膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor，MBR)是污水处理中常见的工艺，而 BioGill(BG)生物滤塔是 MBR 基础上发展的一种新型的生物污水处理设备。本文介绍了 BG 生物滤塔装置原理和特点，并对比分析了 BG 生物滤塔工艺和传统 MBR 工艺的原理，主要工艺设备配置以及建设投资。显示 BG 生物滤塔工艺更能有效处理有机污染物，设备更易操作，运行成本更低，具有广阔的应用前景。

[关键词]

        BG 生物滤塔；MBR；污水处理；生物膜；有机污染物

 

        膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor，MBR)工艺是一种新型污水处理工艺，因占地面积小、出水水质高被城镇污水处理厂广泛应用。它将膜过滤和生物反应器有机的结合在一起，既保留膜高效截留的特点，又能够利用微生物特性深度净化污水，发挥了单独的生物反应器或单独的膜过滤不能发挥的功能。膜生物反应器具有以下特点：(1)由于其微生物种类与生物量浓度的可调性，利用微生物与污水之间的生化反应，可实现难降解有机污染物和悬浮物的高效处理。(2)解决了污泥膨胀的问题，提高了系统的抗冲击能力。(3)在生物反应器中安装膜组件，通过膜过滤把混合液中的水和活性污泥分离，可以得到质量很高的过滤水，而活性污泥仍留在生物反应器中继续发挥生物降解的作用。(4)可以将生物反应器中的水力停留时间和污泥龄完全分离，在低停留时间的情况下保证很高的污泥龄，为有机污染物、氮污染物的降解创造有利条件。(5)采用超滤膜取代二沉池，通过超滤膜的截留作用将微生物完全截留在生化系统中，实现水力停留时间和污泥龄的完全分离，使生化反应器内的污泥浓度从 3~5 g/L 提高到 10~30 g/L，从而提高了反应器的容积负荷，使反应器容积减小，使污泥泥龄得到大幅延长。(6)设备集中，由于不需采用二沉池、浓缩池和消化池，可大大缩减了占地面积，同时系统结构紧凑并能够稳定运行，可节省建设与运行开支。MBR 现已成为工业废水、高盐含酚废水、城市废水等类型废水的处理的重要生物反应器。

        BioGill(BG)生物滤塔是一种新型的生物污水处理设备，主要通过污水与生物填料的充分接触进行反应，生物填料对污水的生化作用使得污水有害物质降低，从而达到污水净化效果。本产品最初由澳大利亚核子科学和技术组织的实验室开发，主要作用在于改善污水水质，减少水溶性有机物。其专利纳米陶瓷载体(Nano Ceramic Media)能提供最适合微生物生长的环境，相对于使用超滤膜的传统 MBR 工艺，利用微生物代谢原理，快速降解 BOD、COD、与水中氨氮浓度，无须使用曝气机，低耗能、高效率，其地上型设计更能大幅提升空间利用率。传统生物滤塔处理废水工艺中污水是自下往上方向流经过滤流程，李玉萍[8]发明的实用专利中生物污水处理氧化滤塔是先将污水从塔体下部进入到内部，由布水管将污水分布到生物填料下方，污水逐渐抬高直到与生物填料充分接触发生反应，净化水在塔体上部被排除,该废水处理工艺中污水是自上往下流经过滤系统，但也有生物滤塔工艺利用污水自身重力，实现污水由上往下进行过滤，从而有效降低生物滤塔的能耗。

         生物滤塔内环境对于微生物的生长其中重要作用，环境调控以及反应器成分的组成是影响生物与污水反应的关键因素。为了使微生物具有较高活性，生物滤塔内应保持良好的环境，针对微生物生长特性提供适宜的温度、pH 值以及营养成分等。而对于塔内填料、微生物菌种的选择是反应器主要的成分组成。

       目前对于反应器生物填料的研究已有很多报道，具有较大比较面积与丰富的空隙结构、表面具有微生物生长的适宜环境、高稳定性且堆积密度小是当下填料选择的条件。微生物菌种的选择与投放量是反应器中另一个组成部分，选择合适的微生物菌种是保证污水有效处理的关键，对于微生物投放量的控制也会影响去除效果，投放量过少无法满足反应的需求，过多则会造成滤塔床层的堵塞并使得压降升高，造成运行成本的增加。

        生物滤塔工艺性能指标有：(1)装置的建造与运行成本；(2)对污水的净化效果；(3)二次污染的形成。实际应用过程中应不断优化装置的设计，从根本上降低能耗的消耗，实现污水的高效处理。

1   BG 生物滤塔简介

1.1   BG 生物滤塔装置

        BG 生物滤塔系统主要包括一下几个部分：进水管、布水装置、滤塔主体。生物填料区布满整个塔。专利的纳米陶瓷载体为微生物生长繁殖提供了独特的气液环境，对折垂直悬挂的陶瓷载体构建了两个明显的区域：一边与水接触，另一边与空气接触。在富氧环境中，微生物在生物膜的保护下高效地从废水中去除污染物。生物滤塔的污水处理首先利用污水提升泵，将生物池好氧区出水提升至 BG 生物滤塔上方进水口，污水经喷嘴均匀喷洒至陶瓷载体上，并随重力流经整个系统。陶瓷载体垂挂于顶部挂杆并串联排列，能大幅提升空间利用率，并在同一空间中将水气分流，于系统同时进行好氧与厌氧作用。陶瓷载体表面上形成自我繁殖适合的优势菌种的生物膜，最终形成抗冲击负荷、耐高油脂的生物菌群。载体上附着的生物菌群与流经的污水进行生化反应可有讲解污水中大部分有机物，对污水起净化作用。生物反应产生热量，形成自然空气对流，从而增加了溶解氧的供应。经过 BG 生物滤塔处理后，污水的 COD、BOD5 和油脂含量大大降低，随后回流至前端缺氧区。

1.2   BG 生物滤塔特点

1.2.1 耐高有机负荷及油脂 FOG

         由于陶瓷膜上可培养多样化的微生物群，当遇到油脂含量较高的废水，微生物释出的脂肪分解酶也能因此发挥作用，分解油脂。

1.2.2 减少碳排

         放通过上下通风口进行自然空气对流充氧曝气，因此无需传统工艺的机械鼓风曝气。大大降低了能源消耗和运营成本并减少了碳排放。

1.2.3  耐水质水量冲击

         氧气从空气侧透过生物膜进入水侧，同时营养物质透过生物膜从水侧到空气侧，这个过程称为逆扩散，它比氧气扩散快4 至 5 倍。这意味着 BG 生物滤塔系统可以在启动数日内就能达到处理要求。因此 BG 培养的生物膜对水量和水质波动引起的冲击耐受度极高。这个特点可以适应由于产能变化引起的废水波动，特别适合年度或季度型使用。

2 工艺原理对比

2.1 传统 MBR 工艺原理

         如图 2 所示，在传统 MBR 工艺中，污水首先需要前处理，过格栅进行固液分离并经过调节区进行养分调整等调节。经过前处理的污水进入一体化设备，包括缺氧区、好氧区(循环区)、MBR(膜区)、清水池消毒区、回用水系统，最后冲厕或绿化回用。其中好氧池的部分硝化液回流入缺氧池；由供氧风机为好氧池供氧，次氯酸钠消毒系统可对 MBR 进行药洗清洁，并对过膜区的污水进行后处理消毒，另外需要 MBR 酸洗系统对氧区，其余外排进污泥浓缩池并定期外运。

2.2  BG 生物滤塔工艺原理

        如图 3 所示，BG 生物滤塔工艺中，污水经过同样的前处理进入该一体化设备，包括缺氧区、好氧区(循环区)、沉淀及过滤池、清水池及消毒区、回用水系统，最后绿化回用。与MBR 工艺流程相比较，好氧池和生物滤塔之间存在多次污水循环，生物滤塔中好氧反应和缺氧反应同时进行，大幅提升了空间利用率，部分硝化液回流进缺氧池；经过处理的污水需要经过沉淀及过滤池，同时需要对沉淀过滤池进行反洗。生物膜形成的空气对流节省了供氧风机设备。

3     工程实例对比

       本方案以 10 m3/d、50 m3/d、100 m3/d 为例，对采用 MBR工艺及 BG 的纳米陶瓷载体工艺从工艺设备配置、建设总投资、主体设备投资、运行维护成本等方面进行对比分析。

3.1   主要工艺设备配置对比
        如表 1 所示，从主体设备的配置方面来分析，生物滤塔工艺所采用的设备少且均为常见通用设备(仅为水泵风机)，设备操作难度低，对设备操作人员要求低，而对于 MBR 工艺，在膜系统产水(抽吸泵)、反洗(反洗泵)、药洗(酸、次氯酸钠)时需要专业培训方可正常使用，导致其后期运营维护时对操作人员技术要求较高。

3.2   MBR 工艺与 BG 生物滤塔工艺建设投资对比
        如表 2 所示，MBR 工艺虽然前期投资比生物滤塔低，但其后期，无论是在运行电费、药剂费，还是操作人员工资(人工费)方面费用均比较高，实际上投资、能耗及运行费用高等问题限制了 MBR 的应用推广。电费高是由于 MBR 工艺对风机选型功率要求比常规工艺高导致。膜污染是限制 MBR 工艺发展的瓶颈，MBR 工艺除最后的出水消毒外，为防止膜堵塞还需采用药剂进行清洗，从而导致药剂费用高。人工费用高则是由于 MBR 工艺对操作人员要求高导致。虽然 MBR工艺最初投资稍低，但在整个寿命周期(十年)内，较高的运行费用是其一大弊端，另外，由于膜产品本身的限制，出现大量堵塞时，无法通过药剂清洗恢复其性能，只能通过更换膜组件来实现出水达标，由此又带来了二次投资，而这一原因更加导致其综合费用居高不下。反观生物滤塔工艺，其所采用设备(主要是水泵)功率较 MBR 工艺低，药剂仅需消毒药剂，人工无需过专业培训，总体运行费用极低。

4    总结与分析

       本文介绍了 BG 生物滤塔工艺这一新型生物污水处理设备，并同传统 MBR 工艺进行比较。BG 生物滤塔工艺既有传统生物法中对难降解有机污染物有显著处理效果的特点，同时相对于传统 MBR 工艺，设备更易操作，运行成本低，由此可见，该工艺在城市生活污水处理领域具有良好的前景。

 

 

原标题：BG 生物滤塔工艺与传统 MBR 工艺对比分析

原作者：刘学 　刘林宁 　刘晓鹏 　王天佼 　王鹏程 　刘聪