MBBR技術(shù)總結(jié)
MBBR工藝背景介紹
從多年的運(yùn)行實(shí)踐來看，活性污泥法雖較為成熟，但也存在很多的缺點(diǎn)和不足，如曝氣池容積大、占地面積高、基建費(fèi)用高等，同時(shí)對(duì)水質(zhì)、水量變化的適應(yīng)性較低，運(yùn)行效果易受水質(zhì)、水量變化的影響等。鑒于上述因素，這種污水處理方法逐漸被后來的生物膜法所取代。生物膜法彌補(bǔ)了活性污泥法的很多不足，如它的穩(wěn)定性好、承受有機(jī)負(fù)荷和水力負(fù)荷沖擊的能力強(qiáng)、無污泥膨脹、無回流，對(duì)有機(jī)物的去除率高，反應(yīng)器的體積小、污水處理廠占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。但是生物膜法也有其特有的缺陷，如生物濾池中的濾料易堵塞、需周期性反沖洗、同時(shí)固定填料以及填料下曝氣設(shè)備的更換較困難、生物流化床反應(yīng)器中的載體顆粒只有在流化狀態(tài)下才能發(fā)揮作用、工藝的穩(wěn)定性較差…等。介于以上兩種工藝的缺點(diǎn)和不足，移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(moving-bed-biofilm-reactor，簡稱MBBR)應(yīng)運(yùn)而生。MBBR法在80年代末就有所介紹并很快在歐洲得到應(yīng)用，它吸取了傳統(tǒng)的活性污泥法和生物接觸氧化法兩者的優(yōu)點(diǎn)而成為一種新型、高效的復(fù)合工藝處理方法。其核心部分就是以比重接近水的懸浮填料直接投加到曝氣池中作為微生物的活性載體，依靠曝氣池內(nèi)的曝氣和水流的提升作用而處于流化狀態(tài)，當(dāng)微生物附著在載體上，漂浮的載體在反應(yīng)器內(nèi)隨著混合液的回旋翻轉(zhuǎn)作用而自由移動(dòng)，從而達(dá)到污水處理的目的。作為懸浮生長的活性污泥法和附著生長的生物膜法相結(jié)合的一種工藝，MBBR法兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)：占地少——在相同的負(fù)荷條件下它只需要普通氧化池20%的容積；微生物附著在載體上隨水流流動(dòng)所以不需活性污泥回流或循環(huán)反沖洗；載體生物不斷脫落，避免堵塞；有機(jī)負(fù)荷高、耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，所以出水水質(zhì)穩(wěn)定；水頭損失小、動(dòng)力消耗低，運(yùn)行簡單，操作管理容易；同時(shí)適用于改造工程等。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的進(jìn)程和人口急劇的膨脹，水污染問題已經(jīng)成為社會(huì)焦點(diǎn)之一，目前污水處理的方法主要有活性污泥法和生物膜法兩大類：活性污泥法從20世紀(jì)初英國開創(chuàng)以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展革新已經(jīng)擁有多種運(yùn)行方式，同時(shí)由于其極好的污水處理效果而逐漸成為大家認(rèn)可的比較成熟的工藝；生物膜法是利用附著在填料上的生物對(duì)水體進(jìn)行凈化的一種工藝，近年來也得到迅速的發(fā)展和提高。
在過去十幾年的研究中，MBBR法已經(jīng)作為一種成熟的工藝廣泛應(yīng)用于造紙廢水、食品工業(yè)廢水、屠宰廢水、煉油廢水等工業(yè)廢水中，同時(shí)也可以處理城市生活污水以及城市廢水與工業(yè)廢水的混合污水。許多工程實(shí)例表明，用MBBR法處理污水效果良好。
MBBR工藝的原理
MBBR工藝原理是通過向反應(yīng)器中投加一定數(shù)量的懸浮載體，提高反應(yīng)器中的生物量及生物種類，從而提高反應(yīng)器的處理效率。由于填料密度接近于水，所以在曝氣的時(shí)候，與水呈完全混合狀態(tài)，微生物生長的環(huán)境為氣、液、固三相。載體在水中的碰撞和剪切作用，使空氣氣泡更加細(xì)小，增加了氧氣的利用率。另外，每個(gè)載體內(nèi)外均具有不同的生物種類，內(nèi)部生長一些厭氧菌或兼氧菌，外部為好養(yǎng)菌，這樣每個(gè)載體都為一個(gè)微型反應(yīng)器，使硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)同時(shí)存在，從而提高了處理效果。
MBBR工藝兼具傳統(tǒng)流化床和生物接觸氧化法兩者的優(yōu)點(diǎn)，是一種新型高效的污水處理方法，依靠曝氣池內(nèi)的曝氣和水流的提升作用使載體處于流化狀態(tài)，進(jìn)而形成懸浮生長的活性污泥和附著生長的生物膜，這就使得移動(dòng)床生物膜使用了整個(gè)反應(yīng)器空間，充分發(fā)揮附著相和懸浮相生物兩者的優(yōu)越性，使之揚(yáng)長避短，相互補(bǔ)充。與以往的填料不同的是，懸浮填料能與污水頻繁多次接觸因而被稱為“移動(dòng)的生物膜”。
MBBR工藝影響因素分析
1填料對(duì)MBBR法的影響
MBBR法的技術(shù)關(guān)鍵在于比重接近于水、輕微攪拌下易于隨水自由運(yùn)動(dòng)的生物填料。通常填料由聚乙烯塑料制成，每一個(gè)載體的外形為直徑10mm、高8mm的小圓柱體，圓柱體中有十字支撐，外壁有突出的豎條狀鰭翅，填料中空部分占整個(gè)體積的0.95，即在一個(gè)充滿水和填料的容器中，每一個(gè)填料中水占的體積為95%�？紤]到填料旋轉(zhuǎn)以及總?cè)萜魅莘e，填料的填充比被定義為載體所占空問的比例，為了達(dá)到最好的混合效果，填料的填充比最大為0.7。理論上填料總的比表面積是按照每一單位體積生物載體比表面積的數(shù)量來定義的，一般為700m2/m3。當(dāng)生物膜在載體內(nèi)部生長時(shí)，實(shí)際有效利用的比表面積約為500m2/m3。
此類型的生物填料有利于微生物在填料內(nèi)側(cè)附著生長，形成較穩(wěn)定的生物膜，并且容易形成流化狀態(tài)。當(dāng)預(yù)處理要求較低或污水中含有大量纖維物質(zhì)時(shí)，例如在市政污水處理中不采用初沉池或者在處理含有大量纖維的造紙廢水時(shí)，采用比表面積較小、尺寸較大的生物填料，當(dāng)已有較好的預(yù)處理或用于硝化時(shí)，采用比表面積大的生物填料。
2溶解氧(DO)對(duì)MBBR法的影響
王學(xué)江等對(duì)DO在MBBR中同步硝化一反硝化生物脫氮過程中的影響機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)分析，認(rèn)為DO濃度是影響同步硝化一反硝化的一個(gè)主要的限制因素。通過對(duì)DO濃度的控制，可使生物膜的不同部位形成好氧區(qū)或缺氧區(qū)，這樣便具有了實(shí)現(xiàn)同步硝化一反硝化的物理?xiàng)l件。從理論上講，當(dāng)DO質(zhì)量濃度過于高時(shí)，DO能穿透到生物膜內(nèi)部，使其內(nèi)部難以形成缺氧區(qū)，大量的氨氮被氧化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，使得出水TN仍然很高；反之，如果DO濃度很低，就會(huì)造成生物膜內(nèi)部很大比例的厭氧區(qū)，生物膜反硝化能力增強(qiáng)(出水硝氮和亞硝氮濃度都很低)，但由于DO供應(yīng)不足，MBBR工藝硝化效果下降，使得出水氨氮濃度上升，從而導(dǎo)致出水TN上升，影響最終的處理效果。通過研究最終得出了MBBR法處理城市生活污水DO的一個(gè)最佳值：當(dāng)DO質(zhì)量濃度在2mg/L以上時(shí)，DO對(duì)MBBR硝化效果的影響不大，氨氮的去除率可達(dá)97%-99%，出水氨氮都能保持在1.0mg/L以下；DO質(zhì)量濃度在1.0mg/L左右時(shí)，氨氮的去除率在84%左右，出水氨氮濃度有明顯上升。另外，曝氣池內(nèi)DO也不宜過高，溶解氧過高能夠?qū)е掠袡C(jī)污染物分解過快，從而使微生物缺乏營養(yǎng)，活性污泥易于老化，結(jié)構(gòu)松散。此外，DO過高，過量耗能，在經(jīng)濟(jì)上也是不適宜的。
因?yàn)?/span>MBBR法主要是通過懸浮填料來實(shí)現(xiàn)最終的污水處理，所以DO對(duì)懸浮填料的影響也是影響整個(gè)處理結(jié)果的關(guān)鍵。曹占平等對(duì)MBBR法充氧能力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明反應(yīng)器的充氧能力在一定范圍內(nèi)隨著懸浮填料填充率的增大而增大。在曝氣的作用下，水隨填料一起流化，水流紊動(dòng)程度較無填料時(shí)大，加速了氣液界面的更新和氧的轉(zhuǎn)移，使氧的轉(zhuǎn)移速率提高。隨著填料數(shù)量的增多，填料、氣流和水流三者之間的這種切割作用和紊動(dòng)作用不斷加強(qiáng)。但加入填料量為60%時(shí)，填料在水中的流化效果變差，水體紊動(dòng)程度也降低，使得氧的傳遞速率下降，氧的利用率降低。所以針對(duì)不同類型的水質(zhì)，控制好DO的量對(duì)整個(gè)工藝最終的處理結(jié)果是至關(guān)重要的。
3水力停留時(shí)間對(duì)MBBR工藝的影響
合適的水力停留時(shí)間(HRT)是確保凈化效果和工程投資經(jīng)濟(jì)性的重要控制因素。水力停留時(shí)間的長短將直接影響到水中有機(jī)物與生物膜的接觸時(shí)間，進(jìn)而影響微生物對(duì)有機(jī)物的吸附和降解效率，所以針對(duì)不同的污水類型找出經(jīng)濟(jì)而合理的HRT是非常關(guān)鍵的問題之一。國內(nèi)外對(duì)HRT的研究并沒有局限于研究HRT本身的影響，而是通過實(shí)驗(yàn)去宏觀把握。SHHosseini等副在用MBBR法對(duì)含酚類工業(yè)廢水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明：在一般情況下，隨著HRT的逐漸延長，出水COD濃度會(huì)逐漸降低。但同時(shí)他也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)更重要的影響因素，即廢水中酚類物質(zhì)的COD濃度與總的COD濃度的比值(CODph/CODtot)，當(dāng)這一比值達(dá)到0.6(即CODDph的濃度為480mg/L)時(shí)，COD的去除效率最高并不受水力停留時(shí)間的影響。國內(nèi)的實(shí)驗(yàn)大多認(rèn)為出水COD平均濃度隨著水力停留時(shí)間的延長而降低，若要縮短水力停留時(shí)間可通過加大填料的投加比例(高達(dá)70%)來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)對(duì)出水水質(zhì)要求不高時(shí)可減少填料的投加比例引。另外還有試驗(yàn)結(jié)果表明：在中低氨氮負(fù)荷條件下，隨HRT的減少，氨氮填料表面負(fù)荷逐步升高，同時(shí)去除率維持原有水平或有一定增長；當(dāng)氨氮負(fù)荷升至高水平后，隨著HRT的減少，氨氮去除率逐步降低。這些針對(duì)HRT的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果為今后MBBR法的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，但同時(shí)也有許多需要改進(jìn)之處，比如試驗(yàn)只是單純的考慮HRT本身的影響，沒有把其他因素與HRT的關(guān)系有機(jī)的結(jié)合起來，而SHHosseini等在酚類廢水處理的研究中將HRT和其他因素有機(jī)的結(jié)合起來進(jìn)行探討，不僅找到實(shí)驗(yàn)最重要的影響因素，同時(shí)實(shí)驗(yàn)過程中各因素之間的相互影響、相互制約關(guān)系也得到了很好地體現(xiàn)。所以針對(duì)影響因素的研究我們需要更全面更綜合的考慮。
4水溫對(duì)MBBR法的影響
在影響微生物生理活動(dòng)的各項(xiàng)因素中，溫度的作用非常重要。溫度適宜，能夠促進(jìn)、強(qiáng)化微生物的生理活動(dòng)；溫度不適宜，能夠減弱甚至破壞微生物的生理活動(dòng)。溫度不適宜還能夠?qū)е挛⑸镄螒B(tài)和生理特性的改變，甚至可能使微生物死亡。而微生物的最適溫度是指在這一溫度條件下，微生物的生理活動(dòng)強(qiáng)勁、旺盛，表現(xiàn)在增殖方面則是裂殖速度快、世代時(shí)間短。MBBR法主要是通過生物膜中各種類型微生物的新陳代謝來達(dá)到對(duì)污水中有機(jī)污染物的降解，所以生物膜生長的好壞將直接關(guān)系到廢水處理的最終結(jié)果，尤其對(duì)于硝化菌、反硝化菌而言，它們的生長周期長，且對(duì)環(huán)境的變化非常敏感，硝化菌的適宜溫度是20℃-30℃，反硝化菌的適宜溫度是20℃-40℃，溫度低于15℃時(shí)，這兩類細(xì)菌的活性均降低，5~C是完全停止，所以溫度的變化將直接影響這類細(xì)菌的生長。相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氨氮填料表面負(fù)荷的變化基本與水溫的變化趨勢一致。水溫低時(shí)填料表面負(fù)荷低，水溫高時(shí)填料表面負(fù)荷約達(dá)到水溫低時(shí)的15倍。由此可見，硝化細(xì)菌受溫度影響大，低溫條件下活性較弱。
5pH值對(duì)MBBR法的影響
微生物的生理活動(dòng)與環(huán)境的酸堿度密切相關(guān)，只有在適宜的酸堿度條件下，微生物才能進(jìn)行正常的生理活動(dòng)。pH值過大的偏離適宜數(shù)值，微生物的酶系統(tǒng)的催化功能就會(huì)減弱，甚至消失。不同種屬的微生物生理活動(dòng)適應(yīng)的pH值，都有一定的范圍，在這一范圍內(nèi)，還可分為最低pH值、最適pH值和最高pH值。在最低或最高的pH環(huán)境中，微生物雖然能夠成活，但生理活動(dòng)微弱，易于死亡，增殖速率大為降低。參與污水生物處理的微生物，一般最佳的pH值范圍，介于6.5-8.5之間。MBBR法作為生物膜法與活性污泥法相結(jié)合的工藝，同樣依賴于微生物的生長以達(dá)到有機(jī)物降解的目的。所以保持微生物最佳pH范圍是取得良好污水處理效果的必要條件，當(dāng)污水(特別是工業(yè)廢水)的pH值變化較大時(shí)，需要考慮設(shè)調(diào)節(jié)池，使污水的pH值調(diào)節(jié)到適宜范圍后再進(jìn)行曝氣。
6其他因素對(duì)MBBR法的影響
根據(jù)每一個(gè)具體試驗(yàn)條件的不同，還會(huì)有許多不同的影響因素。如氣水比一般控制在(3～4)，這樣的氣量能使反應(yīng)器中的填料均勻地循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)起來；濁度也需要控制在一定范圍內(nèi)，相關(guān)研究結(jié)果表明：濁度大使得某些懸浮物容易覆蓋在生物膜的表面，阻礙生物氧化作用的進(jìn)行，導(dǎo)致處理效率大幅下降，同時(shí)還容易造成填料堵塞，另外整個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)進(jìn)水濁度和出水濁度進(jìn)行了檢測，進(jìn)水濁度為17.6-160NTU，出水濁度為18.1-142NTU，結(jié)果發(fā)現(xiàn)中試裝置對(duì)濁度基本沒有去除效果，出水濁度隨著進(jìn)水濁度的變化而變化，所以我們需要嚴(yán)格控制好進(jìn)水濁度的量；COD容積負(fù)荷對(duì)去除率也有很大的影響，研究表明COD容積負(fù)荷為0.48-2.93kg/(m3•d)的范圍內(nèi)對(duì)COD的去除率基本穩(wěn)定在60%-80%。在相同的水力停留時(shí)間下COD的去除率隨負(fù)荷呈正比增加趨勢，這是因?yàn)楫?dāng)進(jìn)水COD濃度較低時(shí)微生物降解有機(jī)物的速率也較小，其降解能力不能充分發(fā)揮，當(dāng)進(jìn)水COD濃度增大時(shí)促進(jìn)了生物膜微生物的生長，提高了降解速率，故對(duì)COD去除率得到了提高。以上各因素都會(huì)對(duì)污水處理造成不同程度的影響，此外還有營養(yǎng)物質(zhì)、有毒物質(zhì)等，如果這些物質(zhì)過多的偏離微生物生長需要，就會(huì)對(duì)污水處理的最終結(jié)果產(chǎn)生影響。我們須根據(jù)具體的條件和要求來確定哪一個(gè)因素是主要影響MBBR法的最終結(jié)果。
MBBR的特點(diǎn)
與活性污泥法和固定填料生物膜法相比，MBBR既具有活性污泥法的高效性和運(yùn)轉(zhuǎn)靈活性，又具有傳統(tǒng)生物膜法耐沖擊負(fù)荷、泥齡長、剩余污泥少的特點(diǎn)。
(1)填料特點(diǎn)
填料多為聚乙烯、聚丙烯及其改性材料、聚氨酯泡沫體等制成的，比重接近于水，以圓柱狀和球狀為主，易于掛膜，不結(jié)團(tuán)、不堵塞、脫膜容易。
(2)良好的脫氮能力
填料上形成好養(yǎng)、缺氧和厭氧環(huán)境，硝化和反硝化反應(yīng)能夠在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生，對(duì)氨氮的去除具有良好的效果。
(5)去除有機(jī)物效果好
反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度較高，一般污泥濃度為普通活性污泥法的5～10倍，可高達(dá)30～40g/L。提高了對(duì)有機(jī)物的處理效率，同時(shí)耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。
(4)易于維護(hù)管理
曝氣池內(nèi)無需設(shè)置填料支架，對(duì)填料以及池底的曝氣裝置的維護(hù)方便，同時(shí)能夠節(jié)省投資及占地面積。
國外對(duì)MBBR的研究應(yīng)用現(xiàn)狀
MBBR是在20世紀(jì)90年代中期得到開發(fā)和應(yīng)用的，其兼具傳統(tǒng)流化床和生物接觸氧化法兩者的優(yōu)點(diǎn)，是一種新型高效的污水處理方法。迄今為止，國外已應(yīng)用MBBR進(jìn)行處理生活污水、工業(yè)廢水的小試、中試及生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)研究，均取得了較好的效果。
其中，美國的Captor工藝和德國的Linpor工藝是目前兩種比較成熟的多孔懸浮載體系統(tǒng)。在完全混合反應(yīng)器中加入聚氨酯泡沫塊供微生物附著生長，用于處理城市生活污水，研究了其對(duì)BOD的去除和硝化作用。
結(jié)果表明，硝化細(xì)菌優(yōu)先附著生長在載體上，硝化活性達(dá)0.33mgN/h•塊載體(載體體積為8cm3/塊)，在4h內(nèi)，BOD可完全去除，并繼而發(fā)生硝化作用，硝化作用可在10h內(nèi)完成。在過去的l0年中，移動(dòng)床生物膜技術(shù)在挪威得到了發(fā)展，現(xiàn)已有100多個(gè)基于此技術(shù)的污水處理廠在l7個(gè)國家中投入使用或在建造之中，它們主要用于去除市政污水或工業(yè)廢水中的有機(jī)物及氨氮。
微生物賴以棲息的新型載體的研制開發(fā)是移動(dòng)生物膜法處理廢水的關(guān)鍵技術(shù)之一，其性能直接影響著污水的處理效果和投資費(fèi)用�？蒲泄ぷ髡咭愿倪M(jìn)填料為突破口，不斷推動(dòng)移動(dòng)生物膜法的發(fā)展。目前的懸浮填料大多是由聚乙烯、聚丙烯及其改性材料、聚氨酯泡沫體等制成的，比重接近于水，長了生物膜以后，在正常的曝氣強(qiáng)度下極易達(dá)到全池流化翻動(dòng)。懸浮填料的形狀通常為球狀、圓筒狀或粒狀，一般認(rèn)為球狀有良好的水力學(xué)特性，是最理想的形狀。但受到生產(chǎn)技術(shù)的限制，有時(shí)將材料作成球狀很困難；而圓筒狀填料當(dāng)其長徑比為1時(shí)接近于球狀，因此懸浮填料一般選擇圓筒狀。另外，填充在生物膜反應(yīng)器的填料的比表面積多在100～500m2/m3。之問。由聚乙烯制成的懸浮填料分兩種：一種為Φ10×7(mm)、比表面積為335m2/m3，另一種為Φ15×15(mm)、比表面積為235m2/m3；由聚丙烯制成的懸浮填料，密度為0.94g/cm3，形狀為有波紋的圓柱體，尺寸為Φ15～20(mm)×20～30(mm)。
國內(nèi)對(duì)MBBR的研究現(xiàn)狀
近年來，我國不少學(xué)者也進(jìn)行了MBBR工藝的研究，但大多仍處于試驗(yàn)性研究階段。其關(guān)鍵技術(shù)在于對(duì)懸浮填料的研究，如同濟(jì)大學(xué)的專利產(chǎn)品為中Φ50×50(mm)的圓筒狀懸浮填料，比表面積為278m2/m3，材料為改性的聚乙烯；李峰報(bào)道的懸浮填料由聚丙烯塑料制成，為Φ50×50(mm)的圓筒狀，比表面積為350m2/m3。一般來說，國內(nèi)使用的載體外形尺寸比國外的要大，這主要是受整個(gè)工藝和出水格柵的限制。
總體而言，我國目前對(duì)懸浮填料的研究才剛剛起步，新型懸浮填料在我國污水處理工程中的應(yīng)用具有廣泛的發(fā)展空間。目前，國內(nèi)常用的填料有蜂窩填料、軟性填料、半軟性填料及復(fù)合填料等固定型填料，但這些填料在使用中常會(huì)遇到堵塞、結(jié)團(tuán)、布?xì)獠妓痪鶆虻葐栴}，影響了生物處理效果。另外，上述填料均需安裝在輔助支架上，這就給填料的安裝、更換等造成諸多不便，使工程投資和運(yùn)行管理費(fèi)用相對(duì)提高。
從經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、高效的角度出發(fā)，高性能的新型填料在材質(zhì)方面，應(yīng)具有價(jià)格低廉、使用壽命長、易掛膜等特點(diǎn)；在結(jié)構(gòu)方面，設(shè)計(jì)的比表面積應(yīng)盡可能地大，并可以制造一些功能區(qū)，適應(yīng)不同要求的厭氧、好氧微生物的生長，又兼顧易脫膜的特點(diǎn)。同時(shí)，應(yīng)盡可能地降低懸浮填料的造價(jià)，最大程度發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，使懸浮填料能更廣泛地應(yīng)用到污水處理中。
目前，國內(nèi)對(duì)MBBR工藝的應(yīng)用多為一些小型工程，在技術(shù)參數(shù)方面多為探索階段。
MBBR工藝的應(yīng)用概況
目前，國內(nèi)外已對(duì)MBBR工藝進(jìn)行了多項(xiàng)試驗(yàn)性研究，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果。由于MBBR可減少現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)的體積，易于在現(xiàn)有污水處理廠基礎(chǔ)上升級(jí)，且處理效果好，歐洲、美國、日本、新西蘭以及我國均建有MBBR型污水處理廠。
1、處理高負(fù)荷污水
MBBR工藝在高負(fù)荷條件下性能穩(wěn)定，可多級(jí)聯(lián)用處理污水。如可將3個(gè)MBBR連接使用處理肉類加工廢水，第一個(gè)反應(yīng)器的COD負(fù)荷高達(dá)10kg/m3，HRT約為4h，TC0D去除率為50%-75%{第二個(gè)和第三個(gè)反應(yīng)器的總HRT為4～13h，TCOD去除率為75%、SCOD去除率為70%～88%，有機(jī)物去除率與有機(jī)負(fù)荷呈線性關(guān)系。
季民等采用厭氧復(fù)合床生物膜反應(yīng)器處理高濃度有機(jī)廢水實(shí)驗(yàn)，取得了良好效果。在進(jìn)水C0D為5300～20140mg/L、COD容積負(fù)荷為5.38～20.62kg/m3.d、HRT為0.98d的操作條件下，COD去除率>90%。垃圾滲濾液的成分復(fù)雜，有機(jī)物濃度較高，是一種很難處理的廢水，M.X.Loukidou采用MBBR和SBR聯(lián)合工藝對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行了處理，載體使用聚亞胺酯和顆粒活性炭，該工藝對(duì)污染物同時(shí)具有物理、化學(xué)和生物降解作用，可有效去除垃圾滲濾液的有機(jī)物、色度和濁度。
2、處理低負(fù)荷污水
有些單位將生活污水與沖洗水混合排放，導(dǎo)致生活污水中有機(jī)物濃度較低，不適合普通的活性污泥法處理。張興文等利用MBBR工藝處理中國石化撫順乙烯有限公司廠區(qū)內(nèi)生活污水及沖洗水的混合排放污水。
具體工藝流程為調(diào)節(jié)池-MBBR-沉淀池-纖維球過濾罐-活性炭過濾罐。進(jìn)水水質(zhì)為COD76mg/L、BOD37mg/L，在水力停留時(shí)間為2.4h、氣水比為4：1的情況下，出水各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均可達(dá)到國家環(huán)保冷卻水回用標(biāo)準(zhǔn)要求。
馬建勇等研究了MBBR處理低負(fù)荷生活污水時(shí)啟動(dòng)和運(yùn)行的性能和特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)閉路循環(huán)法比排泥掛膜法啟動(dòng)稍慢，但運(yùn)行初期的處理效果比后者好。同時(shí)還考察了懸浮污泥與填料生物膜之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)懸浮污泥對(duì)填料生物有抑制作用，不利于反應(yīng)器的長期穩(wěn)定運(yùn)行。
3、脫氮效果
MBBR中生物膜主要固著在填料上，污泥停留時(shí)間與水力停留時(shí)間無關(guān)，硝化菌、亞硝化菌等生長世代時(shí)間較長、比增長速率很小的微生物都可以在填料上生長，從而增強(qiáng)了脫氮能力。脫氮過程分為硝化和反硝化兩個(gè)階段，分別由硝化菌和反硝化菌完成。MBBR可以實(shí)現(xiàn)硝化菌與反硝化菌在空間上相對(duì)獨(dú)立生長，從而優(yōu)化了兩種菌群的生長條件。
MBBR用于生物脫氮取得了較好的效果。RustenN在FREVAR廢水處理廠使用KaldneS型KI填料中試進(jìn)行廢水的脫氮處理，進(jìn)水為預(yù)處理過的生活污水，溫度為4.8℃～20℃。結(jié)果表明，10℃時(shí)，硝化速率達(dá)190gTNK/m2.d，反應(yīng)器的pH>7。前期脫氮效果主要受水中易降解有機(jī)物濃度和MBBR缺氧區(qū)進(jìn)水中溶解氧濃度的影響。該設(shè)計(jì)將MBBR與前硝化、后脫氮、絮凝劑最后的固體分離系統(tǒng)結(jié)合使用，如進(jìn)水為25mgTN/L，總氮的去除Ng為70%，空床HRT可達(dá)4-5h。
2，3-二甲基苯胺是一種環(huán)狀結(jié)構(gòu)且有毒不易降解的有機(jī)物，在生產(chǎn)染料和甲滅酸工廠排出的廢水中，含有大量該物質(zhì)。邢國平等采用循環(huán)MBBR對(duì)該廢水進(jìn)行處理，當(dāng)HRT較短時(shí)，氨氮的去除率較大，因?yàn)橹饕l(fā)生的是微生物的耗氧，且氨氮的去除率與其容積負(fù)荷成反比。
MBBR工藝在運(yùn)行中易出現(xiàn)的問題
1 MBBR反應(yīng)器的流化態(tài)
反應(yīng)器中的填料依靠曝氣和水流的提升作用處于流化狀態(tài)，在實(shí)際操作中，經(jīng)常出現(xiàn)由于整個(gè)池內(nèi)進(jìn)氣分布不均勻而導(dǎo)致局部填料堆積的現(xiàn)象。因此需通過池型作水力特性計(jì)算來改進(jìn)進(jìn)氣管路的布置和優(yōu)化池內(nèi)曝氣頭的分布，再根據(jù)實(shí)際的曝隋況調(diào)節(jié)各曝氣頭上緊固橡皮墊的螺母松緊程度，調(diào)節(jié)單個(gè)曝氣頭的曝氣量。除保證池內(nèi)出水端具有較大曝氣量，以便使整個(gè)池內(nèi)填料呈均勻流化狀態(tài)外，還可以采用穿孔曝氣管，便于使池四邊和四角進(jìn)氣分布均勻。反應(yīng)器的構(gòu)造在很大程度上決定了它的水力特性。試驗(yàn)表明，反應(yīng)器的長深比為0.5左右時(shí)有利于填料完全移動(dòng)，或者通過導(dǎo)流板的強(qiáng)制循環(huán)來解決池內(nèi)死角的問題，這樣能使氣水比降到4：1左右。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)通過大量試驗(yàn)來優(yōu)化反應(yīng)器的構(gòu)造和水力特性，降低能耗，進(jìn)一步提高MBBR的經(jīng)濟(jì)效益。
2 填料格柵板
為了防止填料隨處理水流失，移動(dòng)床生物膜反應(yīng)池的出水口要設(shè)置格柵板。但在運(yùn)行調(diào)試過程中易出現(xiàn)格柵堵塞的問題，在實(shí)驗(yàn)室采用鉆孔塑料板作格柵時(shí)也出現(xiàn)了大團(tuán)懸浮污泥將出水格柵板堵死的情況。雖然通過加強(qiáng)對(duì)出水區(qū)格柵處進(jìn)行曝氣，可以防止填料對(duì)格柵的堵塞，但對(duì)于懸浮污泥的附著問題，只能從格柵的材料和間距上解決，如選擇光滑吸附性小的材料，間隙在保證能截留填料的前提下盡量加大，使其不易被懸浮物質(zhì)附著等，這需要在實(shí)驗(yàn)和實(shí)際工程操作中不斷改進(jìn)，以避免該問題影響整個(gè)污水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
對(duì)MBBR工藝的建議
1 懸浮填料的研究和開發(fā)
應(yīng)對(duì)填料表面的化學(xué)特性及懸浮填料的脫落機(jī)制進(jìn)行深入的研究，增加填料的比表面積；應(yīng)盡可能地降低懸浮填料的造價(jià)，使懸浮填料能更廣泛地應(yīng)用于污水處理�？刹捎�活性炭、淀粉、明膠等作為生物活性添加劑，使懸浮填料能夠促進(jìn)微生物的生長和繁殖。
2 MBBR與其它工藝的組合
多級(jí)MBBR、MBBR和A/O法聯(lián)合工藝等都具有各自的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)這些組合工藝應(yīng)加強(qiáng)研究并進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。
3 MBBR工藝反應(yīng)器的研究
通過對(duì)反應(yīng)器流體力學(xué)的研究，確定反應(yīng)器的形狀，以達(dá)到最優(yōu)化的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，從而避免填料堆積，降低能耗�？梢猿醪窖芯慷嗉�(jí)串聯(lián)連續(xù)式懸浮填料移動(dòng)床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式與操控方案，為項(xiàng)目技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
目前，MBBR工藝在國外應(yīng)用較多，在國內(nèi)應(yīng)用較少。MBBR工藝運(yùn)行穩(wěn)定可靠，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，脫氮效果好，是一種經(jīng)濟(jì)高效的污水處理工藝。在處理生活污水方面，有機(jī)物和氨氮的去除率相對(duì)傳統(tǒng)生物膜AO工藝可以提高10%以上。MBBR工藝具有很大的研究價(jià)值和應(yīng)用前景。
（文章轉(zhuǎn)載污水處理廠）
國內(nèi)首例厭氧、缺氧MBBR用于大規(guī)模城鎮(zhèn)污水廠改造，效果搶先看！
1 項(xiàng)目概況
西安市第四污水處理廠總占地面積為37.44hm2，服務(wù)面積約89km2。一期工程建設(shè)規(guī)模為25×104m3/d，二期工程建設(shè)規(guī)模為12.5×104m3/d，現(xiàn)有總處理規(guī)模37.5×104m3/d。原出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，其中一期工程2008年10月建成投入運(yùn)行，2012年11月開始升級(jí)改造，2013年8月出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。
2 工程概況及改造路線
改造前一期工程工藝流程見圖1。
圖1 升級(jí)改造工程工藝流程
原工程存在的問題：（1）原細(xì)格柵間隙較大，生化池浮渣較多；（2）水廠出水SS較高；（3）厭氧、缺氧段HRT嚴(yán)重不足；（4）一期工程接受一期和二期工程全部的生產(chǎn)廢水，因此出水TP和NO3-N較高。在確保出水總氮達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)的前提下，生物除磷出水TP在2mg/L以上，只能靠化學(xué)除磷來彌補(bǔ)。
本次升級(jí)改造的技術(shù)路線：
（1）升級(jí)改造工程盡可能發(fā)揮現(xiàn)有構(gòu)筑物的處理能力，減少土建施工工程量，縮短工期，降低對(duì)水廠正常生產(chǎn)運(yùn)行的影響。
（2）脫氮：a.缺氧段引進(jìn)MBBR技術(shù)；b.通過延長缺氧HRT，進(jìn)一步強(qiáng)化反硝化；c.強(qiáng)化二沉池反硝化作用。
（3）除磷：a.厭氧段引入MBBR技術(shù)；b.減少系統(tǒng)碳源流失；c.合理分配和深度挖掘可利用碳源；d.創(chuàng)造PAOs（聚磷菌）厭氧釋磷環(huán)境。
3 工程改造內(nèi)容
3.1 新增預(yù)處理和深度處理措施
（1）在初沉池后增加4臺(tái)3.5mm孔徑的回轉(zhuǎn)式網(wǎng)板超細(xì)格柵；
（2）深度處理增加5組濾布濾池，單個(gè)設(shè)備日處理量50000m3。
3.2 初沉池改造挖掘利用碳源
對(duì)初沉池排泥系統(tǒng)進(jìn)行改造，使初沉池運(yùn)行個(gè)數(shù)從設(shè)計(jì)的每組6個(gè)減少為每組3個(gè)，定期分時(shí)排泥，在保證泥砂等大顆粒沉淀的前提下盡可能減少碳源在初沉池的流失。同時(shí)建造初沉池底泥利用設(shè)施，為厭氧段釋磷提供了更多的碳源。
3.3 厭氧、缺氧區(qū)改造及引入MBBR技術(shù)
圖2 一期生化池改造
（1） 對(duì)來水的碳源進(jìn)行合理的分配利用
在厭氧環(huán)境中，PAOs只能利用污水中易降解物質(zhì)，或經(jīng)過水解發(fā)酵后產(chǎn)生的VFA。釋磷速率與進(jìn)水中易降解碳源，尤其是VFA的數(shù)量密切相關(guān)。反硝化菌對(duì)碳源的攝取種類比較廣譜，對(duì)VFA的爭奪能力大大強(qiáng)于PAOs。倒置A2/O工藝造成來水中VFA在缺氧段被反硝化菌大量消耗。將污水廠運(yùn)行模式從倒置A2/O改為正置A2/O，來水全部進(jìn)入?yún)捬醵�，使水中的碳源�?yōu)先用于厭氧段PAOs釋磷反應(yīng)。
從好氧段劃分出1.6hHRT的區(qū)域?qū)⑷毖醵蜨RT從原來的2h延長為3.6h；好氧HRT從8h減少為6.4h。延長了缺氧HRT，充分利用系統(tǒng)內(nèi)碳源強(qiáng)化反硝化效果。系統(tǒng)新增缺氧雙曲攪拌器20臺(tái)，φ2500，N=5.5kW。
（2） 投加填料強(qiáng)化脫氮除磷
本工程為國內(nèi)首例MBBR(Moving BedBio-film Reactor)工藝在城鎮(zhèn)污水處理廠生物池厭氧、缺氧段大規(guī)模應(yīng)用的工程實(shí)例。在國外的污水處理行業(yè)雖有多年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，但國外普遍規(guī)模較小，無同等規(guī)模和池型的污水處理案例可供參考。厭氧、缺氧MBBR技術(shù)未大規(guī)模推廣的主要難點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)填料的流化狀態(tài)困難，通過水力模型模擬計(jì)算，不同密度填料的組合、攪拌機(jī)功率位置的選擇、分層能量流場控制等措施解決了多項(xiàng)難題，實(shí)現(xiàn)了池內(nèi)良好的流化狀態(tài)。在厭氧、缺氧段都利用現(xiàn)有池型，采用無終點(diǎn)循環(huán)模式，無需復(fù)雜的填料回流設(shè)施。
3.4 強(qiáng)化二沉池反硝化作用
通過實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)比較表明，終沉池泥位較高的情況下，底部泥層反硝化反應(yīng)明顯。本工程生化池出水NO3-N濃度基本在13mg/L以下，此時(shí)利用二沉池僅僅底部泥層產(chǎn)生的反硝化氣量較少，只會(huì)有零星氣泡產(chǎn)生，污泥上浮量也在可接受范圍之內(nèi)，且后續(xù)有濾布濾池單元進(jìn)行深度處理，因此無總出水SS超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。一期二沉池深4.5m，當(dāng)泥位接近1.5m的情況下外回流中的NO3-N濃度可比出水降低了5~10mg/L。這大大降低了外回流污泥中硝酸鹽對(duì)厭氧段釋磷的影響，因此維持二沉池泥位在1.5m左右有利于系統(tǒng)生物除磷（終沉池泥位不宜太高，容易發(fā)生跑泥現(xiàn)象）。此外好氧池末端DO需控制在1.5mg/L左右（改造前控制在2~4mg/L），DO太低會(huì)導(dǎo)致出水NH3-N超標(biāo)，DO濃度太高影響終沉池反硝化效果，導(dǎo)致外回流NO3-N濃度升高。同時(shí)出水DO的控制大大降低了系統(tǒng)的曝氣量，起到了節(jié)能降耗的作用。
4 改造效果
圖3 一期主要污染物沿程濃度變化
表2 一期工程改造前后進(jìn)出水水質(zhì)對(duì)比
5 工程總結(jié)
（1）本次升級(jí)改造工程通過工藝調(diào)整和工程措施對(duì)原水中的碳源進(jìn)行充分的保護(hù)和利用，避免NO3-N對(duì)厭氧釋磷環(huán)境的破壞，最大限度地利用生物除磷，同時(shí)兼顧節(jié)能降耗，現(xiàn)出水穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。較改造前每年節(jié)省化學(xué)除磷藥劑費(fèi)900萬元，污泥處置費(fèi)150萬元，噸水電費(fèi)僅增加0.011元。
（2）通過增加超細(xì)格柵降低生物池浮渣量，出水SS經(jīng)過濾布濾池處理得到大大降低，出水可穩(wěn)定在7mg/L以下,低濃度SS也保證了出水TP維持在較低水平。
（3）該工程系厭氧、缺氧段MBBR技術(shù)在國內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠的首次大規(guī)模應(yīng)用。該技術(shù)無需增加占地，為污水廠提標(biāo)改造提供了全新的思路。
來源：《中國給水排水》
MBBR工藝簡介
一、MBBR工藝的原理
MBBR工藝原理是通過向反應(yīng)器中投加一定數(shù)量的懸浮載體，提高反應(yīng)器中的生物量及生物種類，從而提高反應(yīng)器的處理效率。由于填料密度接近于水，所以在曝氣的時(shí)候，與水呈完全混合狀態(tài)，微生物生長的環(huán)境為氣、液、固三相。載體在水中的碰撞和剪切作用，使空氣氣泡更加細(xì)小，增加了氧氣的利用率。另外，每個(gè)載體內(nèi)外均具有不同的生物種類，內(nèi)部生長一些厭氧菌或兼氧菌，外部為好養(yǎng)菌，這樣每個(gè)載體都為一個(gè)微型反應(yīng)器，使硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)同時(shí)存在，從而提高了處理效果。
MBBR流程簡圖
MBBR工藝兼具傳統(tǒng)流化床和生物接觸氧化法兩者的優(yōu)點(diǎn)，是一種新型高效的污水處理方法，依靠曝氣池內(nèi)的曝氣和水流的提升作用使載體處于流化狀態(tài)，進(jìn)而形成懸浮生長的活性污泥和附著生長的生物膜，這就使得移動(dòng)床生物膜使用了整個(gè)反應(yīng)器空間，充分發(fā)揮附著相和懸浮相生物兩者的優(yōu)越性，使之揚(yáng)長避短，相互補(bǔ)充。與以往的填料不同的是，懸浮填料能與污水頻繁多次接觸因而被稱為“移動(dòng)的生物膜”。
二、MBBR的特點(diǎn)
與活性污泥法和固定填料生物膜法相比，MBBR既具有活性污泥法的高效性和運(yùn)轉(zhuǎn)靈活性，又具有傳統(tǒng)生物膜法耐沖擊負(fù)荷、泥齡長、剩余污泥少的特點(diǎn)。
1、填料特點(diǎn)
填料多為聚乙烯、聚丙烯及其改性材料、聚氨酯泡沫體等制成的，比重接近于水，以圓柱狀和球狀為主，易于掛膜，不結(jié)團(tuán)、不堵塞、脫膜容易。
2、良好的脫氮能力
填料上形成好養(yǎng)、缺氧和厭氧環(huán)境，硝化和反硝化反應(yīng)能夠在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生，對(duì)氨氮的去除具有良好的效果。
3、去除有機(jī)物效果好
反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度較高，一般污泥濃度為普通活性污泥法的5～10倍，可高達(dá)30～40g/L。提高了對(duì)有機(jī)物的處理效率，同時(shí)耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。
4、易于維護(hù)管理
曝氣池內(nèi)無需設(shè)置填料支架，對(duì)填料以及池底的曝氣裝置的維護(hù)方便，同時(shí)能夠節(jié)省投資及占地面積。
三、MBBR工藝影響因素分析
1、填料對(duì)MBBR法的影響
MBBR法的技術(shù)關(guān)鍵在于比重接近于水、輕微攪拌下易于隨水自由運(yùn)動(dòng)的生物填料�？紤]到填料旋轉(zhuǎn)以及總?cè)萜魅莘e，填料的填充比被定義為載體所占空問的比例，為了達(dá)到最好的混合效果，填料的填充比最大為0.7。理論上填料總的比表面積是按照每一單位體積生物載體比表面積的數(shù)量來定義的，一般為700m2/m3。當(dāng)生物膜在載體內(nèi)部生長時(shí)，實(shí)際有效利用的比表面積約為500m2/m3。
此類型的生物填料有利于微生物在填料內(nèi)側(cè)附著生長，形成較穩(wěn)定的生物膜，并且容易形成流化狀態(tài)。當(dāng)預(yù)處理要求較低或污水中含有大量纖維物質(zhì)時(shí)，例如在市政污水處理中不采用初沉池或者在處理含有大量纖維的造紙廢水時(shí)，采用比表面積較小、尺寸較大的生物填料，當(dāng)已有較好的預(yù)處理或用于硝化時(shí)，采用比表面積大的生物填料。填料作為流化床生物反應(yīng)器中微生物附著生長的主體，起著決定反應(yīng)器能耗和處理效率的關(guān)鍵作用。其費(fèi)用一般約占生物流化床總投資的30％～40％。
2、溶解氧(DO)對(duì)MBBR法的影響
王學(xué)江等對(duì)DO在MBBR中同步硝化一反硝化生物脫氮過程中的影響機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)分析，認(rèn)為DO濃度是影響同步硝化一反硝化的一個(gè)主要的限制因素。通過對(duì)DO濃度的控制，可使生物膜的不同部位形成好氧區(qū)或缺氧區(qū)，這樣便具有了實(shí)現(xiàn)同步硝化一反硝化的物理?xiàng)l件。從理論上講，當(dāng)DO質(zhì)量濃度過于高時(shí)，DO能穿透到生物膜內(nèi)部，使其內(nèi)部難以形成缺氧區(qū)，大量的氨氮被氧化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，使得出水TN仍然很高；反之，如果DO濃度很低，就會(huì)造成生物膜內(nèi)部很大比例的厭氧區(qū)，生物膜反硝化能力增強(qiáng)(出水硝氮和亞硝氮濃度都很低)，但由于DO供應(yīng)不足，MBBR工藝硝化效果下降，使得出水氨氮濃度上升，從而導(dǎo)致出水TN上升，影響最終的處理效果。通過研究最終得出了MBBR法處理城市生活污水DO的一個(gè)最佳值：當(dāng)DO質(zhì)量濃度在2mg/L以上時(shí)，DO對(duì)MBBR硝化效果的影響不大，氨氮的去除率可達(dá)97%-99%，出水氨氮都能保持在1.0mg/L以下；DO質(zhì)量濃度在1.0mg/L左右時(shí)，氨氮的去除率在84%左右，出水氨氮濃度有明顯上升。另外，曝氣池內(nèi)DO也不宜過高，溶解氧過高能夠?qū)е掠袡C(jī)污染物分解過快，從而使微生物缺乏營養(yǎng)，活性污泥易于老化，結(jié)構(gòu)松散。此外，DO過高，過量耗能，在經(jīng)濟(jì)上也是不適宜的。
因?yàn)镸BBR法主要是通過懸浮填料來實(shí)現(xiàn)最終的污水處理，所以DO對(duì)懸浮填料的影響也是影響整個(gè)處理結(jié)果的關(guān)鍵。曹占平等對(duì)MBBR法充氧能力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明反應(yīng)器的充氧能力在一定范圍內(nèi)隨著懸浮填料填充率的增大而增大。在曝氣的作用下，水隨填料一起流化，水流紊動(dòng)程度較無填料時(shí)大，加速了氣液界面的更新和氧的轉(zhuǎn)移，使氧的轉(zhuǎn)移速率提高。隨著填料數(shù)量的增多，填料、氣流和水流三者之間的這種切割作用和紊動(dòng)作用不斷加強(qiáng)。但加入填料量為60%時(shí)，填料在水中的流化效果變差，水體紊動(dòng)程度也降低，使得氧的傳遞速率下降，氧的利用率降低。所以針對(duì)不同類型的水質(zhì)，控制好DO的量對(duì)整個(gè)工藝最終的處理結(jié)果是至關(guān)重要的。
3、水力停留時(shí)間對(duì)MBBR工藝的影響
合適的水力停留時(shí)間(HRT)是確保凈化效果和工程投資經(jīng)濟(jì)性的重要控制因素。水力停留時(shí)間的長短將直接影響到水中有機(jī)物與生物膜的接觸時(shí)間，進(jìn)而影響微生物對(duì)有機(jī)物的吸附和降解效率，所以針對(duì)不同的污水類型找出經(jīng)濟(jì)而合理的HRT是非常關(guān)鍵的問題之一。國內(nèi)外對(duì)HRT的研究并沒有局限于研究HRT本身的影響，而是通過實(shí)驗(yàn)去宏觀把握。SHHosseini等副在用MBBR法對(duì)含酚類工業(yè)廢水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明：在一般情況下，隨著HRT的逐漸延長，出水COD濃度會(huì)逐漸降低。但同時(shí)他也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)更重要的影響因素，即廢水中酚類物質(zhì)的COD濃度與總的COD濃度的比值(CODph/CODtot)，當(dāng)這一比值達(dá)到0.6(即CODph的濃度為480mg/L)時(shí)，COD的去除效率最高并不受水力停留時(shí)間的影響。國內(nèi)的實(shí)驗(yàn)大多認(rèn)為出水COD平均濃度隨著水力停留時(shí)間的延長而降低，若要縮短水力停留時(shí)間可通過加大填料的投加比例(高達(dá)70%)來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)對(duì)出水水質(zhì)要求不高時(shí)可減少填料的投加比例引。另外還有試驗(yàn)結(jié)果表明：在中低氨氮負(fù)荷條件下，隨HRT的減少，氨氮填料表面負(fù)荷逐步升高，同時(shí)去除率維持原有水平或有一定增長；當(dāng)氨氮負(fù)荷升至高水平后，隨著HRT的減少，氨氮去除率逐步降低。這些針對(duì)HRT的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果為今后MBBR法的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，但同時(shí)也有許多需要改進(jìn)之處，比如試驗(yàn)只是單純的考慮HRT本身的影響，沒有把其他因素與HRT的關(guān)系有機(jī)的結(jié)合起來，而SHHosseini等在酚類廢水處理的研究中將HRT和其他因素有機(jī)的結(jié)合起來進(jìn)行探討，不僅找到實(shí)驗(yàn)最重要的影響因素，同時(shí)實(shí)驗(yàn)過程中各因素之間的相互影響、相互制約關(guān)系也得到了很好地體現(xiàn)。所以針對(duì)影響因素的研究我們需要更全面更綜合的考慮。
4、水溫對(duì)MBBR法的影響
在影響微生物生理活動(dòng)的各項(xiàng)因素中，溫度的作用非常重要。溫度適宜，能夠促進(jìn)、強(qiáng)化微生物的生理活動(dòng)；溫度不適宜，能夠減弱甚至破壞微生物的生理活動(dòng)。溫度不適宜還能夠?qū)е挛⑸镄螒B(tài)和生理特性的改變，甚至可能使微生物死亡。而微生物的最適溫度是指在這一溫度條件下，微生物的生理活動(dòng)強(qiáng)勁、旺盛，表現(xiàn)在增殖方面則是裂殖速度快、世代時(shí)間短。MBBR法主要是通過生物膜中各種類型微生物的新陳代謝來達(dá)到對(duì)污水中有機(jī)污染物的降解，所以生物膜生長的好壞將直接關(guān)系到廢水處理的最終結(jié)果，尤其對(duì)于硝化菌、反硝化菌而言，它們的生長周期長，且對(duì)環(huán)境的變化非常敏感，硝化菌的適宜溫度是20℃-30℃，反硝化菌的適宜溫度是20℃-40℃，溫度低于15℃時(shí)，這兩類細(xì)菌的活性均降低，5℃是完全停止，所以溫度的變化將直接影響這類細(xì)菌的生長。相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氨氮填料表面負(fù)荷的變化基本與水溫的變化趨勢一致。水溫低時(shí)填料表面負(fù)荷低，水溫高時(shí)填料表面負(fù)荷約達(dá)到水溫低時(shí)的15倍。由此可見，硝化細(xì)菌受溫度影響大，低溫條件下活性較弱。
5、pH值對(duì)MBBR法的影響
微生物的生理活動(dòng)與環(huán)境的酸堿度密切相關(guān)，只有在適宜的酸堿度條件下，微生物才能進(jìn)行正常的生理活動(dòng)。pH值過大的偏離適宜數(shù)值，微生物的酶系統(tǒng)的催化功能就會(huì)減弱，甚至消失。不同種屬的微生物生理活動(dòng)適應(yīng)的pH值，都有一定的范圍，在這一范圍內(nèi)，還可分為最低pH值、最適pH值和最高pH值。在最低或最高的pH環(huán)境中，微生物雖然能夠成活，但生理活動(dòng)微弱，易于死亡，增殖速率大為降低。參與污水生物處理的微生物，一般最佳的pH值范圍，介于6.5-8.5之間。MBBR法作為生物膜法與活性污泥法相結(jié)合的工藝，同樣依賴于微生物的生長以達(dá)到有機(jī)物降解的目的。所以保持微生物最佳pH范圍是取得良好污水處理效果的必要條件，當(dāng)污水(特別是工業(yè)廢水)的pH值變化較大時(shí)，需要考慮設(shè)調(diào)節(jié)池，使污水的pH值調(diào)節(jié)到適宜范圍后再進(jìn)行曝氣。
以上各因素都會(huì)對(duì)污水處理造成不同程度的影響，此外還有營養(yǎng)物質(zhì)、有毒物質(zhì)等，如果這些物質(zhì)過多的偏離微生物生長需要，就會(huì)對(duì)污水處理的最終結(jié)果產(chǎn)生影響。我們須根據(jù)具體的條件和要求來確定哪一個(gè)因素是主要影響MBBR法的最終結(jié)果。
來源： GB排水工技
“MBBR of the Future”.就MBBR/IFAS技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀、設(shè)計(jì)方法、存在問題及未來展望進(jìn)行了熱烈探討
“MBBR of the Future”.就MBBR/IFAS技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀、設(shè)計(jì)方法、存在問題及未來展望進(jìn)行了熱烈探討
發(fā)布日期：2015-05-13
今天“水進(jìn)展·水圈”群主劉智曉在“水進(jìn)展水圈群”里發(fā)起了討論話題：“MBBR of the Future”.就MBBR/IFAS技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀、設(shè)計(jì)方法、存在問題及未來展望進(jìn)行了熱烈探討，形成了一些觀點(diǎn)。
“水進(jìn)展·水圈”參與討論群友：
廣州華浩馮祥軍高工；華東理工舒鵬博士；諾衛(wèi)環(huán)境閻懷國總工；首創(chuàng)股份劉智曉博士；東北院高旭副總工；華北院九院李金河總工；利爾化學(xué)張成甫博士；江蘇環(huán)保產(chǎn)業(yè)研究院陳珺總工；華北院二院劉龍志副院長高工；華北院二院周丹副總工；哈爾濱理工大學(xué)閆險(xiǎn)峰教授等
馮祥軍首先提供了幾張MBBR填料的掛膜圖片和鏡檢照片，展開了本期話題。根據(jù)馮祥軍的試驗(yàn)觀察，在溶解氧充足的情況下，填料最早長的是鐘蟲，時(shí)間久了會(huì)有后生動(dòng)物，生物鏈逐漸延長。生物膜里面有輪蟲和線蟲。污泥量并不一定會(huì)增加，但延長了泥齡，應(yīng)該算是雙泥齡，運(yùn)行能耗會(huì)增加，硝化效果好，反硝化效果好像沒有明確的數(shù)據(jù)。
舒鵬建議這種填料的表面需要進(jìn)一步親水性優(yōu)化。閻懷國提出MBBR在缺氧池應(yīng)用比較少，但有一個(gè)案例脫氮效果比較好。張成甫的觀點(diǎn)是反硝化有類似的填料，規(guī)格更小一些。這樣的填料大規(guī)模用于不新增構(gòu)筑物的情況下提標(biāo)。劉智曉提出反硝化MBBR國外有十多年的成熟案例，國內(nèi)之前尚沒大規(guī)模案例，但是2014年首創(chuàng)在山東東營做了一個(gè)反硝化MBBR，正在調(diào)試中，這是國內(nèi)第一個(gè)反硝化MBBR。李金河說華北院最近做了一個(gè)5萬噸后置反硝化的，運(yùn)行可以去除10mgl總氮，就是乙酸鈉量太大，HRT2h，TN去除10mg/l。
高旭提到應(yīng)用實(shí)例青島團(tuán)島污水廠提標(biāo)效果很好，進(jìn)水cod800～1000，進(jìn)水總氮125，出水達(dá)到一級(jí)A。主要增加硝化功能。mbbr不同于ifas工藝。現(xiàn)在東北院也越來越接受這個(gè)工藝，特別是在低溫硝化和提標(biāo)方面。效果確實(shí)不錯(cuò)，青島某廠家產(chǎn)品在內(nèi)蒙古林河提標(biāo)一個(gè)氧化溝工藝，水溫低于6度，仍然可以達(dá)標(biāo)。舒鵬想明晰的一點(diǎn)是填料上掛膜的生物膜內(nèi)層通常的厭氧缺氧條件，所以可以進(jìn)行有效的脫氮。馮祥軍提出疑問，填料上的膜挺薄的，不知道是否能形成缺氧環(huán)境。高旭也認(rèn)為這個(gè)不明顯，主要解決短泥齡硝化的功能，生物膜很薄（MBBR填料生物膜內(nèi)部可以實(shí)現(xiàn)缺氧區(qū)域，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)SND,劉智曉注）。陳珺認(rèn)為填料上的生物膜不僅僅在于厚度，而在于面積。
生物池填料的投加比是大家關(guān)注的一個(gè)問題，對(duì)于投加比，李金河給出填料投配比為20-60%，一般投配區(qū)投配比30%-40%左右，mbbr已初步成熟，產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)10月份也頒布了。李德強(qiáng)認(rèn)為60%有點(diǎn)高，流化會(huì)有問題。張成甫指出這個(gè)填料也是國家重大科技公關(guān)成果。但個(gè)人認(rèn)為也不要太過拔高填料的意義，最終效果的保證需要太多的前提條件和過程控制。李金河指出目前在研究上集中在兩個(gè)方向:1.產(chǎn)品開發(fā)，材料、密度、強(qiáng)度、比表面積、掛膜量等等2.工程應(yīng)用，負(fù)荷、流態(tài)等，這個(gè)很難用試驗(yàn)摸索，863和水專項(xiàng)均立項(xiàng)專門研究。
張成甫的經(jīng)驗(yàn)是掛摸后還是會(huì)沉淀。做不到懸浮，是個(gè)潛在的工程問題，但這個(gè)實(shí)例應(yīng)用的場合是工業(yè)污水，污染負(fù)荷非常高。從山東市政污水工程案例現(xiàn)場來看，市政污水掛膜接近6年的樣子沒有沉淀現(xiàn)象。高旭也認(rèn)為沉淀情況較少出現(xiàn)。馮祥軍也沒發(fā)現(xiàn)沉淀，停止曝氣后填料馬上上浮。
對(duì)于曝氣和攪拌方式，陳珺認(rèn)為這個(gè)工藝的曝氣攪拌非常重要，曝氣系統(tǒng)通常做成在水流方向的垂直斷面上形成環(huán)流。要是均勻地布置曝氣頭，填料容易漂浮在水面。馮祥軍認(rèn)為保證流化，要增大曝氣量。以高旭在團(tuán)島的經(jīng)驗(yàn)，生化池內(nèi)DO=1.5～2.0，并不高。如果設(shè)計(jì)的好，完全可以解決流化的問題。馮祥軍說無錫一些廠的經(jīng)驗(yàn)是氨氮達(dá)標(biāo)了，能耗也升高了。陳珺的提出是那么低的DO倒是很少見，需要控制生物膜的厚度，國外的一些案例都在3-4mg/L。Brookfield WWTP:3mg/l，James river WWTP: 4mg/l，Marquette lileWWTP:4mg/l。高旭認(rèn)為好的產(chǎn)品是掛膜快，薄實(shí)際運(yùn)行案例DO國內(nèi)有達(dá)到5～6mg/L的。
牧馬草原提出大規(guī)模應(yīng)用的話，曝氣是否采用微孔，是否是從微孔曝氣頭布置方式上做些文章。高旭的實(shí)例不是用微孔曝氣器，用穿孔管曝氣。并且不是均勻布置。閆險(xiǎn)峰也認(rèn)為曝氣方式和曝氣量的選擇很重要！同時(shí)常時(shí)間運(yùn)行后池內(nèi)懸浮污泥量要高些！根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，池內(nèi)D0不宜過高，在1.0左右即可！高旭認(rèn)為填料設(shè)計(jì)自清洗功能也很重要。牧馬草原的疑問是不是微孔雖然效率高但起不到攪拌剪切的效果？還是其他原因啊？高旭認(rèn)為不全是，流化有專門的攪拌器。陳珺認(rèn)為曝氣的一個(gè)重要用途是促使填料摩擦，控制生物膜的厚度。劉智曉認(rèn)為生物膜厚度是一個(gè)相對(duì)概念，每個(gè)季節(jié)都有不同，池子的位置不同，生物膜厚度也不同；即使同一個(gè)填料，在填料的不同位置，生物膜厚度也不一致生物量在MBBR池分布是不均衡的，對(duì)于MBBR工藝的設(shè)計(jì)，劉智曉先給出了國外某WWTP實(shí)際測定的biomass數(shù)量沿池分布圖，見下圖。
馮祥軍的疑問是看到有的設(shè)計(jì)做了隔板形成環(huán)流，但不知道實(shí)際運(yùn)行中有沒有這樣做設(shè)計(jì)的，國內(nèi)好像都是提標(biāo)改造工程中應(yīng)用，應(yīng)該都沒做隔板。閆險(xiǎn)峰說工業(yè)用建議分格，市政大水量擋板！同時(shí)這種工藝很需要技術(shù)人員的運(yùn)行水平，在調(diào)試期是一種運(yùn)行方式，決定了硝化反硝化菌能否成長，運(yùn)行期膜的增長又需曝氣量的調(diào)整，確保穩(wěn)定和脫落！總之考驗(yàn)操作技術(shù)人員！否則，事得其反！張小心的經(jīng)驗(yàn)擋板是有應(yīng)用實(shí)例的，西安某水廠就采用了是可行的，設(shè)計(jì)非常巧妙。
對(duì)于填料產(chǎn)品質(zhì)量，東北院高旭的設(shè)計(jì)思想是，如果業(yè)主不接受高質(zhì)量的產(chǎn)品，我寧可不設(shè)計(jì)IFAS工藝，這方面，江南李激教授很有心得，她在無錫實(shí)驗(yàn)時(shí)，有些廠家的產(chǎn)品干脆不掛膜。陳珺認(rèn)為這個(gè)工藝是個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，也不光是那個(gè)填料，曝氣、塞網(wǎng)都很重要。對(duì)于陳珺提出的固液分離方法，李金河答復(fù)桶式、孔板式都有。
MBBR的設(shè)計(jì)參數(shù)的擇取和一直是困擾行業(yè)的問題，劉智曉首先提出引導(dǎo)性問題：MBBR設(shè)計(jì)到底是以容積負(fù)荷還是面積負(fù)荷？設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)院如何確定的？反硝化MBBR的設(shè)計(jì)的NO3-N負(fù)荷是多少？
李金河介紹華北院這幾年在MBBR與SBR、卡魯塞爾、百洛克、A2O等結(jié)合HYBAS用于提級(jí)改造進(jìn)行了很多工程實(shí)踐，還是有效果的，尤其是低溫、低碳源、穩(wěn)定水質(zhì)等方面。
對(duì)于十月份出臺(tái)的MBBR產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，高旭說這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，沒有提反硝化速率（當(dāng)時(shí)鄭興燦主編時(shí)提出一個(gè)產(chǎn)品的硝化速率值，與會(huì)專家不同意）。陳珺說反硝化速率大概是1-2gNO3-N/m2.d，和碳源類型、水溫都有關(guān)。大概2010年前去瑞典馬爾默的時(shí)候，他們正好在調(diào)試這個(gè)反硝化MBBR，印象比較深，這個(gè)方面Odegaard是權(quán)威。高旭認(rèn)為后置反硝化由于加了碳源，反硝化速率應(yīng)該很好。李金河說產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)目前只有硝化速率。劉智曉基本認(rèn)可提出這些專家的觀點(diǎn)。對(duì)于MBBR產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，是否應(yīng)該給出硝化、反硝化速率等基本工藝參數(shù)，大家存在分歧。劉智曉認(rèn)為國內(nèi)MBBR設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范，基本依賴產(chǎn)品廠家提供參數(shù)，造成設(shè)計(jì)的混亂，出臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該盡快指導(dǎo)和規(guī)范設(shè)計(jì)，給定基本的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)范圍。高旭認(rèn)為產(chǎn)品明確硝化速率不應(yīng)該，華北院李金河同意東北院高總意見，承載該承載的，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)規(guī)程、設(shè)計(jì)規(guī)范還是有區(qū)別的。李金河說今后有標(biāo)準(zhǔn)了，也許還要改進(jìn)，但總有一個(gè)相同的平臺(tái)了，這也是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的意義吧。劉智曉倒是認(rèn)同這個(gè)說法，陳珺也說這是特殊情況下的一種解決方法。閆險(xiǎn)峰教授不建議僅僅是出臺(tái)這樣的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，建議應(yīng)盡快出臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)程！
國內(nèi)為數(shù)不少的MBBR運(yùn)行的都不盡理想。成功的MBBR涉及因素太多了，一旦一種因素沒有控制好，后期運(yùn)行都是麻煩。對(duì)于MBBR總體設(shè)計(jì)，華北院劉龍志認(rèn)為MBBR要設(shè)計(jì)好并不簡單，不過填料可以分步投加，用操作的靈活性彌補(bǔ)了計(jì)算的欠缺，運(yùn)行良好的MBBR有幾個(gè)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)很關(guān)鍵。劉龍志認(rèn)為好的水利狀態(tài)，池型布置，尤其是出水區(qū)的設(shè)計(jì)，曝氣強(qiáng)度，攪拌器選型是MBBR能否成功的幾個(gè)最為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。李金河認(rèn)為MBBR設(shè)計(jì)，負(fù)荷只是很小的一個(gè)方面，流態(tài)更為重要,工程實(shí)踐變得非常重要。劉智曉承認(rèn)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的重要性，但是認(rèn)為MBBR池型設(shè)計(jì)、攪拌器配置、曝氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)這方面在國外比較成熟了。我們目前恰恰缺乏對(duì)MBBR設(shè)計(jì)的本質(zhì)認(rèn)識(shí)。劉智曉認(rèn)為，MBBR未來的發(fā)展，認(rèn)為厭氧氨氧化MBBR或許是其未來的出路之一。
對(duì)于設(shè)計(jì)負(fù)荷的采用，設(shè)計(jì)院一方表示，目前實(shí)際做法是將填料生物量折算為混合液MLSS來通過SRT用ATV方式計(jì)算，劉智曉認(rèn)為這是不科學(xué)的。國際上容積負(fù)荷和面積負(fù)荷的計(jì)算，這兩種方式都可以的，但是面積負(fù)荷更科學(xué)。高旭認(rèn)為應(yīng)該是有效生物膜面積。劉智曉給出了下表供大家參考。
劉龍志說在設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)中，負(fù)荷理論很重要，但是從實(shí)際操作的環(huán)節(jié)，填料少了可以再加，硬件沒設(shè)計(jì)好，是根的問題。負(fù)荷計(jì)算我們會(huì)從兩個(gè)方面核算。一是基于泥齡，即污泥量，二是用硝氮負(fù)荷，兩個(gè)計(jì)算方法校驗(yàn)。周丹提出設(shè)計(jì)方法是是用純填料8kg/m3來計(jì)算，是根據(jù)某廠家提供的總污泥量折算過來的。然后再按常規(guī)的方法計(jì)算生物池，設(shè)計(jì)人員更容易理解。陳珺認(rèn)為MBBR 都是按面積考慮，BAF按容積考慮。李金河的經(jīng)驗(yàn)是國內(nèi)主流是泥齡法，容易理解寫些。對(duì)于污泥負(fù)荷，劉龍志介紹目前設(shè)計(jì)院MBBR設(shè)計(jì)是將填料生物量進(jìn)行折算，大概8kg MLSS/m3填料，是簡單折算，然后基于ATV的計(jì)算以泥齡為基礎(chǔ)，李金河補(bǔ)充說這個(gè)折算單位可能是3-4kg/m3，相當(dāng)于折算成污泥濃度。劉智曉認(rèn)為這種折算存在一些問題，因?yàn)樘盍仙系?/span>biomass和活性污泥的biomass性質(zhì)及菌群結(jié)構(gòu)差異巨大，填料上的硝化菌占比是活性污泥比例的幾倍， FAS里面不同形式的微生物，懸浮態(tài)的和附著態(tài)的，硝化速率是不同，差別很大不能籠統(tǒng)折算（見下圖）。劉智曉進(jìn)一步表示，認(rèn)為填料上的MLSS組成是和懸浮態(tài)MLSS組成差距巨大。懸浮態(tài)的硝化菌比例一般很低，而填料上的則高出幾倍。統(tǒng)一折算為MLSS，再計(jì)算SRT，再得出池容，不夠嚴(yán)謹(jǐn)。懸浮態(tài)硝化菌占2-3%，兩種性質(zhì)完全不同的MLSS，折合在一起是很不合理的。劉龍志認(rèn)為有個(gè)折算關(guān)系，但是兩個(gè)計(jì)算體系有不同計(jì)算方法。劉龍志提出了一個(gè)非常重要的問題，即填料的加入肯定降低懸浮污泥濃度，懸污污泥和附著污泥不是簡單的互補(bǔ)關(guān)系，還有競爭關(guān)系大部分人忽視了這個(gè)。劉龍志認(rèn)為實(shí)際上，不管以氮負(fù)菏計(jì)算，還是折算成泥齡，都回避不了MLSS此消彼長的問題。
本文廣州華浩馮祥軍高工整理，謝謝！
來源：水進(jìn)展
