水处理：MBBR工艺工作原理及应用讲解

随着国家《水污染防治法》和《水污染防治行动计划》（简称“水十条”）的颁布，对污水处理的排放标准要求越来越严，国内现有城镇污水处理设施要因地制宜进行改造，达到相应排放标准。国内很多污水处理厂在建设初期由于用地限制，并没有预留足够的扩建用地。在北方冬季寒冷地区，由于排放标准的提高、硝化菌群对温度的敏感性、以及低温下对活性污泥法污泥浓度的影响，导致生化处理系统不能很好的除氮。对于污水处理工程的这一难点国内外均提出了不同的解决办法，如采用对低温更具有抵抗能力的生物膜工艺就能很好的解决污水中除氮的问题。生物膜法处理工艺多种多样，如法国得利满公司开发的固定床式的曝气生物滤池工艺、移动床生物膜处理工艺等等。本文主要针对将生物膜法和活性污泥法有机结合的移动床生物膜工艺进行介绍。

目前移动床生物膜工艺（Moving Bed Biofilm Reactor，MBBR）已在世界上很多国家建成了数千套污（废）水处理设施，取得了良好的处理效果。MBBR工艺运用生物膜法的基本原理、同时结合活性污泥法的优点，以悬浮填料作为微生物生长的载体，通过悬浮填料在二级生化池中的充分流化，实现污水的高效处理。

移动床生物膜工艺（Moving Bed Biofilm Reactor，MBBR）需要具有比重接近于水，有效比表面积大，适合微生物附着生长等特点的悬浮填料，目前国内已经有多家设备厂商开发成功，我国也颁布了相应的行业规范。悬浮填料在生化池中轻微搅拌即可悬浮起来，易于随水自由运动，能够很好的形成流化状态。

在好氧条件下，曝气充氧时产生的空气泡上升浮力能够推动填料和周围的水体流动，当气流穿过水流和填料空隙时又被填料阻滞，并被分割成小气泡。在这样的过程中，填料被充分地搅拌并与水流混合，而空气流又被充分地分割成细小的气泡，增加了生物膜与氧气的接触和传氧效率。在厌氧条件下，水流和填料在潜水搅拌器的作用下充分流化起来，达到生物膜和被处理的污染物充分接触而降解的目的。

MBBR工艺的核心是实现悬浮载体填料的充分流化，以达到强化处理污染物的目的。在MBBR工艺的实际应用上，需要考虑的因素主要有生化池池型、悬浮填料投加量、曝气系统、拦截筛网、推进器等。

在曝气区内生物填料的流化是系统实现良好处理功能的关键。其主要依靠生化池的好氧区曝气系统来实现。在好氧区中适当的曝气系统能够确保生物载体流化填料的流化效果，保证流化填料在水体中做上下、前后的流动，使填料与污水进行充分的混和、碰撞、接触，有效完成污染物、水、气三向的接触、交换、吸附等过程。填料比重一般选择为0.94-0.97，在培菌期间，填料表面会慢慢附着大量的生物膜，附着量越大，比重逐渐增加，当填料上生物膜到一定厚度时，其比重大于1，填料从非曝气区下沉到水池底部，曝气区底部的冲击力最强，能迅速冲洗掉填料上的残余生物膜，脱膜后的填料比重也随之降低到1以下，并在曝气区上升。根据挂膜前后的比重变化特点，填料可以随水流在曝气区和非曝气区翻腾，从而交替完成了生物膜的生长和脱落过程，保证生物膜的数量稳定性和活性，使工艺运行较稳定。为了防止流化悬浮填料随混合液进入下一个环节，在好氧区内适当位置设计采用筛网进行简单拦截和分隔。筛网材质选用不锈钢，型式与悬浮填料配套。

MBBR工艺特点主要有如下几方面：

1.可强化脱氮除磷

采用活性污泥-悬浮填料复合工艺，可实现同一反应器内不同功能微生物的污泥龄分离。脱氮菌群（硝化菌群）一般为长泥龄细菌，需较长泥龄（15-25d）；除磷菌群（聚磷菌）一般为短泥龄细菌，需较短泥龄（3-7d）；泥龄过长，易导致微生物活性较差处理负荷降低、老化难以聚集降低沉降性能等，实际传统脱氮除磷工艺在污泥龄上存在不可调和的矛盾。复合工艺由于生物填料的投加，为硝化细菌的生长提供了载体，延长其污泥龄，提高脱氮效果；同时控制活性污泥体系为短泥龄，可增强除磷效果；泥-膜在曝气及水流带动下充分流化，促进生物膜更新，防止泥龄过长、污泥老化处理性能下降；冬季水温较低、活性污泥系统不利于硝化菌群生长时，脱落生物膜对活性污泥起到持续接种作用，维持系统硝化性能不下降。

2.抗冲击负荷能力强，处理效果好

冲击负荷主要表现为常规污染物水质冲击、毒害污染物水质冲击和水量冲击，本质是单位时间内单位表面积微生物所承载的污染物量的变化对处理效果的影响。MBBR工艺填料区污泥龄长，增大微生物种群的丰度，有利于难降解有机物的处理。

低温、高盐、低基质等恶劣水质条件下，MBBR长泥龄及局部存在好氧、缺氧微环境，有利于其对于恶劣水质条件下，适应微生物的筛选与富集，利于驯化嗜冷菌、耐高盐菌等的富集。生物膜传质比活性污泥慢，同样生物降解产生的热量与水体交换较慢，提高微生物的局部环境温度，有利于细菌活性的维系，宏观表现出MBBR对于低温、高盐、低基质等恶劣水质条件下，仍有较好的处理效果。

3.活性污泥不易膨胀

采用纯MBBR系统，因为为纯膜法，无污泥膨胀问题；采用活性污泥-悬浮填料复合工艺时，由于老化脱落的生物膜无机质比例较高，密度大易于沉降；且生物膜胞外聚合物比活性污泥更多，具有接触絮凝效果，提高污泥聚集性能，提高污泥沉降性能。

剩余污泥产量较低，节约污泥处置费用生物膜法的污泥产率仅为活性污泥工艺的一半，采用MBBR工艺可显著降低剩余污泥产量，且污泥沉降性能的提升，易于降低污泥含水率，可节约污泥处置费用。

4.不易堵塞、无需反冲洗

固定床工艺经常出现配水不均匀易产生死区、需定期反冲洗额外耗能及需配套设施、受红虫困扰降低硝化性能等问题。由于填料和水流在生物池的整个容积内都能得到混合，从根本上杜绝了生物池的堵塞可能，池容得到完全利用，无需反冲洗。

5.MBBR悬浮填料系统寿命长

填料耐磨耐用，搅拌器采用香蕉型的搅拌叶片，外形轮廓线条柔和，不损坏填料；整个搅拌和曝气系统很容易维护管理，由于填料对气泡的切割作用提高氧转移效率，可使用穿孔曝气提高曝气系统安全性，延长检修周期。

6.适用于污水处理厂升级改造及立体扩容

MBBR工艺运转灵活性高，可以采用各种池型，而不影响工艺的处理效果；同时可以很灵活的选择不同比表面积填料及不同填料填充率。当实际运行进水水质或水量发生变化时，只通过提高填料填充率，即可保证原设计生物池容不变的情况下，达到体力扩容的目的，达到兼顾高效处理和远期扩大处理规模而无需增大池容的要求。

由于MBBR工艺独有的泥膜共生系统，能够很好的将活性污泥法和生物膜法有机结合起来，具有泥膜共生技术的显著优点，将活性污泥法和生物膜法巧妙的结合在一起。该系统的主要目的就是利用生物膜法抗低温效果好的特性，增强有机物和氨氮在好氧段的去除，使他们的去除率超过单独使用混合液的相应去除率。MBBR悬浮填料中生产的生物膜内存在硝化菌，生物膜的剥落会给混合液接种，与在同样的混合液悬浮固体平均细胞停留时间下的单独活性污泥法相比，这种生物膜剥落和接种会显著增加混合液中的硝化菌比例，因此生物膜载体的存在有助于增加单位池子体积的硝化率，增强二级处理工艺的硝化能力，从而进一步提高氨氮的去除效率。其主要应用特点有以下几方面：

1.适用于进水温度极低的严寒地区

在我国内蒙和东北地区，冬季寒冷季节一般要持续半年。污水进水温度持续低温的情况下，对活性污泥的生长和降解污染物的能力会受到很大的影响。而MBBR工艺系统中具有普通活性污泥法不具备的生物膜系统，抵抗低温的能力更为优秀，例如在我国的内蒙赤峰县污水进水温度最低时达到4℃，持续监测出水水质指标1个月后发现，污染物指标仍能够满足国家排放标准。

2.适用于改扩建工程

由于MBBR工艺向生化池中投加悬浮填料后，生化池中悬浮填料的活性污泥菌群可以在不影响原有生化池菌群的前提下生长，这样就可以在不动土建的前提下实现处理水量的增加，极大的减少了扩建工程的工作量，同时减少了建设用地。但MBBR工艺带来极大便利的同时，也要注意设计上的问题。在原有生化池中投加悬浮填料的比例要适中，过度的投加悬浮填料会导致填料的流化困难，根据实际工程经验，悬浮填料最大投加比例为好氧区池容的60%，通常设计时均留有余量，投加比例不会超过50%，否则填料流化困难将带来填料堆积、堵塞筛网、生化池溢流等严重问题。

3.应合理设计筛网过流面积及曝气系统

由于一般MBBR工艺悬浮填料尺寸为25mm的圆形多孔填料，悬浮填料在好氧区处于流动循环状态，为避免悬浮填料随水流进入下一个构筑物导致填料的流失，在MBBR工艺悬浮填料区需设置拦截筛网对悬浮填料进行拦截。设计上需考虑在拦截填料的同时应保证筛网孔眼的过流量，如过流量不足或底部曝气系统设计不合理，将导致悬浮填料在筛网处堆积，这将对过流量产生负面的影响，严重时悬浮填料会全部淤堵在筛网处，导致生化池内的水量无法进入下一单元，最终导致冒池现象的发生。设计时应充分应用水力学原理，在筛网处设计单独的穿孔曝气管，使筛网处的悬浮填料处于流化状态，从而发挥悬浮填料正常的处理功能。

移动床生物膜填料工艺（MBBR工艺）作为近些年新开发的污水处理工艺，其在苛刻的外部条件下，对于强化污水中有机污染物的去除具有良好的处理效果。因此移动床生物膜填料工艺（MBBR工艺）的应用前景十分广阔。在实际设计和应用过程中，需要对该工艺的运行特点作深入的了解，规避可能产生的问题，充分发挥MBBR工艺的优势，不断解决完善其在工程实践过程中产生的问题，使其在污水处理领域大放光彩。