【污师说】MBBR----移动的生物膜技术

MBBR工艺是由挪威Kaldnes  Mijecpteknogi公司与SINTEF研究机构联合开发的一种污水处理工艺，其吸收了传统流化床和生物接触氧化法两种工艺的优点，具有良好的脱氮除磷效果。目前，该工艺在国外已成功应用于工业废水和生活污水的处理，但在我国应用还较少。

1 MBBR工艺原理及特点

1.1 工艺原理

污水连续经过MBBR反应器内的悬浮填料并逐渐在填料内外表面形成生物膜，通过生物膜上的微生物作用，使污水得到净化。填料在反应器内混合液回旋翻转的作用下自由移动：对于好氧反应器，通过曝气使填料移动;对于厌氧反应器，则是依靠机械搅拌。

1.2 工艺特点

MBBR反应器既具有传统生物膜法耐冲击负荷、泥龄长、剩余污泥少的特点，又具有活性污泥法的高效性和运转灵活性，与其他工艺相比，MBBR具有以下特点：

(1)反应器中污泥浓度较高，一般污泥浓度为普通活性污泥法污泥浓度的5～10倍，曝气池污泥质量浓度可高达30～40g/L。

(2)水头损失小，不易堵塞，无需反冲洗，一般不需回流。

(3)作为MBBR工艺核心的悬浮填料具有好氧和厌氧代谢活性，可良好地脱氮除磷。

2 MBBR工艺的应用概况

目前，国内外已对MBBR工艺进行了多项试验性研究，并在实际应用中取得了较好的效果。由于MBBR可减少现有污水处理系统的体积，易于在现有污水处理厂基础上升级，且处理效果好，欧洲、美国、日本、新西兰以及我国均建有MBBR型污水处理厂。

2.1 处理高负荷污水

MBBR工艺在高负荷条件下性能稳定，可多级联用处理污水。如可将3个MBBR连接使用处理肉类加工废水，第一个反应器的COD负荷高达10kg/m3,HRT约为4h，TCOD去除率为50%～75%;第二个和第三个反应器的总HRT为4～13h，TCOD去除率为75%、SCOD去除率为70%～88%，有机物去除率与有机负荷呈线性关系。

季民等采用厌氧复合床生物膜反应器处理高浓度有机废水实验，取得了良好效果。在进水COD为5300～20140mg/L、COD容积负荷为5.38～20.62kg/m3˙d、HRT为0.98d的操作条件下，COD去除率>90%。

垃圾渗滤液的成分复杂，有机物浓度较高，是一种很难处理的废水，M.X.Loukidou采用MBBR和SBR联合工艺对垃圾渗滤液进行了处理，载体使用聚亚胺酯和颗粒活性炭，该工艺对污染物同时具有物理、化学和生物降解作用，可有效去除垃圾渗滤液的有机物、色度和浊度。

2.2 处理低负荷污水

有些单位将生活污水与冲洗水混合排放，导致生活污水中有机物浓度较低，不适合普通的活性污泥法处理。张兴文等利用MBBR工艺处理中国石化抚顺乙烯有限公司厂区内生活污水及冲洗水的混合排放污水。具体工艺流程为调节池-MBBR-沉淀池-纤维球过滤罐-活性炭过滤罐。进水水质为COD76mg/L、BOD37mg/L，在水力停留时间为2.4h、气水比为4∶1的情况下，出水各项水质指标均可达到国家环保冷却水回用标准要求。

马建勇等研究了MBBR处理低负荷生活污水时启动和运行的性能和特点，发现闭路循环法比排泥挂膜法启动稍慢，但运行初期的处理效果比后者好。同时还考察了悬浮污泥与填料生物膜之间的关系，发现悬浮污泥对填料生物有抑制作用，不利于反应器的长期稳定运行。

2.3 脱氮

MBBR中生物膜主要固着在填料上，污泥停留时间与水力停留时间无关，硝化菌、亚硝化菌等生长世代时间较长、比增长速率很小的微生物都可以在填料上生长，从而增强了脱氮能力。脱氮过程分为硝化和反硝化两个阶段，分别由硝化菌和反硝化菌完成。MBBR可以实现硝化菌与反硝化菌在空间上相对独立生长，从而优化了两种菌群的生长条件。

MBBR用于生物脱氮取得了较好的效果。Rusten等在FREVAR废水处理厂使用Kaldnes型KI填料中试进行废水的脱氮处理，进水为预处理过的生活污水，温度为4.8℃～20℃。结果表明，10℃时，硝化速率可达190gTNK/m2˙d，反应器的pH≥7。前期脱氮效果主要受水中易降解有机物浓度和MBBR缺氧区进水中溶解氧浓度的影响。该设计将MBBR与前硝化、后脱氮、絮凝剂最后的固体分离系统结合使用，如进水为25mgTN/L,总氮的去除率为70%，空床HRT可达4～5h。

2,3-二甲基苯胺是一种环状结构且有毒不易降解的有机物，在生产染料和甲灭酸工厂排出的废水中，含有大量该物质。邢国平等采用循环MBBR对该废水进行处理，当HRT较短时，氨氮的去除率较大，因为主要发生的是微生物的耗氧，且氨氮的去除率与其容积负荷成反比。  3 MBBR工艺在运行中易出现的问题

3.1 MBBR反应器的流化态

反应器中的填料依靠曝气和水流的提升作用处于流化状态，在实际操作中，经常出现由于整个池内进气分布不均匀而导致局部填料堆积的现象。因此需通过池型作水力特性计算来改进进气管路的布置和优化池内曝气头的分布，再根据实际的曝气情况调节各曝气头上紧固橡皮垫的螺母松紧程度，调节单个曝气头的曝气量。除保证池内出水端具有较大曝气量，以便使整个池内填料呈均匀流化状态外，还可以采用穿孔曝气管，便于使池四边和四角进气分布均匀。反应器的构造在很大程度上决定了它的水力特性。试验表明，反应器的长深比为0.5左右时有利于填料完全移动，或者通过导流板的强制循环来解决池内死角的问题，这样能使气水比降到4：1左右。在实际工程设计时应通过大量试验来优化反应器的构造和水力特性，降低能耗，进一步提高MBBR的经济效益。

3.2 填料格栅板

为了防止填料随处理水流失，移动床生物膜反应池的出水口要设置格栅板。但在运行调试过程中易出现格栅堵塞的问题，在实验室采用钻孔塑料板作格栅时也出现了大团悬浮污泥将出水格栅板堵死的情况。虽然通过加强对出水区格栅处进行曝气，可以防止填料对格栅的堵塞，但对于悬浮污泥的附着问题，只能从格栅的材料和间距上解决，如选择光滑吸附性小的材料，间隙在保证能截留填料的前提下尽量加大，使其不易被悬浮物质附着等，这需要在实验和实际工程操作中不断改进，以避免该问题影响整个污水处理系统的正常运行。

4 MBBR工艺的研究方向

4.1 悬浮填料

从经济、高效、实用的角度出发，应对填料表面的化学特性及悬浮填料的脱落机制进行深入的研究，并可制造一些功能区，以适于不同要求的好氧、厌氧微生物的生长，同时又可兼顾其易挂膜、易脱膜的特点。应尽可能地降低悬浮填料的造价，使悬浮填料能更广泛的应用于污水处理。

4.2 MBBR与其它工艺的组合

多级MBBR反应器、MBBR和A/O法联合工艺、生物膜-活性污泥联合工艺、MBBR和SBR联合工艺等组合工艺都具有各自的优点，对这些组合工艺应加强研究并进行实际应用。

工业废水不仅水量和水质波动大，而且一些废水的营养物质缺乏或含有毒或有害物质，对废水处理工艺的要求高。研究者或以悬浮填料生物膜工艺为主体处理单元，或作为生物预处理手段，分别在纸浆废水、有机中高浓度污水、化工、制药、油田等行业的水处理领域获得试验或应用成功。可见，悬浮填料生物膜工艺作为生物处理主体，除污染效率和负荷率均显著优于普通活性污泥法。李锋以上海桃浦工业区处理化工废水的中试结果说明，相同工况的悬浮填料生物膜工艺对有机物的去除能力优于SBR，且出水的水质稳定。孙华以MBBR工艺处理染料化工废水，tHRT为16h的CODCr、BOD5和NH3-N去除效率与活性污泥法HRT为32h的结果相近，而抗冲击性能更优。MBBR处理石化废水的对比研究结果也反映出，tHRT为10h的效果与原活性污泥处理池tHRT为23h的结果相近，但是NH3-N的去除效果更好。悬浮填料生物膜工艺用于高含盐和高水温的油田采出水、中高浓度化工废水、纸浆白水、以及低温处理含较高浓度酚和甲酚废水，均取得了试验成功。

此外，MBBR工艺在高含氮污泥发酵上清液、垃圾渗滤液的硝化反硝化以及原尿高NH3-N浓度的硝化稳定等方面也表现出良好的性能，最大反硝化负荷率达到了55gN/m3.h

效果。可见，MBBR所需的HRT很低，大大了节省了处理构筑物的面积;工艺的适应范围广，能够胜任高含盐、高温或低温条件的工业废水生物处理。悬浮填料生物膜工艺作为中高浓度工业废水的预处理手段或与其它工艺组合应用的研究表明，工艺可快速降解溶解性有机物污染物，有机负荷率高达30～45kgCOD/m3.d，单位填料的面积负荷率达到了53g/m2填料.d。预处理的最短tHRT仅有6h。废水经过预处理后大大降低了后续处理的难度，提高了污泥的沉降性能，出水的水质优于传统方法。

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