MBBR và CAS: Cuộc đối đầu cuối cùng về xử lý nước thải hiện đại

Giới thiệu

Khi các thành phố của chúng ta phát triển và các quy định về môi trường được thắt chặt, việc lựa chọn hệ thống xử lý nước thải không chỉ là một quyết định kỹ thuật—nó là một kinh tế và hậu cần cấp thiết . Các cơ sở ngày nay phải vật lộn với việc cân bằng giữa việc loại bỏ chất gây ô nhiễm hiệu quả cao, không gian vật lý hạn chế, chi phí năng lượng leo thang và nhu cầu vận hành đơn giản.

Trong nhiều thập kỷ, nhà vô địch không thể tranh cãi trong việc làm sạch nước thải quy mô lớn là Bùn hoạt tính thông thường (CAS) quy trình—công cụ đáng tin cậy. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, một ứng cử viên tiết kiệm không gian, hiệu quả cao đã nổi lên: Lò phản ứng màng sinh học di chuyển (MBBR) .

MBBR đại diện cho tương lai tiết kiệm không gian, hiệu quả cao , trong khi CAS vẫn là con ngựa làm việc đã được thử và đúng .

MBBR là gì?

Xác định người đổi mới

MBBR, hoặc Lò phản ứng màng sinh học di chuyển , là công nghệ xử lý nước thải sinh học tiên tiến, tốc độ cao. Mục tiêu chính của nó là sử dụng khái niệm màng sinh học dày đặc, được bảo vệ để tối đa hóa khả năng xử lý trong một thể tích tối thiểu.

MBBR đạt được hiệu quả này bằng cách sử dụng các miếng nhựa nhỏ, chuyên dụng—được gọi là chất mang màng sinh học hoặc phương tiện truyền thông —được thiết kế để nổi và lưu thông tự do trong bể sục khí.

Chất mang màng sinh học hoặc phương tiện truyền thông pitcure:

Quy trình MBBR: Lợi thế của màng sinh học

Hãy nghĩ về các chất mang màng sinh học như khách sạn siêu nhỏ dành cho vi khuẩn có lợi . Những chất mang này được thiết kế với tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích rất cao, mang lại môi trường lý tưởng, được bảo vệ cho các khuẩn lạc vi sinh vật ( màng sinh học ) để phát triển và tăng trưởng.

1. Cài đặt phương tiện: Hàng ngàn vật mang nhỏ này (thường có hình dạng như bánh xe hoặc những ngôi sao nhỏ) được thêm vào bể sục khí, thường lấp đầy từ 50% đến 70% thể tích bể.

2. Sục khí và trộn: Không khí được cung cấp từ máy thổi có hai mục đích: cung cấp oxy cần thiết cho vi khuẩn tiêu thụ các chất ô nhiễm hữu cơ (HĐQT và amoniac), đồng thời tạo ra sự pha trộn hỗn loạn cần thiết để giữ cho các chất mang tuần hoàn khắp bể.

3. Sự đối đãi: Khi nước thải đi qua bể, các chất ô nhiễm sẽ khuếch tán vào lớp màng sinh học trên chất mang, nơi chúng được chuyển hóa bởi vi khuẩn. Vì sinh khối được gắn vật lý vào chất mang nên hệ thống ít bị ảnh hưởng hơn rửa trôi sinh khối hơn các phương pháp truyền thống.

4. Tách: Một cái sàng hoặc màn chắn ở đầu ra của lò phản ứng giữ lại vật liệu trong bể, chỉ cho phép nước đã xử lý và chất rắn bong ra đi đến bước làm sạch hoặc lọc cuối cùng.

Ưu điểm của MBBR:

• Dấu chân nhỏ: Đây là điểm bán hàng quan trọng nhất. Do nồng độ màng sinh học trên chất mang cực kỳ cao nên MBBR có thể đạt được mức xử lý tương tự như CAS trong lò phản ứng thường nhỏ hơn 50% , làm cho nó trở nên hoàn hảo cho các khu vực đô thị hoặc các địa điểm có quỹ đất hạn chế.

• Khả năng chống sốc tải: Bản chất được bảo vệ của màng sinh học cung cấp một lá chắn mạnh mẽ chống lại sự tăng đột biến về nồng độ chất ô nhiễm hoặc tốc độ dòng chảy, đảm bảo khả năng phục hồi nhanh hơn nhiều so với CAS.

• Hoạt động đơn giản: Không giống như CAS, không cần phải giám sát và quản lý tỷ lệ Bùn hoạt tính hồi lưu (RAS) nhạy cảm. Hệ thống này đòi hỏi ít "việc trông trẻ" hơn vì màng sinh học tự quản lý sự phát triển và bong tróc của chính nó.

• Hiệu quả điều trị cao: Tuyệt vời cho quá trình nitrat hóa (loại bỏ nitơ) vì thời gian sử dụng lâu dài thời gian lưu chất rắn (SRT) của màng sinh học được bảo vệ cho phép vi khuẩn nitrat hóa phát triển chậm phát triển mạnh.

Nhược điểm của MBBR:

• Chi phí vận chuyển: Việc mua và lắp đặt ban đầu các giá đỡ nhựa chuyên dụng đóng vai trò quan trọng chi phí vốn trả trước .

• Phương tiện truyền thông hao mòn: Theo thời gian, phương tiện truyền thông có thể bị hao mòn nhẹ, mặc dù các thiết kế hiện đại sẽ giảm thiểu điều này. Cần có những màn chắn chắc chắn để ngăn ngừa mất sóng mang khỏi hệ thống.

• Tiềm năng tắc nghẽn: Trong khi hiếm gặp, việc sục khí hoặc sàng lọc thô được thiết kế kém có thể dẫn đến vón cục vật liệu, có khả năng làm giảm hiệu quả xử lý.

CAS là gì?

Xác định Whoặckhorse

Bùn hoạt tính thông thường (CAS) là quy trình xử lý nước thải sinh học lâu đời nhất, phổ biến nhất và được cho là đáng tin cậy nhất được sử dụng trên toàn thế giới. Đó là tiêu chuẩn vàng để đo lường hầu hết các công nghệ mới. Không giống như MBBR, CAS hoàn toàn dựa vào việc duy trì sinh khối kết bông —một hỗn hợp tinh tế của nước và vi khuẩn lơ lửng — để đạt được hiệu quả xử lý.

Quy trình CAS: Mô hình máy trộn-người định cư

CAS là một cách đơn giản, hiệu quả mô hình máy trộn lắng tạo điều kiện hoàn hảo cho vi sinh vật ăn chất ô nhiễm, sau đó tách các vi sinh vật đó ra khỏi nước sạch.

1. Bể sục khí (Trộn): Nước thải thô được trộn trong bể lớn với bùn hoạt tính (khối lượng vi sinh vật tập trung). Không khí được bơm mạnh vào bể, cung cấp lượng oxy cần thiết cho vi khuẩn chuyển hóa chất BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa) và các chất gây ô nhiễm khác.

2. Chất làm rõ (Lắng): Hỗn hợp rượu chảy thành một vũng rộng lớn, tĩnh lặng bể lắng thứ cấp (bể lắng) . Tại đây, các vi khuẩn (bùn) kết tụ (kết tụ lại với nhau) và lắng xuống do trọng lực, để lại nước sạch đã được xử lý.

3. Tái chế bùn (Mấu chốt của việc kiểm soát): Bùn lắng là rất quan trọng. Một phần được liên tục bơm trở lại bể sục khí – đây là Trả lại bùn hoạt tính (RAS) . Quá trình tái chế này đảm bảo luôn có sẵn nồng độ cao các vi khuẩn đói, hoạt động để xử lý dòng chảy đến. Bùn dư thừa được loại bỏ và gửi đi xử lý.

Hiệu quả của CAS phụ thuộc rất nhiều vào việc duy trì độ chính xác Tuổi bùn Và Tỷ lệ F/M (Tỷ lệ thức ăn trên vi sinh vật) , làm cho nó trở thành một quá trình hoạt động rất nhạy cảm.

Ưu điểm của CAS:

• Công nghệ được thiết lập tốt: Kinh nghiệm vận hành hàng thập kỷ đồng nghĩa với việc quy trình này được mọi người hiểu rõ và hầu hết người vận hành đều rất quen thuộc với các yêu cầu giám sát và kiểm soát của nó.

• Chi phí vốn tương đối thấp: Bởi vì nó dựa vào các bể bê tông cơ bản và thiết bị sục khí sẵn có nên chi phí xây dựng ban đầu cho lò phản ứng CAS cơ bản thường rất cao. thấp hơn hơn MBBR, đòi hỏi các nhà cung cấp dịch vụ chuyên dụng.

• Loại bỏ tốt BOD và TSS: Khi hoạt động trong điều kiện tối ưu, CAS có khả năng loại bỏ hiệu quả cao cả cacbon hữu cơ và chất rắn lơ lửng.

• Tính linh hoạt trong việc loại bỏ chất dinh dưỡng: CAS có thể được sửa đổi dễ dàng (ví dụ: thêm vùng kỵ khí hoặc thiếu khí) để đạt được yêu cầu nghiêm ngặt Loại bỏ nitơ và phốt pho yêu cầu.

Nhược điểm của CAS:

• Dấu chân lớn: CAS yêu cầu nhiều không gian hơn đáng kể so với MBBR do cần có bể sục khí lớn để duy trì đủ nồng độ vi sinh vật và quan trọng là diện tích rất lớn. chất làm rõ thứ cấp để đảm bảo quá trình lắng bùn thích hợp.

• Nhạy cảm với tải sốc: Đây là điểm yếu chính của nó. Sự phóng điện độc hại đột ngột, thay đổi nhiệt độ hoặc tăng áp lực thủy lực có thể "rửa sạch" các khối bùn hoạt tính dễ vỡ, dẫn đến khả năng lắng kém, mất sinh khối và thời gian phục hồi có thể kéo dài từ vài ngày đến vài tuần.

• Sản xuất và quản lý bùn: CAS tạo ra một lượng lớn bùn dư cần được tách nước, xử lý và loại bỏ. Chi phí này chiếm phần lớn trong chi phí hoạt động.

• Yêu cầu người vận hành có tay nghề cao: Quá trình này rất nhạy cảm với chất lượng bùn . Nó đòi hỏi sự giám sát liên tục và kiểm soát phức tạp RAS, tỷ lệ lãng phí và tỷ lệ F/M của nhân viên có kinh nghiệm.

MBBR so với CAS: Sự khác biệt chính

Mặc dù cả MBBR và CAS đều làm sạch nước hiệu quả nhưng cơ chế cốt lõi của chúng dẫn đến sự khác biệt đáng kể về hiệu suất, dấu chân và chi phí. Đây là lúc sự lựa chọn giữa hai công nghệ trở nên rõ ràng dựa trên các ưu tiên dự án của bạn.

Độ phức tạp trong vận hành: Ít "trông trẻ" hơn so với Kiểm soát liên tục

Sự khác biệt về độ phức tạp trong vận hành là một trong những lý do thuyết phục nhất để chọn MBBR, đặc biệt đối với các nhà máy nhỏ hơn hoặc những nhà máy có ít người vận hành có tay nghề cao hơn.

• CAS yêu cầu độ chính xác: CAS là một hệ thống sống đòi hỏi sự giám sát liên tục của Chỉ số khối lượng bùn (SVI) , Hỗn hợp chất rắn lơ lửng trong rượu (MLSS) , và chính xác Trả lại bùn hoạt tính (RAS) tốc độ bơm để giữ cho khối bông khỏe mạnh và lắng đúng cách. Đó là một hành động cân bằng tinh tế.

• MBBR đơn giản hóa cuộc sống: Trong hệ thống MBBR, khối lượng sinh học được đảm bảo về mặt vật lý cho các chất mang. Bạn chỉ cần quản lý việc sục khí để trộn và cung cấp oxy. Hệ thống này dễ tha thứ hơn nhiều, đáng kể giảm nhu cầu quản lý bùn phức tạp hàng ngày . Điều này dẫn đến chi phí lao động thấp hơn và yêu cầu chuyên môn kỹ thuật ít hơn tại chỗ.

Phương trình đất đai: Dấu chân so với vốn

Khi thực hiện tính toán chi phí cuối cùng, bạn phải xem xét xa hơn giá mua ban đầu:

1. Nếu đất đắt hoặc không có sẵn (ví dụ: cải tạo đô thị): Chi phí của các nhà cung cấp dịch vụ cho MBBR nhanh chóng được điều chỉnh bằng tránh được chi phí thu hồi đất hoặc the impossibility of building large CAS tanks.

2. Nếu đất rẻ và dồi dào (ví dụ: đô thị nông thôn): Chi phí vốn thấp hơn của bể CAS thường khiến nó trở thành lựa chọn tài chính được ưu tiên hơn, với điều kiện dòng nước thải ổn định.

Ứng dụng của MBBR và CAS

Sự phù hợp của MBBR so với CAS thường được xác định bởi môi trường, tính chất của nước thải và mục tiêu dài hạn của dự án. Dưới đây là bảng phân tích về điểm mà mỗi công nghệ thực sự tỏa sáng.

Các ứng dụng phù hợp cho MBBR (Trình tiết kiệm không gian và giải quyết vấn đề)

MBBR được định vị là giải pháp lý tưởng khi các hạn chế—dù là liên quan đến vật lý, hậu cần hay hiệu suất—chi phối phạm vi dự án.

• Trang bị thêm các nhà máy hiện có: Đây được cho là ứng dụng phổ biến và tiết kiệm chi phí nhất cho MBBR. Một nhà máy CAS hiện đang quá tải có thể tăng đáng kể công suất và hiệu suất (đặc biệt là quá trình nitrat hóa) chỉ bằng cách bổ sung chất mang vào bể sục khí hiện có. Điều này tránh được chi phí lớn và sự gián đoạn trong việc xây dựng bể chứa mới (thường được gọi là IFAS – Bùn hoạt tính màng cố định tích hợp khi kết hợp với bùn hoạt tính).

• Xử lý nước thải công nghiệp: Các ngành công nghiệp thường có dòng chảy biến đổi cao, thành phần hóa học dao động và nước thải có thể gây độc cho bùn lơ lửng nhạy cảm. MBBR khả năng phục hồi tải sốc khiến nó trở thành lựa chọn phù hợp cho các lĩnh vực như thực phẩm và đồ uống, bột giấy và giấy cũng như sản xuất hóa chất.

• Cộng đồng nhỏ và hệ thống phi tập trung: Đối với các thị trấn nhỏ, khu nghỉ dưỡng hoặc địa điểm khai thác ở xa, hoạt động đơn giản và tính chất nhỏ gọn của MBBR là tài sản khổng lồ. Chúng đòi hỏi ít đất hơn và ít lao động vận hành hàng ngày phức tạp hơn so với cơ sở CAS.

• Tiền xử lý hoặc nâng cao năng lực: MBBR thường được sử dụng như giai đoạn đầu tiên mạnh mẽ để xử lý phần lớn việc loại bỏ BOD, để lại nhiệm vụ ít đòi hỏi khắt khe hơn cho bước đánh bóng cuối cùng (MBBR là tiền thân hoàn hảo cho khử nitrat ).

Các ứng dụng phù hợp cho CAS (Con ngựa đáng tin cậy)

CAS vẫn là lựa chọn ưu tiên khi độ tin cậy, chi phí ban đầu thấp và cách quản lý thông thường là những ưu tiên hàng đầu.

• Nhà máy xử lý nước thải thành phố lớn: Đối với các khu vực đô thị lớn có dòng chảy lớn, ổn định, lưu lượng lớn và nơi đất đai được đảm bảo về mặt lịch sử, CAS vẫn là tiêu chuẩn. các thấp hơn initial capital expenditure Và the familiarity of the process management make it a safer, well-vetted option.

• Trường hợp đất sẵn có không phải là hạn chế: Nếu một nhà máy có thể dễ dàng mở rộng phạm vi hoạt động của mình (ví dụ: ở các khu công nghiệp rộng lớn hoặc nông thôn), thì lợi thế kinh tế do chi phí xây dựng ban đầu thấp hơn của CAS thường vượt xa hiệu quả hoạt động của MBBR.

• Yêu cầu loại bỏ chất dinh dưỡng cụ thể: Trong khi MBBR rất tốt cho quá trình nitrat hóa, các biến thể CAS phức tạp, nhiều giai đoạn (như $\text{A/O}$ hoặc $\text{A2O}$ quá trình) thường được thực hiện khi mức độ ưu tiên nghiêm ngặt, tận tâm Loại bỏ phốt pho sinh học Và overall nutrient control. The tight operational control of CAS can sometimes lend itself better to these specific modifications.