水处理工艺选择概述污水处理工艺的选择是根据污水进水水质、出水标准、污水处理厂规模、排放水体的环境容量，以及当前的经济条件、管理水平、自然条件、环境特点等因素综合分析研究后确定的。各种工艺有其各自的特点及适用条件，应结合当地的实际情况、项目的具体特点而定。污水处理厂工艺选择原则如下：1）工艺性能先进性：工艺先进而且成熟，流程简单，对水质适应性强，出水达标率高，污泥生成量少且易于处理、处置；2）高效节能经济性：耗电量小，运行费用低，投资省，占地少；3）运行管理适用性：运行管理方便，设备可靠，易于维护；4）文明生产安全性：重视环境，控制噪声，防治臭气，创造文明生产条件。根据水质分析的结果，本工程进水水质浓度偏高，BOD5/CODcr=0.2、BOD5/TN=2.1、BOD5/TP=20，需要使用强化脱氮除磷工艺。根据对各项污染物去除率的要求，表明污水处理厂需釆用强化生物处理工艺，但生物处理工艺在满足常规去除 CODcr和 BOD5以及 SS 的同时，必须具备除磷脱氮的功能。通过对国内外釆用脱氮除磷工艺的污水厂设计参数和运行经验，釆用适宜的除磷脱氮污水生物处理工艺，对表中污染物的去除是能够得到保证的。本工程进水的 TP 浓度较高，根据国内外污水处理厂的运行经验，高浓度的TP 完全依赖于生物除磷是有风险的。为保证污水稳定的达标排放，本工程增设化学辅助除磷设施，与生物除磷相结合以强化除磷效果，达到污水排放标准。本工程进水中的 SS 浓度较高（以无机颗粒为主） ，如果不进行预处理，其对后续的生化处理系统影响非常大，所以应采取适当的预处理措施以降低进水中的悬浮物浓度。根据以上分析，本工程污水处理工艺必须考虑加强除磷脱氮的工艺。根据水质条件分析，本项目污水较适合使用生物脱氮除磷工艺。目前国内应用的二级污水处理工艺主要包括 A2/O、MBR 与 BBR 等，本报告将对这几种处理工艺进行介绍，并进一步比选出本工程的推荐工艺。1.1.2 A2/O 工艺概述工艺概述A2/O 是根据微生物的特性而研究的最典型也最原始的除磷脱氮工艺。A2/O即 A-A-O，厌氧-缺氧-好氧流程（Anaerobic -Anoxic-Oxic，简称 A-A-O 或 A2/O） 。A2/O 工艺由厌氧池、缺氧池、好氧池串联而成。其流程图如图 4-1 所示。图 6-1 A2/O 工艺流程图它的基本流程是在厌氧-好氧除磷的工艺中加入缺氧池，将好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池前端，以达到反硝化的目的，在首段的厌氧池主要进行磷的释放，使污水的磷的浓度升高，溶解性的有机物被细菌吸收使污水中的BOD5浓度下降，另外部分 NH3-N 因细胞的合成得以去除，污水中的 NH3-N 浓度下降。在缺氧池中，反硝化菌利用污水的有机物做碳源，将回流混合液中带入大量 NO3-N 和 NO2-N 还原为 N2释放到空气，因 BOD5浓度继续下降，NO3-N 浓度大幅度下降，而磷的变化很小。在好氧池中，有机物被微生物生氧化而继续下降，有机 N 被氨化继而被硝化，使 NH3-N 浓度显著下降，但随着硝化过程使NO3-N 浓度增加，而 P 随着聚磷菌的过量摄取。也以较快的速度下降。经过多年的实践检验，A2/O 工艺在除磷脱氮方面无可替代，尤其在大型污水处理厂的应用，表现出其强大的除磷脱氮功能。1.1.3 MBR 工艺概述工艺概述传统的活性污泥工艺(Conventional Activated Sludge, CAS)广泛地应用于各种污水处理中。由于采用重力式沉淀方式作为固液分离手段，因此带来了很多方面的问题，如固液分离效率不高、处理装置容积负荷低、占地面积大、出水水质不稳定、传氧效率低、能耗高以及剩余污泥产量大等等。传统生物处理工艺处理后的水难以满足越来越严格的污水排放标准，同时，经济的发展所带来的水资源的日益短缺也迫切要求开发合适的污水资源化技术，以缓解水资源的供需矛盾。在上述背景下，一种新型的水处理技术（Membrane Bioreactor，MBR）应运而生。随着膜分离技术和产品的不断开发，MBR 也更具有实用价值，近年来许多国家都投入了大量资金用于开发此项技术。1、MBR 概述概述MBR 是指将超、微滤膜分离技术与污水处理中的生物反应器相结合而成的一种新的污水处理装置。这种反应器综合了膜处理技术和生物处理技术带来的优点。超、微滤膜组件作为泥水分离单元，可以完全取代二次沉淀池。超、微滤膜截留活性污泥混合液中微生物絮体和较大分子有机物，使之停留在反应器内，使反应器内获得高生物浓度，并延长有机固体停留时间，极大地提高了微生物对有机物的氧化率。同时，经超、微滤膜处理后，出水质量高，可以直接用于非饮用水回用。系统几乎不排剩余污泥，且具有较高的抗冲击能力。特别1989 年 Yamamoto 将中空纤维膜应用于活性污泥处理中，使工艺运行成本大大降低，实际应用前景广阔。因此，MBR 是当今倍受国内外专家学者重视的一项高新水处理技术。2、MBR 种类种类从整体构造上来看，MBR 是由膜组件和生物反应器两部分组成。根据这两部分操作单元的组合方式，膜生物反应器可分为分置式和一体式（浸没式）两种。分置式 MBR 是指膜组件与生物反应器分开设置，浸没式 MBR 是指膜组件安置在生物反应器内部。2 种反应器的流程如图 6-2 所示，分析如表 6-2 所示。3、MBR 工艺优缺点工艺优缺点MBR 工艺的主要特点如下：（1）出水水质好由于采用膜分离技术，不必设立、过滤等其它固液分离设备。高效的固液分离将污水中有悬浮物质、胶体物质、生物单元流失的微生物菌群与已净化的水分开，不需经三级处理即直接可回用，具有较高的水质安全性。a）分置式 MBR 工艺流程 b）浸没式 MBR 工艺流程图 6-2 分置式及浸没式 MBR 工艺流程图表 6-3 分置式及浸没式 MBR 工艺比较表MBR种类种类压力驱动压力驱动形式形式动力动力消耗消耗管道管道要求要求膜更换和膜更换和清洗情况清洗情况微生物微生物失活情况失活情况设备占地设备占地面积面积分置式压力泵加压大需要方便有可能大一体式真空泵抽吸小不需要不方便不失活小（2）占地面积小膜生物反应器生物处理单元内微生物维持高浓度，使容积负荷大大提高，膜分离的高效性使处理单元水力停留时间大大缩短，占地面积减少。同时膜生物反应器由于采用了膜组件，不需要沉淀池和专门的过滤车间，系统占地仅为传统方法的 60%。（3）节约能源由于 MBR 高效的氧利用效率，和独特的间歇性运行方式，大大减少了曝气设备的运行时间和用电量，节省电耗。与此同时，MBR 工艺的主要缺点如下：（1）对 NH3-N 去除率不理想由于 MBR 工艺的实质仍为 AO 工艺，因此其生物处理能力也与 AO 工艺接近，从目前的进水水质来看，本工程的 C/N 比较低，因此 AO 工艺并不能将NH3-N 去除至目标水质，而后续的纳滤对 BOD、SS 及 TP 的截留效果较好，对NH3-N 的去除率并不理想。（2）水通量较低由于膜的截留能力较强，导致单位膜面积的水通量较低，因此 MBR 工艺较多应用于水量较小的项目中，对于大规模污水项目，其膜组配备量较大，因此投资较高。（3）维护费用较高由于膜组件是耗材，一套膜组件的寿命约为 2-3 年，而更换一套其费用相对较高，导致 MBR 的维护费用较其他工艺更高。并且由于国内污水内所含杂质较多，膜很容易被各种尖锐物质（如沙粒、竹片等）所划伤，其更换频率较国外更高，导致运行成本进一步增加。1.1.4 BBR 工艺概述工艺概述BBR 生化工艺在城市生活污水的应用中主要有以下三个特点：BBR 工艺的核心是使用 Bacillus 菌（芽孢杆菌属）作为系统的优势菌属。为了满足 Bacillus 菌的生长环境条件，BBR 工艺采用生物膜法（BBR 装置）和活性污泥法（BBR 生化池）相结合的组合生化处理工艺。BBR 生化工艺出水可以满足城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级 A 标准。1）BBR 工艺流程工艺流程BBR 工艺流程如下图所示：图 6-3 BBR 工艺流程图首先经过预处理的污水进入 BBR 装置（生物膜法装置） ，在 BBR 装置中，通过附着在 BBR 装置载体表面上的 Bacillus 菌吸附和分解进水中的有机物、氨氮和磷酸盐。BBR 装置对有机物的去除率一般可以达到 40-75%。BBR 装置自流入 BBR 生化池，在 BBR 生化池内，通过对溶解氧等条件的控制，保证 Bacillus 菌处于优势地位，最大可能发挥其高效去除有机物、磷和氮的能力。BBR 生化池的出水自流入二沉池，在二沉池内泥水进行分离。上清液达标排放。根据 Bacillus 菌生长的需要和工艺特点，需要沉淀池污泥回流（污泥回流）和 BBR 生化池出水进行回流（内回流） ，污泥回流和内回流均至 BBR 设备前。为了保持 Bacillus 菌的高活性，需要在 BBR 设备之前投加促进微生物生长和繁殖的营养剂。2）BBR 工艺特点工艺特点BBR 工艺的主要特点如下：BBR 生化工艺采用了生物膜法（BBR 生物转盘装置）和活性污泥法（BBR 生化池）的组合工艺，以保持 Bacillus 菌去除各种污染物的高性能。BBR 生化工艺在处理城市污水时，采用污泥回流保持 Bacillus 菌的数量满足去除有机物的要求；通过内回流保持 Bacillus 菌的高活性和对各种污染物的高去除率。为保持 Bacillus 菌处于优势地位和对氮、磷较高的高去除效率，BBR 生化工艺对溶解氧控制到较低的水平（DO 不高于 1mg/L） ，与传统生化工艺（一般溶解氧控制在 2-4mg/L）相比，BBR 生化池所需空气量少很多，这样可以很好地降低能耗；加上 BBR 装置采用自然通风，这样BBR 生化处理工艺相比传统生化处理工艺的能耗约低 30-50%（只对生化部分比较） 。BBR 生化工艺采用 Bacillus 菌作为系统的优势菌属，由于其对有机物、氮和磷的独特去除机理和较高的去除率，通过合理的设计，其出水可以满足城镇污水处理厂污染物排放标准 （GB18918-2002）一级 A 标准。由于 Bacillus 菌本身具有除臭能力，其生化工艺段、污泥处理段可以不需要进行额外的除臭处理，这样可以减少污水处理厂对除臭系统的投资和运行费用。由于 Bacillus 菌本身具有自我消毒能力，系统产生的污泥中大肠杆菌属等指标可以比较容易的达到污泥消毒的要求，对污泥后续的最终处置（资源化）创造了较好的条件。BBR 生化系统整体建设用地少于传统工艺。3）BBR 生化工艺核心技术生化工艺核心技术Bacillus 菌的使用菌的使用 Bacillus 菌介绍芽孢杆菌（Bacillus） ，细菌的一科，能形成芽孢（内生孢子）的杆菌或球菌。包括芽孢杆菌属、芽孢乳杆菌属、梭菌属、脱硫肠状菌属和芽孢八叠球菌属等。它们对外界有害因子抵抗力强，分布广，存在于土壤、水、空气以及动物肠道等处。本工艺中利用的芽孢杆菌，主要包括地衣芽孢杆菌、苛性芽胞杆菌、球形芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、浸麻芽孢杆菌等。 Bacillus 菌去除污染物机理A.有机物的去除Bacillus 菌中对蛋白质、淀粉和脂肪有较高的分解能力，去除机理如下：OHNADPCOOHNHCHCHCHHOOCglutamicHNADPHNHCOCOOHCHHOOC22222322)()()()(氢酶ppAMPasparagineATPNHCOOHCHNHHOOCCH)COOHCH(NHNCOCHH222322合成酶pADPCOOHNHCHCHOCNHglutaAMPNHCOOHNHCHCHCHHOOC)()(min)()()(222232222氢酶B.脱氮机理同传统的硝化、反硝化脱氮原理不同，Bacillus 菌直接吸取胺（有机氮） 、氨氮以及铵盐，为微生物所利用，从而进行脱氮，氮元素部分以有机氮的形式进入污泥中，并通过剩余污泥的排放从系统中去除，部分转化成氮气排入空气中。OHNADPCOOHNHCHCHCHHOOCglutamicHNADPHNHCOCOOHCHHOOC22222322)()()()(氢酶C.除磷机理Bacillus 菌属于革兰氏阳性菌。与革兰氏阴性菌相比，革兰氏阳性菌细胞壁比革兰氏阴性菌（在一般活性污泥工艺中使用的菌类）的细胞壁厚而均匀，主要通过肽键来连接肽聚糖构成细胞壁。革兰氏阳性菌的细胞壁包含了大量的磷壁酸。也就是说，在微生物的合成反应中，磷酸盐以磷壁酸的形式进入 Bacillus菌的细胞壁中，最后通过剩余污泥的排放从系统中脱磷。通过 Bacillus 菌除磷一般去除率在 50%以上，为了保证达标，采取辅助化学除磷。D.除臭机理Bacillus 菌可将污水中的氨、氨盐、硫化氢等状态的物质吸收，去除了臭气产生成份，大大降低了系统臭气产生量。E.消毒机理Bacillus 菌在生长代谢过程中，分泌Bacitracin、Polymyxin、Tyrothicin、Circulin、Gramicidin 等抗生素，可以溶解或杀灭处理水中的大肠杆菌及一般细菌等。由于系统具有自我消毒能力，剩余污泥基本上不需要进行稳定化就可以进入最终的处理和处置过程。 Bacillus 菌的特点Bacillus 菌具有超强的繁殖能力，在低温、高盐度、高压等极具严酷的极限环境中也具有适应能力。可分解蛋白质和将淀粉分解至葡萄糖的能力。可分解脂肪酸。可吸收转化增殖分解后的物质。Bacillus 菌属适氮和硫磺素菌种，可将污水中氮素被氧化前的氨、氨盐、硫化氢等状态的物质吸收，去除了臭气产生成份，降低了系统臭气产生量。Bacillus 菌具有孢子形成能力，在恶劣环境中能保持活性菌种增殖数量，维持处理能力。可以分泌抗生素，具有杀菌灭菌的功效。可分泌的酵素具有强力的水分解能力，可分解难分解的蛋白质、脂质、核酸等物质，通过对难分解性物质的分解、可大幅提高处理效率。能分泌出一种特殊的粘性物质，具有很强的吸附过滤能力。含有 Bacillus 菌的活性污泥的脱水性能非常好。4）BBR 生化工艺核心设备生化工艺核心设备BBR 装置装置BBR 装置中的盘片（生物载体）为 Bacillus 菌提供了一个生长、繁殖的载体，在 BBR 装置中保持足够量的 Bacillus 菌，同时吸附、分解污水中的污染物。其主要特点如下：BBR 盘片是采用优质材料聚乙稀基树脂 PVDC 制造而成的特殊网状结构。该装置空隙率在 97%以上，使其具有较大的比表面积，水和空气容易进出，在均一好氧条件下处理效果好而且稳定。BBR 盘片质量轻（密度在 0.05-0.06g/cm3） ，不吸水，因此电机功耗较低，后续的保养和操作也较为简便。BBR 盘片具有独特的网状结构，使得微生物可以维持较高密度的附着率（约 10,00030,000mg/L） ，从而可适应流量、有机物负荷变化造成的冲击，对低温也有着极高的适应性。采用优质材料以及强度极高的机械结构，使得本装置可以长期运行。1.1.5 污水处理工艺比选污水处理工艺比选这三种工艺的比较表如下表所示：表 4-4 BBR 工艺与其它工艺比较表A2/O 工艺工艺MBR 工艺工艺BBR 工艺工艺使用菌种普通厌氧菌、好氧菌和硝化菌类普通厌氧菌、好氧菌和硝化菌类芽孢杆菌（Bacillus sp.）优化菌达标能力城镇污水处理厂污染物排放标准 （GB18918-2002）一级 B 标准城镇污水处理厂污染物排放标准 （GB18918-2002）一级 B 标准城镇污水处理厂污染物排放标准 （GB18918-2002）一级 A 标准处理效率BOD：90%以上TN：60-75%BOD：95%以上TN：60-75%BOD：96%以上TN：80-95%TP：50-70%TP：75-90%TP：75-90%脱氮原理通过曝气及硝化反应转换为硝酸盐和亚硝酸盐，在缺氧条件下通过反硝化转化成氮气脱除。通过曝气及硝化反应转换为硝酸盐和亚硝酸盐，在缺氧条件下通过反硝化转化成氮气脱除。芽孢杆菌（Bacillus）吸收氨氮或铵态氮转换成细胞物质除磷原理在厌氧条件下释出磷，在好氧条件下摄取磷，通过剩余污泥的排放除磷通过纳滤膜对磷进行截留。芽孢杆菌（Bacillus）的生长条件中，当 DO 为0.5mg/L 时，微生物可以吸收最多的磷，以达到除磷目的。除臭能力需要额外除臭系统需要额外除臭系统具有自我除臭能力污泥稳定性不稳定不稳定较稳定功耗较高较低较低占地面积较大较小较小投资较低较高较低运行费用较低较高较低