思普潤與MBBR的發(fā)展與展望
——青島思普潤水處理股份有限公司 殷建文
各位領(lǐng)導，各位專家，各位同仁，大家上午好！我是青島思普潤水處理股份有限公司的殷建文，很高興又能跟大家在一年一度的提標大會上相聚。下面由我代表公司，向大家匯報“思普潤與MBBR的發(fā)展歷程”，并分享一些對于技術(shù)未來發(fā)展的思考。
思普潤坐落于美麗的青島西海岸新區(qū)，毗鄰小珠山。自2006年成立以來，專注于MBBR技術(shù)13年，以每五年為一個單位，今年是第三個五年。每一個五年，思普潤都賦予了MBBR新的內(nèi)容和含義。
一五·MBBR引進吸收·工藝包
06到10年是思普潤的第一個五年，思普潤完成了MBBR工藝的引進并吸收。
在08年之前，國內(nèi)多個團隊嘗試MBBR，但是無一例外，最終都倒在了懸浮載體流化和攔截的問題上。本質(zhì)原因就是把MBBR工藝當成簡單的設(shè)備集合，懸浮載體被看成塑料制品，攔截系統(tǒng)被看成不銹鋼多孔板；客觀原因是單純引進，沒有考慮到國內(nèi)實際進水毛屑纖維多、預(yù)處理設(shè)施普遍效率低的實際情況，單純模仿缺乏吸收。
2008年，太湖藍藻爆發(fā)，要求環(huán)太湖污水廠提標至一級A，無錫蘆村便是其中之一�？紤]蘆村沒有擴建用地，升級改造擬采用MBBR進行原位強化提標。因為當時沒有成熟經(jīng)驗可以借鑒，業(yè)主也充滿了疑慮。所以業(yè)主組織了多個廠商進行現(xiàn)場中試比選，然后讓中試效果最好的兩個分別進行了2.5wt的工程性驗證。球形填料仍舊沒有擺脫流化和攔截的問題，沒有成功；思普潤的MBBR實現(xiàn)了良好流化和有效攔截，最終承接了該項目的整體實施，讓無錫蘆村成為國內(nèi)首個將MBBR成功應(yīng)用于大型污水廠的工程案例。
蘆村項目的實施，除了工程上的示范，技術(shù)上也建立了一條MBBR強化硝化和反硝化的蘆村路線：我們根據(jù)TN處理需求，切割部分好氧池容優(yōu)先滿足反硝化所需池容；好氧池容不足的部分，投加懸浮載體予以補足，強化硝化。所以通過池容的布置，懸浮載體投加在好氧區(qū)，同樣可以實現(xiàn)總氮的強化。這也形成了國內(nèi)第一代MBBR技術(shù)，概況起來就是：蘆村路線+循環(huán)流動池型+圓柱狀450的SPR-I代懸浮載體。
無錫蘆村已穩(wěn)定運行11年，運行良好，這也是國內(nèi)運行時間最長的MBBR工程實例，形成的技術(shù)為MBBR在國內(nèi)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。同時，思普潤形成了MBBR工藝包的概念，從設(shè)計、設(shè)備、到安裝調(diào)試，形成了初步的價值服務(wù)鏈。
隨后山東濟寧中山公用、青島團島、李村河、高新區(qū)等大型污水廠MBBR的實施，更進一步驗證了思普潤MBBR工藝包的成熟和可靠，也讓MBBR在抵抗進水沖擊、應(yīng)對高基質(zhì)濃度、應(yīng)對工業(yè)廢水摻雜比例較大、全地下污水廠等場景下，得以應(yīng)用并獲得了良好的效果。通過大量工程落地也進一步驗證了：只有把MBBR當成工藝包看待，掌握懸浮載體、攔截篩網(wǎng)、曝氣、推流攪拌等單體設(shè)備之間的關(guān)系，才能解決流化和攔截問題�，F(xiàn)在還有人提出對于填料流化的擔憂，我只能說，那是我們十年前在研究的事情。
二五·MBBR硬件升級·交鑰匙工程
從11到15年，是思普潤的第二個五年，思普潤進行了MBBR工藝包硬件上的升級。隨著國內(nèi)一級A提標改造工作的擴大化，各種工藝、各種難點的污水廠提出采用MBBR技術(shù)的需求，我們發(fā)現(xiàn)，已有的第一代MBBR技術(shù)已不能滿足需求，需要對硬件進行升級。
首先，針對懸浮載體，為了進一步提高系統(tǒng)的容積負荷，我們研發(fā)并量產(chǎn)了SPR-III代懸浮載體，有效比表面積達到800m2/m3；相比之前的450和620的懸浮載體，同樣的外觀尺寸、相同單位體積下，處理能力更高。
同樣，對于流化池型，我們從傳統(tǒng)的循環(huán)流動池型，升級為微動力混合池型。所謂微動力，相比傳統(tǒng)的循環(huán)流動，省去了推流器的使用，通過曝氣的不均勻布置，實現(xiàn)懸浮載體的均勻流化，從而節(jié)約生化段的運行能耗，進一步提高了流化效果，從根本上解決了推流器磨損問題。
對于攔截篩網(wǎng)，我們也進一步采用淹沒式攔截方式，能夠有效改善池內(nèi)流態(tài)，防止篩網(wǎng)堵塞。硬件的升級，讓MBBR在各類池型、水力條件下，均能夠靈活的鑲嵌入活性污泥系統(tǒng)，實現(xiàn)原池改造。
2015年完成的李村河擴建項目應(yīng)用了思普潤第二代MBBR技術(shù)：微動力混合池型+淹沒式攔截篩網(wǎng)+800三代懸浮載體。李村河原廠內(nèi)共擴建8wt/d，在原一期、二期原池增量3.5wt/d，三期新建4.5wt/d。
項目完成后，該項目通過了“中國城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會”的專家鑒定，專家通過現(xiàn)場參觀、質(zhì)詢討論，對新一代MBBR技術(shù)給予了肯定，為MBBR在國內(nèi)準四類的進一步推廣，打下了技術(shù)基礎(chǔ)。
與此同時，思普潤參與編制了《水處理用高密度聚乙烯懸浮載體填料》行業(yè)標準。該標準規(guī)范了不同類型懸浮載體的有效比表面積，并對其材質(zhì)，尤其是生產(chǎn)過程中不能使用回收料、不應(yīng)添加炭黑或其他顏色的染料做出了明確限定，以確保懸浮載體的使用壽命。行業(yè)標準中，首次提及了MBBR工藝的重要設(shè)計參數(shù)——膜面負荷的概念。因為生物膜不同于活性污泥，不能用換算生物量的方式設(shè)計，而應(yīng)該以單位有效膜面積的處理能力作為設(shè)計指標參數(shù)。
從11-15年，思普潤在北方完成了低溫、高鹽的大量典型項目。像烏拉特中旗，冬季最低溫度僅6℃，突破了傳統(tǒng)活性污泥法對于硝化溫度的極限；像唐山海港，因海水倒灌管網(wǎng)，導致污水廠進水氯離子濃度較高，波動較大，MBBR的應(yīng)用穩(wěn)定了系統(tǒng)的處理效果。不論是低溫、高鹽，MBBR的優(yōu)異性能，都顯示了在特定水質(zhì)下，生物膜脫氮性能優(yōu)于活性污泥。
面對進水水質(zhì)復(fù)雜的嘉興崇福、臺州黃巖等污水廠，思普潤秉持專業(yè)精神，一直陪伴業(yè)主，最終實現(xiàn)達標；同期，我們完成了“懸浮載體及產(chǎn)業(yè)化”的國家水專項示范工程——洛陽澗西污水廠的項目，獲得了專家的一致好評。
第二個五年，MBBR硬件進行升級，我們提出了交鑰匙的理念，與業(yè)主同時簽訂水質(zhì)保障協(xié)議，承諾水質(zhì)達標后再移交，并始終堅持這一承諾。
三五·MBBR軟件升級·運行優(yōu)化增值服務(wù)
經(jīng)過十年的發(fā)展，思普潤MBBR雖然取得了一定的成績，但我們對于機理的探索相對滯后，這也對MBBR的進一步發(fā)展和推廣應(yīng)用產(chǎn)生了影響。公司在三五期間，加大了對于MBBR工藝深度和寬度的研究。
第一個方面，MBBR強化硝化的機理研究。MBBR給大家的直觀效果，就是增加生物量，進一步的，生物膜泥齡遠高于活性污泥，有利于強化硝化。通過對已有項目的追蹤，我們發(fā)現(xiàn)，生物膜上硝化菌群豐度是活性污泥的10倍，且優(yōu)化了硝化菌群的種屬。
第二個方面，泥膜復(fù)合系統(tǒng)中，泥膜的關(guān)系研究。由于國內(nèi)是提標改造，考慮經(jīng)濟因素，實質(zhì)上泥膜復(fù)合是以泥為主，膜作為泥的補充，承擔部分硝化功能。這就導致，國內(nèi)的泥膜復(fù)合工藝，泥與膜關(guān)系的特殊性，既有合作又有競爭�；钚晕勰嗟谋缺砻娣e很大，對于基質(zhì)和溶解氧的爭奪能力強，在競爭中處于優(yōu)勢地位，好氧區(qū)更容易獲得溶解氧，缺氧區(qū)更容易獲得碳源。大量工程研究發(fā)現(xiàn)，在夏季，污泥活性較高，填料生物膜會變薄，表現(xiàn)出活性污泥承擔絕大多數(shù)硝化負荷；在冬季，污泥活性下降，填料生物膜增厚，表現(xiàn)出生物膜承擔部分或主要硝化功能。另外，在系統(tǒng)受到?jīng)_擊時，本質(zhì)上就是進水負荷的突然提升，此時有利于釋放潛在的生物膜處理能力，提高出水穩(wěn)定性，這也是泥膜競爭和合作的表現(xiàn)。
第三個方面，就是關(guān)于MBBR強化反硝化研究。首先，就是直接在缺氧區(qū)投加懸浮載體。對于此技術(shù)路線，我們建議慎重使用。因為對于反硝化，核心是碳源和生物量，MBBR嵌入缺氧區(qū)，解決的是生物量的問題。而國內(nèi)水質(zhì)多是低C/N污水，主要問題是碳源，單純增加生物量難以顯著提高反硝化效果。因生物膜對于碳源的爭奪、水解利用能力遠弱于活性污泥，所以前置缺氧區(qū)投加懸浮載體意義不大，反而會增加運行能耗。而采用MBBR后置反硝化則是實現(xiàn)途徑之一，尤其是在后置純膜MBBR工藝上，其容積負荷高，對碳源利用率也較高。其次，有了生物膜強化硝化作為基礎(chǔ)，通過池容切割，可以實現(xiàn)強化反硝化。具體路線有兩種：一種上面提到是無錫盧村路線，一種是青島李村河路線，差別是李村河路線切割好氧給后缺氧，形成巴頓甫。Bardenpho（巴頓甫）比傳統(tǒng)的AAO多出了后置缺氧區(qū)和后好氧區(qū)，主要著眼于TN的保障。隨著部分區(qū)域準IV類標準的出臺，對于TN有了進一步嚴格的要求。而傳統(tǒng)AAO依賴于回流進行TN去除，受回流比的限制，若要實現(xiàn)更高總氮去除，需要在后端再增加如反硝化濾池等工藝，水廠運行兩段生化，管理不便，運行費用高。通過池容分置，將MBBR工藝鑲嵌到Bardenpho(巴頓甫）前好氧區(qū)，無需擴建，可根據(jù)原水碳源情況合理回流，最大程度、最高效的利用原水碳源，實現(xiàn)總氮達標。
我們對于完成項目追蹤的另外一個收獲，就是在多數(shù)項目上，填料區(qū)均發(fā)生了顯著的同步硝化反硝化現(xiàn)象。生物膜分層分布的特點，為同步硝化反硝化的出現(xiàn)創(chuàng)造了條件。通過優(yōu)化控制，尤其是在冬季生物膜厚度在120-150微米的時候，同步硝化反硝化對TN去除貢獻能超過10%。我們以進水TN=50mg/L為例，有5mg/L通過同步硝化反硝化途徑去除，如果這部分TN通過外加碳源去除，則需要噸水0.15元的碳源投加費用，而懸浮載體同步硝化反硝化的優(yōu)化運行，則節(jié)約了這部分碳源投加，3-5年節(jié)約的碳源費用能夠回收MBBR改造的一次性投資。
新周污水處理廠提標改造的業(yè)績，充分發(fā)揮了MBBR的上述優(yōu)勢。該項目16萬噸/天，是寧波首個準IV類提標改造項目。該項目充分體現(xiàn)了MBBR鑲嵌到Bardenpho(巴頓甫）中對于硝化、反硝化的強化作用，以及對于深床反硝化濾池TN保障功能的替代作用，生化段出水TN可穩(wěn)定<10mg/L，與改造前相比，生化段多去除了6mg/L的TN，極大節(jié)約了的碳源投加。我們的技術(shù)團隊通過陪伴業(yè)主、跟蹤優(yōu)化運行，提高MBBR增值服務(wù)，為業(yè)主實現(xiàn)了MBBR的最大化效益。
不止在北方及長三角地區(qū)，MBBR得以廣泛應(yīng)用，在水質(zhì)更低的珠三角，思普潤MBBR也應(yīng)用廣泛。如深圳橫嶺、佛山鎮(zhèn)安高明、廣州大坦沙等一系列大型污水廠，MBBR均強化了處理效果，提高了抗沖擊負荷能力，節(jié)省了外投碳源，穩(wěn)定保障越來越嚴苛的出水標準。
到目前，思普潤已完成了150余項，800萬噸的MBBR應(yīng)用業(yè)績，做到全球MBBR處理體量最大。多年的工程積累和對于MBBR機理的探索，獲得了用戶和專家的一致認可，近期通過了住建部對我司MBBR的技術(shù)評估，并被專家組鑒定為工程“國際領(lǐng)先”。這既是對我們以往工作的高度肯定，也是對未來我們工作的鼓舞和期望。
我們也將MBBR工藝的上述優(yōu)點，拓寬應(yīng)用到多個領(lǐng)域，
①在自來水水源地及微污染水領(lǐng)域的應(yīng)用，我們在鹽城亭湖30萬噸/天的水源地微污染水項目，通過在預(yù)處理段采用純膜的MBBR技術(shù)，高效去除氨氮，確保氨氮在1mg/l以下，證明了MBBR在貧營養(yǎng)條件下的效能，為MBBR純膜應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬奠定了基礎(chǔ)。
②我們將MBBR工藝耐沖擊、耐低溫、運行維護簡便等特征集成到一體化設(shè)備中，目前思普潤MBBR一體化設(shè)備在上海崇明島、青島、重慶等多地共完成了200多個站點，運行情況良好。
③基于MBBR的厭氧氨氧化技術(shù)，我們研發(fā)團隊自2013年開始就立項研究。我們從側(cè)流高氨氮廢水入手，經(jīng)歷小試、中試、生產(chǎn)性驗證到工程化，一路走來，歷時6年，目前已完成了多個自養(yǎng)脫氮工程化項目，總處理負荷超過2000千克/天。我們自主研發(fā)的一體化自養(yǎng)脫氮技術(shù)，利用懸浮載體分層分布的特點，富集氨氧化菌和厭氧氨氧化菌，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的Nauto®技術(shù)。下一步，我們逐步從側(cè)流向主流邁進，我們的先天優(yōu)勢就是側(cè)流的Nauto®技術(shù)積累，以及已完成的800萬噸MBBR工程項目，能夠靈活的將側(cè)流技術(shù)向主流轉(zhuǎn)化。不論是同步硝化反硝化，還是一體化自養(yǎng)脫氮，核心都是生物膜的控制。只有控制好反應(yīng)條件，實現(xiàn)生物膜分層分布，才能可控的實現(xiàn)上述效果，這正是我們的核心價值所在。
MBBR的主要處理對象是營養(yǎng)元素，為了實現(xiàn)全指標達標，思普潤結(jié)合MBBR的特點，引進吸收了超效分離技術(shù)、高級氧化技術(shù)等，應(yīng)對SS、TP和難降解有機物，為最終實現(xiàn)全指標達標提供保障。
第三個五年，思普潤通過對MBBR軟件上的升級，增加了其研究深度；自養(yǎng)脫氮、純膜法、微污染水、一體化方面的工程應(yīng)用，拓寬了MBBR應(yīng)用寬度；結(jié)合其他技術(shù)共同實現(xiàn)污水廠全指標達標，形成了思普潤的完整的價值鏈服務(wù)——即為業(yè)主提供售前的設(shè)計咨詢、售中的安裝調(diào)試）、售后的優(yōu)化運行，這種全過程、全生命周期的技術(shù)服務(wù)。面向第四個五年，思普潤目標指向能源平衡的凈水廠。
四五·MBBR理念升級·能源平衡凈水廠
結(jié)合國內(nèi)頂級專家對“面向未來污水處理概念廠”的規(guī)劃，我們建立了我們自己的能源平衡凈水廠的路線，希望早日實現(xiàn)水源回用、資源回收、能源平衡的凈水廠。這也是我們企業(yè)的愿景，履行人類對環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的責任，創(chuàng)建人與自然的和諧。
思普潤200多號人，從早到晚專注于MBBR技術(shù)的研究及應(yīng)用。我們繼續(xù)保持對技術(shù)、對MBBR的敬畏精神，做好推廣者和守護者的神圣使命！攜手和在座的廣大水務(wù)人，做一個有情懷、有使命、有擔當?shù)沫h(huán)保人！謝謝大家！
