「環(huán)保小知識」BBR、A2O、MBR工藝比選

污水處理工藝的選擇是根據污水進(jìn)水水質(zhì)、出水標準、污水處理廠(chǎng)規模、排放水體的環(huán)境容量，以及當前的經(jīng)濟條件、管理水平、自然條件、環(huán)境特點(diǎn)等因素綜合分析研究后確定的。各種工藝有其各自的特點(diǎn)及適用條件，應結合當地的實(shí)際情況、項目的具體特點(diǎn)而定。

污水處理廠(chǎng)工藝選擇原則如下：

1）工藝性能先進(jìn)性：工藝先進(jìn)而且成熟，流程簡(jiǎn)單，對水質(zhì)適應性強，出水達標率高，污泥生成量少且易于處理、處置；

2）高效節能經(jīng)濟性：耗電量小，運行費用低，投資省，占地少；

3）運行管理適用性：運行管理方便，設備可靠，易于維護；

4）文明生產(chǎn)安全性：重視環(huán)境，控制噪聲，防治臭氣，創(chuàng )造文明生產(chǎn)條件。

根據水質(zhì)分析的結果，本工程進(jìn)水水質(zhì)濃度偏高，BOD5/CODcr=0.2、BOD5/TN=2.1、BOD5/TP=20，需要使用強化脫氮除磷工藝。

根據對各項污染物去除率的要求，表明污水處理廠(chǎng)需釆用強化生物處理工藝，但生物處理工藝在滿(mǎn)足常規去除CODcr和BOD5以及SS的同時(shí)，必須具備除磷脫氮的功能。通過(guò)對國內外釆用脫氮除磷工藝的污水廠(chǎng)設計參數和運行經(jīng)驗，釆用適宜的除磷脫氮污水生物處理工藝，對表中污染物的去除是能夠得到保證的。

本工程進(jìn)水的TP濃度較高，根據國內外污水處理廠(chǎng)的運行經(jīng)驗，高濃度的TP完全依賴(lài)于生物除磷是有風(fēng)險的。為保證污水穩定的達標排放，本工程增設化學(xué)輔助除磷設施，與生物除磷相結合以強化除磷效果，達到污水排放標準。

本工程進(jìn)水中的SS濃度較高（以無(wú)機顆粒為主），如果不進(jìn)行預處理，其對后續的生化處理系統影響非常大，所以應采取適當的預處理措施以降低進(jìn)水中的懸浮物濃度。

根據以上分析，本工程污水處理工藝必須考慮加強除磷脫氮的工藝。根據水質(zhì)條件分析，本項目污水較適合使用生物脫氮除磷工藝。目前國內應用的二級污水處理工藝主要包括A2/O、MBR與BBR等，本報告將對這幾種處理工藝進(jìn)行介紹，并進(jìn)一步比選出本工程的推薦工藝。

A2/O工藝概述

A2/O是根據微生物的特性而研究的最典型也最原始的除磷脫氮工藝。A2/O即A-A-O，厭氧-缺氧-好氧流程（Anaerobic -Anoxic-Oxic，簡(jiǎn)稱(chēng)A-A-O或A2/O）。A2/O工藝由厭氧池、缺氧池、好氧池串聯(lián)而成。

圖6-1 A2/O工藝流程圖

它的基本流程是在厭氧-好氧除磷的工藝中加入缺氧池，將好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池前端，以達到反硝化的目的，在首段的厭氧池主要進(jìn)行磷的釋放，使污水的磷的濃度升高，溶解性的有機物被細菌吸收使污水中的BOD5濃度下降，另外部分NH3-N因細胞的合成得以去除，污水中的NH3-N濃度下降。在缺氧池中，反硝化菌利用污水的有機物做碳源，將回流混合液中帶入大量NO3-N和NO2-N還原為N2釋放到空氣，因BOD5濃度繼續下降，NO3-N濃度大幅度下降，而磷的變化很小。在好氧池中，有機物被微生物生氧化而繼續下降，有機N被氨化繼而被硝化，使NH3-N濃度顯著(zhù)下降，但隨著(zhù)硝化過(guò)程使NO3-N濃度增加，而P隨著(zhù)聚磷菌的過(guò)量攝取。也以較快的速度下降。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐檢驗，A2/O工藝在除磷脫氮方面無(wú)可替代，尤其在大型污水處理廠(chǎng)的應用，表現出其強大的除磷脫氮功能。

MBR工藝概述

傳統的活性污泥工藝(Conventional Activated Sludge, CAS)廣泛地應用于各種污水處理中。由于采用重力式沉淀方式作為固液分離手段，因此帶來(lái)了很多方面的問(wèn)題，如固液分離效率不高、處理裝置容積負荷低、占地面積大、出水水質(zhì)不穩定、傳氧效率低、能耗高以及剩余污泥產(chǎn)量大等等。傳統生物處理工藝處理后的水難以滿(mǎn)足越來(lái)越嚴格的污水排放標準，同時(shí)，經(jīng)濟的發(fā)展所帶來(lái)的水資源的日益短缺也迫切要求開(kāi)發(fā)合適的污水資源化技術(shù)，以緩解水資源的供需矛盾。在上述背景下，一種新型的水處理技術(shù)——（Membrane Bioreactor，MBR）應運而生。隨著(zhù)膜分離技術(shù)和產(chǎn)品的不斷開(kāi)發(fā)，MBR也更具有實(shí)用價(jià)值，近年來(lái)許多國家都投入了大量資金用于開(kāi)發(fā)此項技術(shù)。

1、MBR概述

MBR是指將超、微濾膜分離技術(shù)與污水處理中的生物反應器相結合而成的一種新的污水處理裝置。這種反應器綜合了膜處理技術(shù)和生物處理技術(shù)帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)。超、微濾膜組件作為泥水分離單元，可以完全取代二次沉淀池。超、微濾膜截留活性污泥混合液中微生物絮體和較大分子有機物，使之停留在反應器內，使反應器內獲得高生物濃度，并延長(cháng)有機固體停留時(shí)間，極大地提高了微生物對有機物的氧化率。同時(shí)，經(jīng)超、微濾膜處理后，出水質(zhì)量高，可以直接用于非飲用水回用。系統幾乎不排剩余污泥，且具有較高的抗沖擊能力。特別1989年Yamamoto將中空纖維膜應用于活性污泥處理中，使工藝運行成本大大降低，實(shí)際應用前景廣闊。因此，MBR是當今倍受?chē)鴥韧鈱?zhuān)家學(xué)者重視的一項高新水處理技術(shù)。

2、MBR種類(lèi)

從整體構造上來(lái)看，MBR是由膜組件和生物反應器兩部分組成。根據這兩部分操作單元的組合方式，膜生物反應器可分為分置式和一體式（浸沒(méi)式）兩種。分置式MBR是指膜組件與生物反應器分開(kāi)設置，浸沒(méi)式MBR是指膜組件安置在生物反應器內部。

3、MBR工藝優(yōu)缺點(diǎn)

MBR工藝的主要特點(diǎn)如下：

（1）出水水質(zhì)好

由于采用膜分離技術(shù)，不必設立、過(guò)濾等其它固液分離設備。高效的固液分離將污水中有懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)、生物單元流失的微生物菌群與已凈化的水分開(kāi)，不需經(jīng)三級處理即直接可回用，具有較高的水質(zhì)安全性。

a）分置式MBR工藝流程

b）浸沒(méi)式MBR工藝流程

圖6-2 分置式及浸沒(méi)式MBR工藝流程圖

表6-3 分置式及浸沒(méi)式MBR工藝比較表

（2）占地面積小

膜生物反應器生物處理單元內微生物維持高濃度，使容積負荷大大提高，膜分離的高效性使處理單元水力停留時(shí)間大大縮短，占地面積減少。同時(shí)膜生物反應器由于采用了膜組件，不需要沉淀池和專(zhuān)門(mén)的過(guò)濾車(chē)間，系統占地僅為傳統方法的60%。

（3）節約能源

由于MBR高效的氧利用效率，和獨特的間歇性運行方式，大大減少了曝氣設備的運行時(shí)間和用電量，節省電耗。

與此同時(shí)，MBR工藝的主要缺點(diǎn)如下：

（1）對NH3-N去除率不理想

由于MBR工藝的實(shí)質(zhì)仍為AO工藝，因此其生物處理能力也與AO工藝接近，從目前的進(jìn)水水質(zhì)來(lái)看，本工程的C/N比較低，因此AO工藝并不能將NH3-N去除至目標水質(zhì)，而后續的納濾對BOD、SS及TP的截留效果較好，對NH3-N的去除率并不理想。

（2）水通量較低

由于膜的截留能力較強，導致單位膜面積的水通量較低，因此MBR工藝較多應用于水量較小的項目中，對于大規模污水項目，其膜組配備量較大，因此投資較高。

（3）維護費用較高

由于膜組件是耗材，一套膜組件的壽命約為2-3年，而更換一套其費用相對較高，導致MBR的維護費用較其他工藝更高。并且由于國內污水內所含雜質(zhì)較多，膜很容易被各種尖銳物質(zhì)（如沙粒、竹片等）所劃傷，其更換頻率較國外更高，導致運行成本進(jìn)一步增加。

BBR工藝概述

BBR生化工藝在城市生活污水的應用中主要有以下三個(gè)特點(diǎn)：

◆BBR工藝的核心是使用Bacillus菌（芽孢桿菌屬）作為系統的優(yōu)勢菌屬。

◆為了滿(mǎn)足Bacillus菌的生長(cháng)環(huán)境條件，BBR工藝采用生物膜法（BBR裝置）和活性污泥法（BBR生化池）相結合的組合生化處理工藝。

◆BBR生化工藝出水可以滿(mǎn)足《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準。

1）BBR工藝流程

BBR工藝流程如下圖所示：

圖6-3 BBR工藝流程圖

首先經(jīng)過(guò)預處理的污水進(jìn)入BBR裝置（生物膜法裝置），在BBR裝置中，通過(guò)附著(zhù)在BBR裝置載體表面上的Bacillus菌吸附和分解進(jìn)水中的有機物、氨氮和磷酸鹽。BBR裝置對有機物的去除率一般可以達到40-75%。

BBR裝置自流入BBR生化池，在BBR生化池內，通過(guò)對溶解氧等條件的控制，保證Bacillus菌處于優(yōu)勢地位，最大可能發(fā)揮其高效去除有機物、磷和氮的能力。

BBR生化池的出水自流入二沉池，在二沉池內泥水進(jìn)行分離。上清液達標排放。

根據Bacillus菌生長(cháng)的需要和工藝特點(diǎn)，需要沉淀池污泥回流（污泥回流）和BBR生化池出水進(jìn)行回流（內回流），污泥回流和內回流均至BBR設備前。

為了保持Bacillus菌的高活性，需要在BBR設備之前投加促進(jìn)微生物生長(cháng)和繁殖的營(yíng)養劑。

2）BBR工藝特點(diǎn)

BBR工藝的主要特點(diǎn)如下：

◆BBR生化工藝采用了生物膜法（BBR生物轉盤(pán)裝置）和活性污泥法（BBR生化池）的組合工藝，以保持Bacillus菌去除各種污染物的高性能。

◆BBR生化工藝在處理城市污水時(shí)，采用污泥回流保持Bacillus菌的數量滿(mǎn)足去除有機物的要求；通過(guò)內回流保持Bacillus菌的高活性和對各種污染物的高去除率。

◆為保持Bacillus菌處于優(yōu)勢地位和對氮、磷較高的高去除效率，BBR生化工藝對溶解氧控制到較低的水平（DO不高于1mg/L），與傳統生化工藝（一般溶解氧控制在2-4mg/L）相比，BBR生化池所需空氣量少很多，這樣可以很好地降低能耗；加上BBR裝置采用自然通風(fēng)，這樣BBR生化處理工藝相比傳統生化處理工藝的能耗約低30-50%（只對生化部分比較）。

◆BBR生化工藝采用Bacillus菌作為系統的優(yōu)勢菌屬，由于其對有機物、氮和磷的獨特去除機理和較高的去除率，通過(guò)合理的設計，其出水可以滿(mǎn)足《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準。

◆由于Bacillus菌本身具有除臭能力，其生化工藝段、污泥處理段可以不需要進(jìn)行額外的除臭處理，這樣可以減少污水處理廠(chǎng)對除臭系統的投資和運行費用。◆由于Bacillus菌本身具有自我消毒能力，系統產(chǎn)生的污泥中大腸桿菌屬等指標可以比較容易的達到污泥消毒的要求，對污泥后續的最終處置（資源化）創(chuàng )造了較好的條件。

◆BBR生化系統整體建設用地少于傳統工藝。

3）BBR生化工藝核心技術(shù)——Bacillus菌的使用

① Bacillus菌介紹

芽孢桿菌（Bacillus），細菌的一科，能形成芽孢（內生孢子）的桿菌或球菌。包括芽孢桿菌屬、芽孢乳桿菌屬、梭菌屬、脫硫腸狀菌屬和芽孢八疊球菌屬等。它們對外界有害因子抵抗力強，分布廣，存在于土壤、水、空氣以及動(dòng)物腸道等處。

本工藝中利用的芽孢桿菌，主要包括地衣芽孢桿菌、苛性芽胞桿菌、球形芽孢桿菌、多粘芽孢桿菌、浸麻芽孢桿菌等。

② Bacillus菌去除污染物機理

A. 有機物的去除

Bacillus菌中對蛋白質(zhì)、淀粉和脂肪有較高的分解能力，去除機理如下：

A. 脫氮機理

同傳統的硝化、反硝化脫氮原理不同，Bacillus菌直接吸取胺（有機氮）、氨氮以及銨鹽，為微生物所利用，從而進(jìn)行脫氮，氮元素部分以有機氮的形式進(jìn)入污泥中，并通過(guò)剩余污泥的排放從系統中去除，部分轉化成氮氣排入空氣中。

B. 除磷機理

Bacillus菌屬于革蘭氏陽(yáng)性菌。與革蘭氏陰性菌相比，革蘭氏陽(yáng)性菌細胞壁比革蘭氏陰性菌（在一般活性污泥工藝中使用的菌類(lèi)）的細胞壁厚而均勻，主要通過(guò)肽鍵來(lái)連接肽聚糖構成細胞壁。革蘭氏陽(yáng)性菌的細胞壁包含了大量的磷壁酸。也就是說(shuō)，在微生物的合成反應中，磷酸鹽以磷壁酸的形式進(jìn)入Bacillus菌的細胞壁中，最后通過(guò)剩余污泥的排放從系統中脫磷。

通過(guò)Bacillus菌除磷一般去除率在50%以上，為了保證達標，采取輔助化學(xué)除磷。

C. 除臭機理

Bacillus菌可將污水中的氨、氨鹽、硫化氫等狀態(tài)的物質(zhì)吸收，去除了臭氣產(chǎn)生成份，大大降低了系統臭氣產(chǎn)生量。

D. 消毒機理

Bacillus菌在生長(cháng)代謝過(guò)程中，分泌Bacitracin、Polymyxin、Tyrothicin、Circulin、Gramicidin等抗生素，可以溶解或殺滅處理水中的大腸桿菌及一般細菌等。

由于系統具有自我消毒能力，剩余污泥基本上不需要進(jìn)行穩定化就可以進(jìn)入最終的處理和處置過(guò)程。

③ Bacillus菌的特點(diǎn)

◆Bacillus菌具有超強的繁殖能力，在低溫、高鹽度、高壓等極具嚴酷的極限環(huán)境中也具有適應能力。

◆可分解蛋白質(zhì)和將淀粉分解至葡萄糖的能力。

◆可分解脂肪酸。

◆可吸收轉化增殖分解后的物質(zhì)。

◆Bacillus菌屬適氮和硫磺素菌種，可將污水中氮素被氧化前的氨、氨鹽、硫化氫等狀態(tài)的物質(zhì)吸收，去除了臭氣產(chǎn)生成份，降低了系統臭氣產(chǎn)生量。

◆Bacillus菌具有孢子形成能力，在惡劣環(huán)境中能保持活性菌種增殖數量，維持處理能力。

◆可以分泌抗生素，具有殺菌滅菌的功效。

◆可分泌的酵素具有強力的水分解能力，可分解難分解的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸等物質(zhì)，通過(guò)對難分解性物質(zhì)的分解、可大幅提高處理效率。

◆能分泌出一種特殊的粘性物質(zhì)，具有很強的吸附過(guò)濾能力。

◆含有Bacillus菌的活性污泥的脫水性能非常好

4）BBR生化工藝核心設備——BBR裝置

BBR裝置中的盤(pán)片（生物載體）為Bacillus菌提供了一個(gè)生長(cháng)、繁殖的載體，在BBR裝置中保持足夠量的Bacillus菌，同時(shí)吸附、分解污水中的污染物。其主要特點(diǎn)如下：

◆BBR盤(pán)片是采用優(yōu)質(zhì)材料聚乙稀基樹(shù)脂PVDC制造而成的特殊網(wǎng)狀結構。

◆該裝置空隙率在97%以上，使其具有較大的比表面積，水和空氣容易進(jìn)出，在均一好氧條件下處理效果好而且穩定。

◆BBR盤(pán)片質(zhì)量輕（密度在0.05-0.06g/cm3），不吸水，因此電機功耗較低，后續的保養和操作也較為簡(jiǎn)便。

◆BBR盤(pán)片具有獨特的網(wǎng)狀結構，使得微生物可以維持較高密度的附著(zhù)率（約10,000～30,000mg/L），從而可適應流量、有機物負荷變化造成的沖擊，對低溫也有著(zhù)極高的適應性。

◆采用優(yōu)質(zhì)材料以及強度極高的機械結構，使得本裝置可以長(cháng)期運行。

污水處理工藝比選

這三種工藝的比較表如下表所示：

表4-4 BBR工藝與其它工藝比較表