序批式生物膜移动床反应器污水处理工艺设计要点

Posted 2023-01-14 填料

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一、绪论

序批式生物膜移动床反应器（Sequencing Batch Moving-bed Biofilm Reactor，SBMBBR）是序批式活性污泥法（SBR）的变形。由于在SBMBBR中投加了一定比例的填料，使得活性污泥以生物膜的形式附着于填料上，填料在处理过程中随水流在反应器中呈现流化态，因此，SBMBBR除了具备SBR的优点外，还具备以下突出优势：(1)微生物含量高、生物相多样化，可有效控制污泥膨胀；(2)硝化效果好、传质效率高、氧利用率高；(3)剩余污泥产量少；(4)基建费用少；(5)抗冲击负荷能力强。

SBMBBR适用条件广泛，不仅可用于中小型污水处理厂新建和现有污水处理厂改扩建，也适合于与城镇污水水质类似的工业废水处理。但SBMBBR目前缺乏相关的工艺设计规定，因此限制了该项技术的有效应用。本文重点总结和探讨该反应器的工艺设计要点和需注意的问题。

二、设计要点

1、设计负荷选取

当系统有要求生物脱氮除磷时，对于典型城镇污水水质，SBMBBR的设计有机负荷取0.2-1.0kgBOD5/(kg MLSS?d)；容积负荷取0.4-1.4 kgBOD5/(m3?d)。当进水的有机物组成中易降解成分比重较大或主要用于生物除磷时，宜选取高负荷参数；在进水流量小、负荷变化大的小规模工业设计中，宜选取低负荷参数。

2、填料填充率选取

填料填充率对SBMBBR的处理效率起着重要的影响。低填料比造成膜上的微生物群落生存空间不足，使得污泥浓度偏低；高填料会获得较高的污泥浓度，但单个生物膜上的生物量会减小，同时会对反应器内的搅拌、液体流动以及生物膜稳定性等产生不利影响。从实际运行情况考虑，SBMBBR中填料填充率的取值范围为30%-60%，对于氨氮去除要求较高时，填充率宜取高的数值。

3、污泥浓度

在SBMBBR的设计中，由于加入了填料，SBMBBR的污泥浓度主要集中在生物膜上。生物膜折合的污泥浓度通常为3000-5000mg/L。设计中，进水有机物浓度大时宜选取高污泥浓度参数；反之则宜选取低污泥浓度参数。

4、周期时间及各阶段时间的选取

SBMBBR一个工作周期时间可在4-24h之间取值。一个周期内的工作状况可以分为进水、反应、沉淀、排水排泥、闲置等阶段。在设计中，由于除反应阶段外的其余阶段时间相对固定，因此周期时间的长短往往取决于反应时间的长短。进水时间宜取0.5-1.0h。反应时间作为生物处理工艺的关键，其数值取决于运行过程中进水水质、反应器污泥浓度和曝气方式等因素。在设计中，为更好地脱氮除磷，反应时间又细分为厌氧、好氧和缺氧三个阶段，其时间比一般为1:2:1。SBMBBR的反应时间通常为2-10h，实际应用中常取6-10h。当工艺重点是脱氮处理时，应选择较大的反应时间。沉淀时间可取1.0h。闲置时间的选定一般小于2h。

5、膜的脱落量及剩余污泥量

生物膜法除磷主要通过生物膜脱落来实现。SBMBBR稳定运行期间，可在每个周期好氧阶段末端对填料进行反冲洗后排泥，脱落的生物膜随污泥一同排除，每周期膜的脱落量可按不小于40mg/L考虑, 在这一数据下反应器的除磷效果较好。

SBMBBR反应器中，剩余污泥产率系数取值范围为0.2-0.8 kgMLVSS/kg BOD5，与SBR相比更低。设计中若主要用于去除氨氮，宜选取较小的污泥产率系数；若同时用于生物脱氮除磷则宜选用较大值，剩余污泥中的含磷量一般在0.04-0.08kg TP/kg MLVSS范围内。

6、污泥龄

由于SBMBBR绝大多数微生物群落附着在填料上，造成事实上的泥水相对分离，使得其污泥龄不易准确控制。较好的SBMBBR工艺污泥龄范围在10-20d左右。

7、反应池容积的确定

对于SBMBBR的反应池容积与通常的污水生物处理相同，采用负荷设计法确定，SBMBBR反应池深度的选择应与具体曝气设备的形式相关。

8、曝气系统选择

在SBMBBR的设计中，较常采用射流曝气。与其他适用的曝气方式相比，射流曝气对氧的传输效率可提高20%左右。需注意的是，由于SBMBBR中加入了填料，应在射流泵上加装钢丝网以防止吸入填料。反应器溶解氧浓度为2.5-4.0mg/L，以脱氮为重点时可选取较低值，以除磷为重点时可选取较高值。

9、排水系统的设计

SBMBBR排水一般采用滗水器排除处理后的上清液。设计时应设置事故用排水装置，同时在上清液排出装置中加设防浮渣及填料流出的机构，如钢丝网等。

10、排出比设计

排出比的大小决定了反应初期反应器中有机物浓度的高低。排出比的选择与SBMBBR设计时选用的污泥负荷率、污泥浓度等相关。实践表明，较好的排出比取值为1/3-1/5，进水污染物浓度较大时可采用较大排出比，反之则宜采用较小的排出比。。

三、设计需要注意的其他问题

1、进水搅拌

尽管SBMBBR反应器由于存在填料的原因使得污水和膜上微生物的接触较为充分，并且也有研究和应用证明，过于强烈的搅拌会导致填料上的生物膜在非正常状态下物理性脱落，但SBMBBR反应器仍然需要设置搅拌装置才能保证水质的均匀性与和溶解氧接触的充分性。一般情况下，搅拌功率输入应高于10W/m3。

2、水温及pH

对于SBMBBR反应器而言，pH值和水温是影响其处理效果的重要因素。反应环境控制在pH值6.0-9.0，水温20-30℃左右是好氧生物处理的理想条件。在低温时（12℃），设计或运行负荷可以参照正常负荷的80%取值。

3、填料选择

填料的选择原则主要有：强度大、化学和生物稳定性好、比表面积大、空隙率大、水流阻力小、与水的密度相差不大、价廉易得、运输储存和安装方便、不易堵塞等。同时，填料的具体选择还要考虑进水水质和处理要求的限制。填料可选用软纤维填料、聚乙烯填料等惰性颗粒填料，海绵或其他固定性生物载体，一些形状特殊的塑料类填料等也可以选用。填料通常可选择的粒径范围宜为2-8mm，未挂膜填料比重为0.95-0.97。

4、填料补充率

在实际的污水处理中，即使装有滤网等防止填料流失的设置，但仍有少量的填料会随出水流失掉，日积月累将会影响到处理效率。因此，定期按填料流失率补充填料是保证工艺正常运行的重要因素。填料补充率的大小要考虑排水设备、填料大小材质等诸多因素，同时需要依照具体情况的不同而灵活变化，一般可按照每年5%的填料补充率考虑。

四、结语

SBMBBR同时具备了SBR和生物膜法的优点。由于SBMBBR具有高效稳定的处理特点，随着国家对污废水排放要求的不断提高，相信该项技术不仅在中小型城镇和农村的污水处理中会日益受到重视，同时在工业废水处理上也具有广阔的发展前景。