MBBR 工藝在市政污水處理中的應用

趙成藝

（太原市城市排水管理中心，山西 太原 030006）

0 引言

在以往的經濟發展中，不重視生態環境保護，導致環境污染、資源短缺問題的產生與加劇。現如今，人們已經認識到了這兩種問題的危害，綠色節能已經成為全社會的共識。水是人類賴以生存的重要資源，為解決當前日趨嚴重的“水危機”問題，應高度重視污水處理，以實現對水資源的回收利用。加大對市政污水處理工藝的研究，具有重要的現實價值。

1 MBBR 工藝及其特征

1.1 作用原理

MBBR 工藝的作用原理是將適量懸浮載體添加到反應器之中，通過增加生物種類以及數量，可以實現反應器處理效率的有效提升。這個過程中，因為添加的懸浮載體密度與水很接近，所以在曝氣時，其可以與水完全混合，氣、液、固三相均是微生物的理想生長環境。載體在水中的剪切、碰撞作用，可使空氣中的氣泡更細小，有利于提升氧氣利用率。與此同時，每個載體的外部、內部均有著一些生物，這些生物種類有一定的差異，外部一般為好氧菌，內部通常為兼氧菌或者是厭氧菌，這樣的情況下，可以將每個載體看作是一個個微型反應器，基于這些微型反應器，可以同時出現硝化反應、反硝化反應，從而實現污水處理效果的有效提升[1]。

1.2 特征

對MBBR 工藝的優點進行分析發現，其有機結合了生物接觸氧化法、流化床兩種傳統污水處理工藝的優勢。MBBR 工藝可憑借曝氣池中的曝氣與水流提升作用，使載體處于流化狀態，進而形成附著生長的生物膜、懸浮生長的活性污泥，使得移動床生物膜實現了對整個反應器空間的有效使用，將懸浮相生物、附著相生物的作用充分發揮出來，互為補充。與其他填料相比，懸浮填料可以與污水多次接觸，所以被稱作“移動的生物膜”。

1.3 優勢

MBBR 工藝的優勢主要如下：①氧化池的容積較小，前期基礎設施建設投資較少。②處理負荷高。③無須設置污泥回流裝置以及反沖洗設備，有利于降低污水處理成本。④污泥產率較低，可節約污泥處置費用。⑤可直接投加填料，無須設置填料支架，可節約安裝支架的費用與時間[2]。

2 MBBR 工藝的分類

MBBR 工藝下，微生物是以懸浮載體為主要附著物，無須設置污泥回流，同時也不會富集懸浮態污泥，從本質上來看，MBBR 工藝是一種連續流、移動床、生物膜法生化處理工藝，是對生物膜法流化床工藝的升級。MBBR 工藝有效避免了活性污泥法存在的低溫耐受性差、占地面積較大的缺陷，在污水處理工作中有著理想的應用價值。

MBBR 工藝可分為純膜MBBR、泥膜復合MBBR兩種類型，這兩種工藝均為連續流，其中純膜MBBR 工藝是以生物膜為主體，泥膜復合MBBR 工藝是以活性污泥為主體[3]。

首先，對純膜MBBR 工藝、泥膜復合MBBR 工藝的共同點進行分析發現，兩者均是由懸浮載體以及配套攔截篩網、流化系統等組成。

（1）懸浮載體。在MBBR 系統中，懸浮載體為核心部分，密度約為0.94～0.96g/cm3，與水很接近，其優勢在于可附著多種微生物群落、空隙率較高以及有效表面積較大。懸浮載體是生物膜的主要附著物，與活性污泥相比，生物膜對菌群的選擇富集作用更好，且生物膜上硝化菌群占據著更大的占比，同時可存在諸多反硝化菌群。在生物膜上，懸浮態生物、膜上生物是相互獨立的狀態，可避免池容對污泥齡的限制，解決了聚磷與反硝化過程泥齡短、硝化過程泥齡長之間的矛盾。同時，實踐發現，以正電改性為依托，懸浮載體的生物富集量可大幅度上漲，同時，生物膜的分層結構創造了好氧、缺氧環境，為同步硝化反硝化提供了有力的支持。

（2）攔截篩網。其主要作用是阻截懸浮載體，從而可以有效預防懸浮載體的流失。通過將空氣噴射裝置設置在攔截篩網的側面，可以預防纖維物、懸浮載體在篩網上的粘附，從而能夠有效確保過流效果。

（3）流化系統。流化的主要作用是預防懸浮載體對篩網造成堵塞，同時為生物膜的傳質傳氧提供助力。底部曝氣、機械攪拌以及液體循環等方式，是MBBR 工藝流化過程得以實現的主要方式。

其次，對純膜MBBR 工藝、泥膜復合MBBR 工藝的不同點進行分析發現，兩者在工藝本質、工藝流程以及解決的問題方面存在著明顯的差異，主要原因在于兩者微生物有著不同的存在方式。

（1）工藝本質的差異。純膜MBBR 工藝從本質上來看屬于生物膜法，主要依靠附著態的生物膜來實現對污染物的去除。針對核心功能菌，生物膜有著非常強的富集能力，在純膜MBBR 系統中，懸浮載體上的硝化細菌相對豐度通常是處于10%～25%，同時不受懸浮態微生物的競爭性影響，使得生物膜性能可以得到高效的釋放，在環境抗逆性、除污效率方面有著良好的優勢。泥膜復合MBBR 工藝從本質上來看屬于活性污泥法，主要依靠活性污泥來實現對污染物的去除，生物膜可以起到輔助作用。在泥膜復合MBBR 系統中，泥、膜是共存的關系，兩者競合，導致生物膜活性無法得到高效的釋放。在硝化細菌富集方面，泥膜復合MBBR 系統中，懸浮載體上的硝化細菌相對豐度通常是處于3%～15%，高于其在活性污泥中的相對豐度，體現了生物膜富集硝化細菌的優勢，但受到實際運行調控的限制，變化范圍通常較大。

（2）工藝流程。泥膜復合MBBR 工藝、純膜MBBR工藝的流程如圖1 所示。不富集活性污泥是純膜MBBR 工藝的主要特征，其不需要污泥回流，相比較于泥膜復合MBBR 工藝，純膜MBBR 工藝下可以不設置二沉池，可減少占地面積，出水可直接進入磁混凝沉淀等高效固液分離工藝，流程集約化程度較高。

圖1 MBBR 工藝流程

（3）解決問題。純膜MBBR 工藝解決了傳統污水處理工藝模式下效率低、流程長以及構筑物占地面積較大的問題。泥膜復合MBBR 工藝解決了活性污泥負荷不足的問題，提升了活性污泥系統的處理性能。與泥膜復合MBBR 工藝相比，純膜MBBR 工藝在污水處理中的應用范圍更廣、方式更靈活[4]。

3 MBBR 工藝的應用

3.1 MBBR 一體化污水處理設備

市政污水處理中，MBBR 工藝有著改造方便、占地少以及處理效率高、脫氮效果好等諸多優勢，在點源污染治理中得到了越來越多的應用。在一體化污水處理設備中添加MBBR 工藝，可實現設備出水水質的有效提升，可用于農村污水處理、黑臭水體整治、工業園區廢水治理以及船舶生活污水治理等分散式污水處理方面，在出水水質要求較高、污水處理設備體積受限的情況下可發揮良好的優勢。

（1）農村污水處理。污水處理規模小、來源分散是農村污水處理的主要特征，應優先采取分散式處理方式，且考慮到進水氨氮濃度較高，可使用MBBR 工藝進行處理，以實現出水水質的提高。例如，上海市某農村污水治理示范項目中，通過采取MBBR-離子交換除磷工藝，使得出水水質大幅度提高，同時日處理水量達到了30m3。根據《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的相關規范，該項目出水水質符合“一級A 標”的要求[5]。

（2）黑臭水體整治。某城市在對域內河流黑臭水體進行整治的時候，采取了MBBR 一體化設備。對項目實際情況進行分析發現，該區域匯水區中地下管網錯綜復雜，存在著數量、位置不明的混接、錯接點位，難以做到截污納管。面對這樣的情況，采取對點源污染進行原位處理的方式。采用MBBR 一體化設備對黑臭水體進行整治，設計水量220t/d，生物段有效池容38m3，有效水深1.6m，該設備由缺氧1 區、好氧1 區、缺氧2 區、好氧2 區、好氧3 區、過濾池、沉淀池等區域組成，根據設計要求，將適量SPR-Ⅱ型懸浮載體填料投加到好氧區、缺氧區中去，并設置化學除磷單元作為輔助。經檢測放線，MBBR 一體化設備穩定運行后，出水水質達到準Ⅳ類要求，總氮去除率為83%，氨氮去除率為99.4%，COD 去除率為82%，污泥產量降低至傳統污水處理工藝下污泥產量的25%左右。

（3）工業園區廢水治理。工業廢水具有成分復雜的特征，為了確保其出水水質滿足要求，應采取復雜的污水處理工藝。將MBBR 工藝與芬頓氧化工藝、水解酸化工藝等前處理工藝有機結合起來，可適用不同水質；具有多種建設方式，如可添加至一體化設備中去，也可以建設池體結構，以滿足各種工況的實際要求。

（4）船舶生活污水治理。水質穩定、來源單一是船舶生活污水的主要特征，但由于船舶空間狹窄，導致污水處理設備體積受到了嚴重限制，這就提高了船舶生活污水治理的難度。而具有出水水質穩定、占地小、產泥量少等優勢的MBBR 工藝，在船舶生活污水治理中有著良好的適用性。相關研究中，在船舶生活污水治理中采用厭氧-好氧移動床生物膜反應器與電絮凝耦合A-OMBBR-E 工藝，總磷去除效率達到95.61%、總氮去除效率達到94.71%、氨氮去除效率達到99.86%、COD去除效率達到94.05%。

3.2 污水廠提標改造

傳統污水處理廠準Ⅳ類、一級A 標提標改造中采取MBBR 工藝，可提升脫氮效果，同時，在同樣處理效果下，可有效減少池體的面積，從而達到水質提標、提升池體空間利用率的目的[6]。

某城市污水處理廠，原處理規模為8×104t/d，其中工業廢水為2×104t/d，參考《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996），該廠出水水質要求為二級排放標準。提標改造中，要求出水水質達到準Ⅳ類，且對脫氮效果提出了更嚴格的要求。由于該項目用地緊張，無法對池體進行擴建改造，故采取改造措施為對工業廢水進行預處理，并通過填料，將原有生化池改造為MBBR 工藝。經過實踐發現，改造后，總氮出水濃度為8.66mg/L，氨氮出水濃度為0.13mg/L，符合準Ⅳ類標準要求。

在污水處理廠提標改造中，MBBR 工藝具有諸多優勢。①可適應各種水質改變，包括工業廢水處理、生活污水處理，其中，對工業廢水進行處理的時候，應使用水解酸化工藝進行預處理。②脫氮效果比較理想。③可解決用地緊張的問題，只需要在缺氧池、好氧池投加填料，便可以達到提標改造的目的。MBBR 工藝將生物膜法、活性污泥法兩種工藝的優勢有機結合起來，實現了污染物去除效率的有效提升[7]。

4 結語

綜上所述，MBBR 工藝在污水處理領域有著良好的應用價值，加大對MBBR 工藝的研究，明確其作用原理，在分散式污水治理、污水廠提標改造等方面靈活運用MBBR 工藝，可提升污水處理效率與效果。相信隨著科技的進步，MBBR 工藝也會不斷優化、創新，在污水處理工作中發揮積極作用，為解決“水危機”問題做出更好的貢獻。