思普润与MBBR的发展与展望
——青岛思普润水处理股份有限公司 殷建文
各位领导,各位专家,各位同仁,大家上午好!我是青岛思普润水处理股份有限公司的殷建文,很高兴又能跟大家在一年一度的提标大会上相聚。下面由我代表公司,向大家汇报“思普润与MBBR的发展历程”,并分享一些对于技术未来发展的思考。
思普润坐落于美丽的青岛西海岸新区,毗邻小珠山。自2006年成立以来,专注于MBBR技术13年,以每五年为一个单位,今年是第三个五年。每一个五年,思普润都赋予了MBBR新的内容和含义。
一五·MBBR引进吸收·工艺包
06到10年是思普润的第一个五年,思普润完成了MBBR工艺的引进并吸收。
在08年之前,国内多个团队尝试MBBR,但是无一例外,最终都倒在了悬浮载体流化和拦截的问题上。本质原因就是把MBBR工艺当成简单的设备集合,悬浮载体被看成塑料制品,拦截系统被看成不锈钢多孔板;客观原因是单纯引进,没有考虑到国内实际进水毛屑纤维多、预处理设施普遍效率低的实际情况,单纯模仿缺乏吸收。
2008年,太湖蓝藻爆发,要求环太湖污水厂提标至一级A,无锡芦村便是其中之一。考虑芦村没有扩建用地,升级改造拟采用MBBR进行原位强化提标。因为当时没有成熟经验可以借鉴,业主也充满了疑虑。所以业主组织了多个厂商进行现场中试比选,然后让中试效果最好的两个分别进行了2.5wt的工程性验证。球形填料仍旧没有摆脱流化和拦截的问题,没有成功;思普润的MBBR实现了良好流化和有效拦截,最终承接了该项目的整体实施,让无锡芦村成为国内首个将MBBR成功应用于大型污水厂的工程案例。
芦村项目的实施,除了工程上的示范,技术上也建立了一条MBBR强化硝化和反硝化的芦村路线:我们根据TN处理需求,切割部分好氧池容优先满足反硝化所需池容;好氧池容不足的部分,投加悬浮载体予以补足,强化硝化。所以通过池容的布置,悬浮载体投加在好氧区,同样可以实现总氮的强化。这也形成了国内第一代MBBR技术,概况起来就是:芦村路线+循环流动池型+圆柱状450的SPR-I代悬浮载体。
无锡芦村已稳定运行11年,运行良好,这也是国内运行时间最长的MBBR工程实例,形成的技术为MBBR在国内的发展奠定了基础。同时,思普润形成了MBBR工艺包的概念,从设计、设备、到安装调试,形成了初步的价值服务链。
随后山东济宁中山公用、青岛团岛、李村河、高新区等大型污水厂MBBR的实施,更进一步验证了思普润MBBR工艺包的成熟和可靠,也让MBBR在抵抗进水冲击、应对高基质浓度、应对工业废水掺杂比例较大、全地下污水厂等场景下,得以应用并获得了良好的效果。通过大量工程落地也进一步验证了:只有把MBBR当成工艺包看待,掌握悬浮载体、拦截筛网、曝气、推流搅拌等单体设备之间的关系,才能解决流化和拦截问题。现在还有人提出对于填料流化的担忧,我只能说,那是我们十年前在研究的事情。
二五·MBBR硬件升级·交钥匙工程
从11到15年,是思普润的第二个五年,思普润进行了MBBR工艺包硬件上的升级。随着国内一级A提标改造工作的扩大化,各种工艺、各种难点的污水厂提出采用MBBR技术的需求,我们发现,已有的第一代MBBR技术已不能满足需求,需要对硬件进行升级。
首先,针对悬浮载体,为了进一步提高系统的容积负荷,我们研发并量产了SPR-III代悬浮载体,有效比表面积达到800m2/m3;相比之前的450和620的悬浮载体,同样的外观尺寸、相同单位体积下,处理能力更高。
同样,对于流化池型,我们从传统的循环流动池型,升级为微动力混合池型。所谓微动力,相比传统的循环流动,省去了推流器的使用,通过曝气的不均匀布置,实现悬浮载体的均匀流化,从而节约生化段的运行能耗,进一步提高了流化效果,从根本上解决了推流器磨损问题。
对于拦截筛网,我们也进一步采用淹没式拦截方式,能够有效改善池内流态,防止筛网堵塞。硬件的升级,让MBBR在各类池型、水力条件下,均能够灵活的镶嵌入活性污泥系统,实现原池改造。
2015年完成的李村河扩建项目应用了思普润第二代MBBR技术:微动力混合池型+淹没式拦截筛网+800三代悬浮载体。李村河原厂内共扩建8wt/d,在原一期、二期原池增量3.5wt/d,三期新建4.5wt/d。
项目完成后,该项目通过了“中国城镇供水排水协会”的专家鉴定,专家通过现场参观、质询讨论,对新一代MBBR技术给予了肯定,为MBBR在国内准四类的进一步推广,打下了技术基础。
与此同时,思普润参与编制了《水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料》行业标准。该标准规范了不同类型悬浮载体的有效比表面积,并对其材质,尤其是生产过程中不能使用回收料、不应添加炭黑或其他颜色的染料做出了明确限定,以确保悬浮载体的使用寿命。行业标准中,首次提及了MBBR工艺的重要设计参数——膜面负荷的概念。因为生物膜不同于活性污泥,不能用换算生物量的方式设计,而应该以单位有效膜面积的处理能力作为设计指标参数。
从11-15年,思普润在北方完成了低温、高盐的大量典型项目。像乌拉特中旗,冬季最低温度仅6℃,突破了传统活性污泥法对于硝化温度的极限;像唐山海港,因海水倒灌管网,导致污水厂进水氯离子浓度较高,波动较大,MBBR的应用稳定了系统的处理效果。不论是低温、高盐,MBBR的优异性能,都显示了在特定水质下,生物膜脱氮性能优于活性污泥。
面对进水水质复杂的嘉兴崇福、台州黄岩等污水厂,思普润秉持专业精神,一直陪伴业主,最终实现达标;同期,我们完成了“悬浮载体及产业化”的国家水专项示范工程——洛阳涧西污水厂的项目,获得了专家的一致好评。
第二个五年,MBBR硬件进行升级,我们提出了交钥匙的理念,与业主同时签订水质保障协议,承诺水质达标后再移交,并始终坚持这一承诺。
三五·MBBR软件升级·运行优化增值服务
经过十年的发展,思普润MBBR虽然取得了一定的成绩,但我们对于机理的探索相对滞后,这也对MBBR的进一步发展和推广应用产生了影响。公司在三五期间,加大了对于MBBR工艺深度和宽度的研究。
第一个方面,MBBR强化硝化的机理研究。MBBR给大家的直观效果,就是增加生物量,进一步的,生物膜泥龄远高于活性污泥,有利于强化硝化。通过对已有项目的追踪,我们发现,生物膜上硝化菌群丰度是活性污泥的10倍,且优化了硝化菌群的种属。
第二个方面,泥膜复合系统中,泥膜的关系研究。由于国内是提标改造,考虑经济因素,实质上泥膜复合是以泥为主,膜作为泥的补充,承担部分硝化功能。这就导致,国内的泥膜复合工艺,泥与膜关系的特殊性,既有合作又有竞争。活性污泥的比表面积很大,对于基质和溶解氧的争夺能力强,在竞争中处于优势地位,好氧区更容易获得溶解氧,缺氧区更容易获得碳源。大量工程研究发现,在夏季,污泥活性较高,填料生物膜会变薄,表现出活性污泥承担绝大多数硝化负荷;在冬季,污泥活性下降,填料生物膜增厚,表现出生物膜承担部分或主要硝化功能。另外,在系统受到冲击时,本质上就是进水负荷的突然提升,此时有利于释放潜在的生物膜处理能力,提高出水稳定性,这也是泥膜竞争和合作的表现。
第三个方面,就是关于MBBR强化反硝化研究。首先,就是直接在缺氧区投加悬浮载体。对于此技术路线,我们建议慎重使用。因为对于反硝化,核心是碳源和生物量,MBBR嵌入缺氧区,解决的是生物量的问题。而国内水质多是低C/N污水,主要问题是碳源,单纯增加生物量难以显著提高反硝化效果。因生物膜对于碳源的争夺、水解利用能力远弱于活性污泥,所以前置缺氧区投加悬浮载体意义不大,反而会增加运行能耗。而采用MBBR后置反硝化则是实现途径之一,尤其是在后置纯膜MBBR工艺上,其容积负荷高,对碳源利用率也较高。其次,有了生物膜强化硝化作为基础,通过池容切割,可以实现强化反硝化。具体路线有两种:一种上面提到是无锡卢村路线,一种是青岛李村河路线,差别是李村河路线切割好氧给后缺氧,形成巴顿甫。Bardenpho(巴顿甫)比传统的AAO多出了后置缺氧区和后好氧区,主要着眼于TN的保障。随着部分区域准IV类标准的出台,对于TN有了进一步严格的要求。而传统AAO依赖于回流进行TN去除,受回流比的限制,若要实现更高总氮去除,需要在后端再增加如反硝化滤池等工艺,水厂运行两段生化,管理不便,运行费用高。通过池容分置,将MBBR工艺镶嵌到Bardenpho(巴顿甫)前好氧区,无需扩建,可根据原水碳源情况合理回流,最大程度、最高效的利用原水碳源,实现总氮达标。
我们对于完成项目追踪的另外一个收获,就是在多数项目上,填料区均发生了显著的同步硝化反硝化现象。生物膜分层分布的特点,为同步硝化反硝化的出现创造了条件。通过优化控制,尤其是在冬季生物膜厚度在120-150微米的时候,同步硝化反硝化对TN去除贡献能超过10%。我们以进水TN=50mg/L为例,有5mg/L通过同步硝化反硝化途径去除,如果这部分TN通过外加碳源去除,则需要吨水0.15元的碳源投加费用,而悬浮载体同步硝化反硝化的优化运行,则节约了这部分碳源投加,3-5年节约的碳源费用能够回收MBBR改造的一次性投资。
新周污水处理厂提标改造的业绩,充分发挥了MBBR的上述优势。该项目16万吨/天,是宁波首个准IV类提标改造项目。该项目充分体现了MBBR镶嵌到Bardenpho(巴顿甫)中对于硝化、反硝化的强化作用,以及对于深床反硝化滤池TN保障功能的替代作用,生化段出水TN可稳定<10mg/L,与改造前相比,生化段多去除了6mg/L的TN,极大节约了的碳源投加。我们的技术团队通过陪伴业主、跟踪优化运行,提高MBBR增值服务,为业主实现了MBBR的最大化效益。
不止在北方及长三角地区,MBBR得以广泛应用,在水质更低的珠三角,思普润MBBR也应用广泛。如深圳横岭、佛山镇安高明、广州大坦沙等一系列大型污水厂,MBBR均强化了处理效果,提高了抗冲击负荷能力,节省了外投碳源,稳定保障越来越严苛的出水标准。
到目前,思普润已完成了150余项,800万吨的MBBR应用业绩,做到全球MBBR处理体量最大。多年的工程积累和对于MBBR机理的探索,获得了用户和专家的一致认可,近期通过了住建部对我司MBBR的技术评估,并被专家组鉴定为工程“国际领先”。这既是对我们以往工作的高度肯定,也是对未来我们工作的鼓舞和期望。
我们也将MBBR工艺的上述优点,拓宽应用到多个领域,
①在自来水水源地及微污染水领域的应用,我们在盐城亭湖30万吨/天的水源地微污染水项目,通过在预处理段采用纯膜的MBBR技术,高效去除氨氮,确保氨氮在1mg/l以下,证明了MBBR在贫营养条件下的效能,为MBBR纯膜应用领域的拓宽奠定了基础。
②我们将MBBR工艺耐冲击、耐低温、运行维护简便等特征集成到一体化设备中,目前思普润MBBR一体化设备在上海崇明岛、青岛、重庆等多地共完成了200多个站点,运行情况良好。
③基于MBBR的厌氧氨氧化技术,我们研发团队自2013年开始就立项研究。我们从侧流高氨氮废水入手,经历小试、中试、生产性验证到工程化,一路走来,历时6年,目前已完成了多个自养脱氮工程化项目,总处理负荷超过2000千克/天。我们自主研发的一体化自养脱氮技术,利用悬浮载体分层分布的特点,富集氨氧化菌和厌氧氨氧化菌,形成了具有自主知识产权的Nauto®技术。下一步,我们逐步从侧流向主流迈进,我们的先天优势就是侧流的Nauto®技术积累,以及已完成的800万吨MBBR工程项目,能够灵活的将侧流技术向主流转化。不论是同步硝化反硝化,还是一体化自养脱氮,核心都是生物膜的控制。只有控制好反应条件,实现生物膜分层分布,才能可控的实现上述效果,这正是我们的核心价值所在。
MBBR的主要处理对象是营养元素,为了实现全指标达标,思普润结合MBBR的特点,引进吸收了超效分离技术、高级氧化技术等,应对SS、TP和难降解有机物,为最终实现全指标达标提供保障。
第三个五年,思普润通过对MBBR软件上的升级,增加了其研究深度;自养脱氮、纯膜法、微污染水、一体化方面的工程应用,拓宽了MBBR应用宽度;结合其他技术共同实现污水厂全指标达标,形成了思普润的完整的价值链服务——即为业主提供售前的设计咨询、售中的安装调试)、售后的优化运行,这种全过程、全生命周期的技术服务。面向第四个五年,思普润目标指向能源平衡的净水厂。
四五·MBBR理念升级·能源平衡净水厂
结合国内顶级专家对“面向未来污水处理概念厂”的规划,我们建立了我们自己的能源平衡净水厂的路线,希望早日实现水源回用、资源回收、能源平衡的净水厂。这也是我们企业的愿景,履行人类对环境可持续发展的责任,创建人与自然的和谐。
思普润200多号人,从早到晚专注于MBBR技术的研究及应用。我们继续保持对技术、对MBBR的敬畏精神,做好推广者和守护者的神圣使命!携手和在座的广大水务人,做一个有情怀、有使命、有担当的环保人!谢谢大家!