BBR、A2O、MBR工艺比选，水处理厂选择工艺的原则

     

1.1.1污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

 

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。  

  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

 

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  

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  

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所示，分析如表所示。

分置式MBR工艺流程

浸没式MBR工艺流程  

3、MBR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。

分置式及浸没式MBR工艺比较表

MBR     种类	压力驱动     形式	动力     消耗	管道     要求	膜更换和     清洗情况	微生物     失活情况	设备占地     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

 

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  

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  

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——Bacillus菌的使用  

① 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。

② 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：

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。

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。

③ 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——BBR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10,000～30,000mg/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。

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