移动床生物膜反应器污水处理工艺的研究现状及展望

焦化废水是典型的高氨氮浓度、有毒难降解工业废水,我国焦化厂外排废水常因氨氮含量严重超标而污染环境。随着社会经济的快速发展及人们对环境质量要求的日益提高,焦化废水传统的生物处理工艺面临严峻挑战。在这种情况下,大多数已建和新建焦化厂都面临着不断提高处理能力和效用的问题。从废水生物处理的发展历程来看,现有处理工艺的改进是研究的一个方面,开发高效反应器则是另一重要方面。近年来,A-A-O工艺和序批式间歇反应器(SBR)[1~4]等焦化废水处理工艺得到推广应用,与普通生化处理工艺相比,它们不仅能去除废水中的氨氮污染物,而且COD等指标也有了改善,但仍存在着运行和操作费用偏高、耐冲击性和适应性差的问题,因此,寻求高效的反应器成了众多研究者不断努力的方向。在焦化废水的生物脱氮过程中,NH4+的硝化作用是至关重要的一步,这是因为硝化菌的生长速率比其他细菌慢15倍~20倍,一旦NH4+转化成硝态氮,反硝化细菌在缺氧条件下,就会利用水中易降解的碳源将NO3-还原成N2[5]。移动床生物膜反应器(Moving-bedBiofilmReactor,简称MBBR)中的填料正好能起到增加污泥量和延长污泥停留时间的作用,所以,MBBR非常适合焦化废水中的脱氮,它不但可有效改善微生物的生长环境,提高微生物浓度,具有处理负荷大、抗冲击和抗毒性的优点,而且可解决A/O工艺占地大、投资费用高的问题。1移动床生物膜反应器移动床生物膜反应器是1988年由挪威KaldnesMilijOTeknologi(KMT)公司与STNTEF研究机构联合开发并申请专利[6]的一种新型高效低能耗的生物废水处理装置。该反应器工艺简单,是介于固定填料生物接触氧化法和生物流化床之间的一项新工艺,结合了悬浮生长的活性污泥法与附着生长的生物膜法的优点,克服了接触氧化法填料易堵塞、生物膜过厚易结团的缺点;同时也解决了生物流化床三相分离困难、动力消耗高的问题。将其应用于工业废水的处理,既提高污水厂的脱氮效率,改善运行效果,又不需要增加原有反应器的容积。1.1工艺原理MBBR的主要原理就是将密度接近水的悬浮填料直接投加到反应器中,作为微生物生长附着的载体,在一定条件下进行挂膜,使填料上附着大量微生物。然后向反应器内连续通入污水和空气,并创造良好的移动床生物膜反应器污水处理工艺的研究现状及展望荆洁颖李文英(太原理工大学煤科学与技术教育部和山西省重点实验室,太原030024)摘要简述了移动床生物膜反应器的工艺原理和特点,详细介绍了国内外移动床生物膜反应器在生活污水、工业废水和生物脱氮方面的研究现状。通过比较不同生物膜法对焦化废水的处理效果,指出移动床生物膜反应器是一种经济、高效的焦化废水处理方法,最后提出移动床生物膜反应器在实际工程应用和理论研究中的发展趋势。关键词焦化废水生物脱氮移动床生物膜反应器填料文章编号:1005-9598(2008)-04-0023-05中图分类号:X784文献标识码:A收稿日期:2008-04-05基金项目:国家重点基础研究发展计划项目(2005CB221207);教育部创新团队发展计划(IRT0517);山西省自然科学基金(20051017);山西省回国留学人员科研项目(2005-21)作者简介:荆洁颖(1985—),女,2006年毕业于太原理工大学生物工程专业,在读研究生,现主要从事废水处理方面的研究。第4期(总第137期)2008年8月煤化工CoalChemicalIndustryNo.4(TotalNo.137)Aug.20082008年第4期煤化工混合接触条件,栖息在填料表面上的微生物不断摄取水中氧和有机物,从而达到净化污水的目的。MBBR的结构如图1所示。MBBR既可在好氧环境下运行(见图1a),也可在缺氧和厌氧条件下运行(见图1b)。在好氧MBBR中,填料依靠曝气和水流的提升作用,在反应器内自由流动;在缺氧和厌氧MBBR中,通过机械搅拌或者沼气搅拌即可使填料呈现流化状。1.2工艺特点移动床生物膜反应器工艺的优势[7]概括体现在以下几个方面:(1)微生物量大,污泥浓度是普通活性污泥的5倍~10倍,净化功能显著提高;微生物相多样化,生物的食物链长;(2)载体密度轻,流化过程能耗低,加大了传质速率,氧转移效率高;不需要反冲洗,水损失小,不发生堵塞,无需污泥回流,剩余污泥量少;(3)耐冲击负荷,对水质、水量变动有较强的适应性,并能处理高浓度污水;(4)结构紧凑,占地少,能耗低,易于运行和管理,减少污泥膨胀问题,投资和运行费用低;(5)生化池的设计弹性大,适于已建污水系统的扩建。1.3生物填料填料是MBBR的核心,它是生物膜附着生长和降解有机物的重要场所,是加强传质、改善反应器内水力条件和生化反应条件的基本手段,是提高负荷的根本途径。填料性能的好坏,直接影响到挂膜的难易程