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MBBR工艺的研究进展及其应用

发表时间：2020/8/6 来源：《基层建设》2020年第10期作者：陈丽雅

[导读] 摘要：为了进一步改善水环境质量及恢复水体功能，污水排放标准不断提高，大部分污水处理厂都面临在原处理工艺的基础上进行提标改造的难题。

        广东省环境保护工程研究设计院有限公司广东广州 510030
        摘要：为了进一步改善水环境质量及恢复水体功能，污水排放标准不断提高，大部分污水处理厂都面临在原处理工艺的基础上进行提标改造的难题。移动床生物膜反应器（MBBR）具有耐冲击负荷能力、良好的脱氮除磷效果等优点，该工艺在污水扩容及提标改造方面广泛应用。本文总结了MBBR工艺的原理、特点、影响因素及其在提标改造中的应用，旨在为开发污水处理厂的提标改造提供科学依据。
        关键词：移动床生物膜反应器；脱氮除磷；提标改造
        引言
        移动床生物膜反应器（Moving Bed Biofilm Reactor，简称为MBBR）主要是通过在原活性污泥处理系统的基础上提高负荷率，从而提高脱氮除磷的能力。该工艺是在结合了生物接触氧化法和传统流化床两者优势的基础上形成的一种高效污水处理工艺方法。MBBR工艺的本质是将比重接近于水的悬浮填料作为微生物的活性载体并直接投加到曝气池中，在曝气池内水流和曝气的提升作用下使悬浮填料始终处于流化状态。MBBR工艺是生物膜法和活性污泥法相结合的一种工艺，具有耐冲击负荷、生物量大、占地少、能耗低、便于扩充和升级、便于运行管理等优点。MBBR工艺广泛应用在污水处理领域，是近年来发展潜力最大的一项废水处理技术[1]。
        1、MBBR工艺原理及特点
        1.1 MBBR工艺原理
        MBBR工艺原理是通过在反应器中投加一定数量的悬浮填料，增加反应器中微生物的种类和数量，从而反应器的处理能力得到提高。填料的密度与水接近，因此在曝气的时候填料与水处于完全混合的状态，微生物在气、固、液的三相环境中生长。空气气泡在载体水中的碰撞和剪切作用下变得更细小，氧气的利用率得以提高。此外，每个载体内外均有不同的生物种类，厌氧菌或兼氧菌生长在内部，好养菌生长在外部。因此，每个载体都能同时存在硝化反应和反硝化反应，提高了污水的处理效果。
        MBBR工艺是在结合生物接触氧化法和传统流化床两者优势的基础上形成的一种高效污水处理工艺方法。MBBR工艺的悬浮填料在曝气池内水流和曝气的提升作用始终处于流化状态，进而形成活性污泥和生物膜相结合的一种新新型工艺，使得整个反应器空间充满了移动床生物膜，活性污泥法和生物膜法两者的优越性得到充分发挥。
        1.2 MBBR工艺特点
        与活性污泥法和固定填料生物膜法相比，MBBR工艺充分发挥了活性污泥法和传统生物膜法两者的优越性，MBBR的特点如下：
        （1）容积负荷高
        该工艺容积负荷高，因而具有紧凑省地的特点，特别是对现有污水处理厂（设施）提标改造效果明显，仅需对现有设施简单改造不增加用地面积，污水处理能力几即可大大提高，并提高出水水质。
        （2）耐冲击负荷能力强，性能稳定，运行可靠
        活性污泥法受到冲击负荷和稳定变化的影响要远大于流动床工艺。生物膜对水质的突变（如：污水毒性增加或污水成分变化）有一定的耐受力。
        （3）操作方便，维护简单
        搅拌器的叶片采用特殊的香蕉型形状叶片，外形轮廓线条柔和，不会对填料造成损坏。采用穿孔曝气的曝气系统，不易堵塞。整个搅拌和曝气系统维护管理简便。
        （4）生物池无堵塞，充分利用生物池池容，没有死角
        填料和水流在生物池的整个容积内得到充分的混合，因此池容得到充分利用，也从根本上防止了生物池的堵塞。
        （5）灵活方便
        工艺的灵活性体现在两个方面。一方面，各种池型（深浅方圆都可）均可适用，且对处理效果不造成影响。另一方面，在兼顾高效和远期扩大处理规模而无需增大池容要求的基础上，可以很灵活的选择不同的填料填充率。通过对流化床生物膜工艺和原有工艺进行有机地结合，形成流化床活性污泥组合工艺或活性污泥-生物膜集成工艺，易于实现对原有活性污泥法处理厂进行改造和升级。
        （6）使用寿命长
        生物填料优质耐用。此外，气系统和出水装置无需频换更换，进而保证整个系统长期稳定运行无需频繁更换，折旧率低。

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        2、MBBR工艺影响因素
        MBBR工艺的影响因素主要有温度、碳氮比（C/N）、溶解氧（DO）、pH值等[2-4]。
        2.1温度
        温度通过影响硝化菌和反硝化菌新陈代谢活动从而影响MBBR工艺的处理能力。硝化细菌的生长温度为20~30℃，反硝化细菌适宜的生长温度为20~40℃。
        2.2碳氮比（C/N）
        有机碳源是细菌代谢必需的物质和能量来源，C/N高，反硝化获得的碳源充足，同步硝化反硝化越明显，总氮的去除率也越高，但过高的有机负荷会使硝化反应速率下降或停止。通常，碳氮比控制在10~12。
        2.3溶解氧(DO)
        DO浓度梯度是实现同步硝化和反硝化的关键，DO浓度的增加有利于硝化反应进行，但会抑制反硝化速率；反之DO浓度的降低有利于反硝化反应的进行，但会影响硝化反应速率，DO一般控制在2~4mg/L的范围内。
        2.4 pH值
        pH值通过对填料上硝化菌和反硝化菌新陈代谢活动的影响，从而影响生物脱氮工艺的运行，pH值一般在7.0~8.5的范围内。
        3、MBBR在污水处理提标改造中的应用
        近年来，随着经济社会的不断发展，环境要求也越来越高，污水处理厂的扩容及提标改造工程势在必行。MBBR工艺因其特有的特点，在污水处理提标改造中得到广泛的应用。
        3.1 在A2/O及其变形工艺改造中的应用
        华东某污水处理厂扩容提效项目中在保留原有A2/O工艺的基础上，将原A2/O工艺中的O池改造成A2/O-MBBR工艺。生化池在改造过程中把原缺氧区和好氧区的前40%部分改造成缺氧区，好氧区采用两级MBBR工艺设计。此外，二沉池和高效沉淀池也需要做相应的改造，并新增转鼓过滤器。该污水处理厂经提标改造后水量提升20%，出水水质能稳定达到一级A标准，经优化运行后可达到地表水准IV类水标准[5]。
        3.2 在氧化沟工艺改造中应用
        佛山市高明区中心城区第一污水处理厂的提标改造工程，在原有A2O微曝氧化沟工艺的基础上，通过投加悬浮填料并改变原有氧化沟内沟曝气方式的方法，将原有A2O微曝氧化沟工艺改造成A2O微曝氧化沟-MBBR工艺。此外，该提标改造工程还增加了高效沉淀池、转盘滤布滤池等深度处理工艺。佛山市高明区中心城区第一污水处理厂经提标改造后排放的尾水水质能稳定达到一级A标准[6]。
        4、结语
        综上所述，MBBR工艺抗冲击负荷能力强，与现有工艺结合好，可实现在不改变现有处理系统地基础上对其进行改造，运行稳定、投资小，能有效地实现污水处理厂的扩容提效。因此，MBBR工艺在污水处理扩容及提标改造方面具有广阔的应用前景。
        参考文献
        [1]贺英. 污水处理改造中MBBR工艺的应用分析［J］.应用技术, 2019(06)：87-89.
        [2]唐诗，张砚，尹敬杰，蒋白懿. MBBR工艺的研究现状及在提标改造中的应用［J］. 建材与装饰, 2020(02): 213-214.
        [3]沈雁群.城镇污水MBBR强化脱氮除磷技术研究［D］.浙江：浙江大学,2011.
        [4]王钊, 李彦生，张耀斌，张宝义. 生物移动床处理污水的应用现状［J］. 江苏环境科技, 2006,19(S2): 133-135.
        [5]路晖，辛涛，吴迪，张晶晶. MBBR工艺在污水处理厂提量增效中的应用［J］. 中国给水排水, 2019. 35(04): 100-105.
        [6]夏超，吴志京，郑临奥，关建华，周家中. MBBR用于A2O微曝氧化沟工艺提标改造设计与运行［J］. 环境保护工程, 2020,38(03):238-242.
        作者简介：陈丽雅（1991-），女（汉族），硕士研究生，广西钦州市，广东省环境保护工程研究设计院有限公司，职称：技术人员；研究方向：环境污染治理。