MBBR工艺的发展及基本特征

MBBR工艺的发展及基本特征冯亚从/新疆市政建筑设计研究院有限公司【摘要】移动床生物膜反应器（movingbedbiofilmreactor，简称MBBR）是由挪威KaldnesMijecpteknogi公司与SINTEF研究机构联合开发的一种污水处理工艺[3]，该工艺是在传统活性污泥和生物膜法的基础上演变出来的，它结合了以上两种工艺的优点，具有强大的耐冲击负荷能力和较好的脱氮除磷效果等优点，目前在国外广泛应用于工业废水和生活污水的处理，在我国应用较少，主要用于现状污水处理厂的升级改造，新建污水处理厂采用该工艺的较少。【关键词】移动床生物膜反应器；MBBR；悬浮填料1、产生背景随着人口的急剧增加和现代工业化进程的不断发展，生活环境已经成为社会的焦点之一，其中水污染问题日益突出，治理水污染已经成为各地经济和社会稳定及发展的重要环节。目前，生活污水和工业废水主要通过污水处理厂进行处理，随着市场形势的多样化，工业废水的种类也越来越多，不断对污水处理厂的处理提出新的考验。目前，用于城市污水处理具有一定抗高负荷冲击能力和脱氮除磷效果且应用较普遍的污水处理工艺大致分为两大类：第一类为活性污泥法，第二类为生物膜法[7]。活性污泥法是以活性污泥为主体的生物处理方法，通过向废水中连续通入空气，经一定时间后好氧性微生物大量繁殖，形成污泥状絮凝物[8]，其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力，从而使污泥与水分离，大部分污泥再回流到曝气池[9]，多余部分则排出活性污泥系统。活性污泥法系统包括曝气池、沉淀池等以及曝气、回流和排污等操作。目前活性污泥法应用较普遍，它的优势在于处理效率高、投资少、使用经验丰富，但对于进水负荷的突变不宜适应，从而导致出水水质不稳定，而且运行费用较高，占地面积较大。生物膜法是使微生物依附在其他固体表面上呈膜状生长，并与废水接触来实现生物处理的技术[10]。一般分为生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法等，虽然它们结构相差很大，但作用的基本原理是相同的，即通过废水与生物膜的接触，进行固液两相的传质，在膜内进行生物氧化降解有机物，使废水得到净化。生物膜中微生物种类丰富，可以去除更多种类的污染物，且具有很高的脱氮能力，产生的剩余污泥量少，对后续污泥处理减轻负担，但是生物膜法对设计和运行条件要求都较严格，且投资较高。MBBR法正是在这样的条件下应运而生，它吸取了传统的活性污泥法和生物接触氧化法两者的优点成为一种新型、高效的复合工艺处理方法，充分发挥附着相和悬浮相微生物的优势，相互补充，扬长避短。该工艺的核心部分就是填料，填料材质大多采用聚乙烯、聚丙烯和聚氨酯泡沫体等，其比重接近于水，在水中呈悬浮状态。污水处理厂运行时将一定数量的悬浮填料直接投加到曝气池中作为微生物的活性载体，提高反应器中的生物量及生物种类，从而提高反应器的处理效率。附着微生物的填料依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用基本处于全池流化状态，使微生物生长的环境为气、液、固三相[1]。载体在水中的碰撞和剪切作用，将空气气泡切割的更加细小，大大增加了氧气的利用率。另外，每个载体内外均具有不同的生物种类，内部生长一些厌氧菌或兼氧菌，外部为好养菌，这样每个载体都为一个微型反应器，使硝化反应和反硝化反应同时存在，从而提高了污水处理的效果[2]。2、影响因素分析2.1曝气系统对MBBR工艺的影响填料作为微生物的载体，其密度与水接近，填料依靠底部曝气系统或机械搅拌作用在水中处于流化状态，而在实际运行中，如果曝气系统布置不当会导致整个池内布气不均，从而导致局部填料堆积的现象，直接影响处理效果，因此应根据池型作水力特性计算，根据曝气量合理布置曝气管路。一般在池四周、四角和出水端具有较大曝气量，具体的曝气量要根据实际情况精细计算确定，曝气量小无法避免填料堆积，曝气量大将造成资源浪费，增加整个污水厂的运行成本。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，而在实际工程设计时要通过大量的试验来优化反应器的构造和水力特征，降低能耗，进一步提高MBBR的经济效益[3]。同时，曝气量直接影响水中的溶解氧(DO)，DO直接影响微生物的硝化—反硝化作用，因为DO的浓度可控制硝化菌和反硝化菌的生长。当DO浓度过高时，DO能穿透生物膜内部抑制反硝化菌的生长，使其很难形成缺氧区，大量的氨氮被氧化成亚硝酸盐和硝酸盐，造成出水TN很高；反之，当DO浓度过低时，好氧菌即硝化菌就不能成为优势菌种，生物膜硝化能力差，导致出水氨氮浓度很高。通过研究表明，一分子氨氮（NH3-N或NH4+-N）完全氧化成硝酸盐（NO3-）需耗用两分子的氧，即氧化1mg氨氮需要4.57mg的氧[1]。当DO质量浓度在2mg/L以上时，DO对MBBR硝化效果的影响不大，氨氮的去除率可达97%~99%，出水氨氮都能保持在1.0mg/L以下；DO质量浓度在1.0mg/L左右时，氨氮的去除率在84%左右，出水氨氮浓度明显提高[4]，所以控制好DO的量对整个工艺最终的处理效果至关重要。2.2填料对MBBR工艺的影响MBBR法的关键在于填料，填料作为微生物赖以栖息的载体，填料的质和量直接影响污水处理厂的出水效果和投资费用。目前，国内对于填料的研究正处于起步阶段，生产悬浮填料的厂家良莠不齐，不同厂家生产的填料性能参数也各不相同，导致不同填料的亲水性、流态、挂膜时间、脱氮除磷效果等均不同，所以要根据不同厂家提供的填料参数确定污水处理厂的设计参数。填料形状通常为球形或圆柱状，因生产技术限制，将材料做成球状存在一定的困难，而圆柱状填料直径和高比例为1时可以接近于球状，通常国内填料尺寸较国外大，目前国内投入运行的填料尺寸有φ50×50（mm）和φ20×20（mm）等。随着MBBR工艺的推广，填料也在不断更新换代，早期填料壁厚0.8mm，有效比表面积500m2/m3，孔隙率87%，现在填料壁厚0.2mm，有效比表面积625m2/m3，孔隙率达到95%，利用率进一步提高。理论上填料总的比表面积是按照每一单位体积生物载体比表面积的数量来定义的，根据比表面积和进出水水质确定载体的填充率，考虑到填料一直处于流化状态，所以填充率一般指载体所占空间的比例，通常为10%~67%，根据功能不同可将生化池进行分区，不同区域的填充率可以脱氮除磷的需要而不同。2.3出水拦截设备为了避免载有生物膜的填料随着出水流失，MBBR池的出水口要设置拦截设备，防止填料流失影响处理效果。一般拦截设备主要有两种形式，分别是平板式和滚筒式，平板式出水拦截设备出水时水流为循环流，滚筒式出水拦截设备出水为推流，采用何种设备应根据实际情况确定。2.4水温对MBBR工艺的影响温度对MBBR的影响主要体现在对微生物活性的影响上，高温使微生物体内的酶变性，微生物活性降低；低温使微生物代谢活动减弱，处于休眠状态，甚至仅维持生命体征而不发育繁殖。一般进入污水处理厂的温度不会使微生物致命，但会影响活性，硝化菌的适宜温度是20℃~30℃，反硝化菌的适宜温度是20℃~40℃[2]，可见，温度对硝化菌的影响较大。实验结果表明，25℃时MBBR工艺对CODcr、NH3-N、TN的去除率分别为95%、96%、95%；10℃时MBBR工艺对CODcr、NH3-N、TN的去除率分别下降至95%、91%、90%[5]，所以MBBR工艺受温度影响较普通活性污泥法小，这对我国冬季污水水温较低地区的污水处理具有一定的指导意义。2.5PH值对MBBR工艺的影响PH体现在微生物生活环境的酸碱度，PH过高过低都会使酶系统的催化功能减弱，从而抑制微生物的活性，甚至致使其死亡。PH过低载体上的生物膜容易脱落，致使微生物不足，PH过高会分解菌胶团，降低微生物的活性，影响出水效果。氨氧化菌的最适宜PH范围为7.0~7.8，亚硝酸氧化菌的最适宜PH范围为7.7~8.1，硝化过程中还会产生大量的酸，使PH值降低，所以在实际运行过程中要随时调节PH值。3、MBBR工艺的特点3.1此工艺可大幅度提高生化池的容积负荷，根据填料比表面积、填充率、填充区域等参数，容积负荷平均可提高1.8~2.5倍，无需扩建生化池即可满足升级改造的扩容要求。3.2可同步强化脱氮除磷效果也可有效去除难降解的有机物，其实质是污泥龄选择器与污泥活性选择器实现不同功能微生物菌群的泥龄分离，长泥龄硝化菌群通过生物膜更新保持污泥活性，可有效提高污泥的质和量，同时脱氮菌群与聚磷菌群可同时富集和表达活性，最终达到处理目标。3.3抗冲击负荷能力强，当实际运行进水水质和水量发生变化时，可通过提高填充率等参数进行调节，且可在受极大冲击后快速恢复。3.4载体密度轻流化过程中能耗低，氧利用率高，水头损失小[6]，剩余污泥量少，一般不需要回流，减轻后续污泥处理的负担。3.5布置紧凑，占地省，运行管理简单，可充分结合原有工艺运行经验，对实际运行管理人员要求不高，避免扩建生化池或续建等引起流程过长的问题。4、发展展望MBBR法作为传统活性污泥法和传统生物膜法的结合体，无论在处理效果还是资金投入方面均优于传统工艺，MBBR法可与A/O法、SBR法、CASS法和氧化沟法等联合使用，针对不同需要采用不同组合，可加强难降解有机物的处理同时可提高脱氮除磷效果，通过组合找出既经济又实用的工艺。随着工业迅速发展，废水的进水成分越来越复杂，要求的出水水质越来越高，加之水量、水质变化大等问题，MBBR法的优势会越来越突出，其研究价值和应用前景更加广泛。参考文献：[1]李碧.MBBR工艺的研究现状与应用[J].中国环保产业，2009,（1）：20~23.[2]李景贤，罗麟，杨慧霞.MBBR法工艺的应用现状及其研究进展[J].四川环境，2007,26（5）：97~101.[3]万田英，蒋家超，李多松.MBBR工艺及其应用[J].中国环保产业，2005,（10）：20~21.[4]王学江，夏四清，陈玲，等.DO对MBBR同步硝化反硝化生物脱氮影响研究[J].同济大学学报（自然科学版），2006，34（4）：514-518.[5]祈伟乐、刘绍根、王允坤、盛国平.温度对好氧颗粒污泥和MBBR运行效果的影响及模拟[J].工业用水与废水，2013，44（3）21~25.[6]SkeldonP.Goingforgold.ProcessEngineering(London)，1995，Morgan2Grampianplc，33234.[7]曾环木.城镇污水采用活性污泥法除磷脱氮工艺探讨[J].广东化工，2009,36（03）:67~69,99.[8]邹文佳，王新静，翟天宇.有关污水处理中氧化沟工艺的概述[J].读写算：教育教学研究，2011，（47）：23~25.[9]牛姗姗，郎剑锋，张磊.生化法处理焦化废水的研究进展[J].绿色科技，2011，（9）：113~115.[10]刘小兵，蒋柏泉，王伟.环境生物技术在“三废”治理中的应用[J].江西化工，2003，（3）：8~10.