MBBR工艺在市政污水处理中的应用及展望

向元婧，蒋 潇

(1.重庆市市政设计研究院有限公司， 重庆 400000；2.中国城市规划设计研究院西部分院，重庆 400000)

1 引言

移动床生物膜反应器工艺((Moving Bed Biofilm Reactor，MBBR)在国外发展较早，截至2009年就有600余套MBBR系统在50多个国家得到应用[1]。在2000年左右被国内引进，早期由于流化、拦截等系列问题没有得到系统解决，在国内一直存在应用瓶颈。直至2008年首次在无锡污水处理厂被成功运用并良好运行后[2]，才开始在国内逐步推广。

MBBR是向反应器中投加悬浮载体作为微生物生长的场所，附着生物膜的悬浮载体在反应器中的流动状态与活性污泥相近，被称为“流动的生物膜”[3]。该工艺主要具备以下优点，有机负荷高、抗冲击能力强、同等处理效果下池体更小、生物停留时间独立于水力停留时间、污泥产量少、无需污泥回流、方便改造、易于固液分离等。

2 MBBR工艺简介

典型的MBBR工艺系统包括悬浮载体、拦截筛网、流化系统。

2.1 悬浮载体

MBBR工艺分为纯膜工艺和泥膜复合工艺，两者区别主要在于是否设置污泥回流区，后者生物膜分为悬浮态和附着态，悬浮载体是微生物栖息的主要场所。悬浮载体为MBBR系统的核心部分，密度接近于水(0.94～0.96 g/cm3)，有效比表面积大、空隙率高、可附着微生物群落多。

MBBR系统中，生物膜主要生长在悬浮载体上，较之活性污泥，生物膜对菌群具有更强的选择富集作用，膜上硝化菌群占比更高，且可生长大量反硝化菌群。膜上生物和悬浮态生物相互独立，实现污泥龄不依托于池容，降低了硝化过程泥龄长、反硝化和聚磷过程泥龄短之间的冲突。另有研究表明[4]，悬浮载体可通过正电改性以增大生物富集量，生物膜的分层结构也为同步硝化反硝化(Simultaneous Nitrification and Dinitrification，SND)提供了好氧和缺氧环境。

2.2 拦截筛网

拦截筛网主要对悬浮载体起阻截作用，防止流失。筛网侧面通常安装有空气喷射装置，防止悬浮载体和纤维物粘附在筛网上，影响过流效果。

2.3 流化系统

MBBR工艺流化过程主要通过底部曝气、液体循环、机械搅拌等方式实现。流化有助于生物膜的传质传氧以及防止悬浮载体堵塞筛网。

3 MBBR在国内的应用

3.1 污水厂提标改造

MBBR工艺应用于传统污水厂一级A标或者准Ⅳ类提标改造，一方面在脱氮方面具备显著优势，另一方面同样处理效果下池体更小，可实现水质提标和原有池体空间提升利用的双重效应。

台州市黄岩江口污水处理厂[5]，原处理规模8万t/d(含2万t/d工业废水)，出水水质标准为《污水综合排放标准》( GB 8978-1996)二级排放标准，提标后要求出水达到准Ⅳ类。由于原出水标准对总氮无明确要求，提标后对出水总氮指标要求更为严格。提标段措施主要为增设工业废水预处理+生化池改良。由于该工程用地紧张，难以实现池体扩建，因此通过投加填料将原有生化池改造为MBBR工艺，有效提高了有机物和氨氮的去除率。改造后，氨氮、总氮的出水浓度分别为0.15、8.73 mg/L，满足准Ⅳ类出水标准。

MBBR在污水厂提标改造中具备以下特征：①能应对各类水质变化，既适合生活污水也能应用于工业废水处理[6～8]，工业废水通常需经过水解酸化后进入生化池；②多应用于主工艺环节，对生化池中的好氧池或缺氧池进行改造；③脱氮效果好，尤其适用于北方冬季水温低出水氨氮不达标的情况；④适用于用地紧张的污水厂提标改造，通过在好氧池、缺氧池投加填料，充分综合活性污泥法和生物膜法的优势，提高污染物去除效率。同时，在反硝化脱氮的强化过程中，可通过好氧池内投加填料，提升好氧池负荷，将原部分好氧池改造为缺氧池，突破池容比例限制(表1)。

表1 MBBR工艺在污水厂提标改造中的应用

3.2 MBBR一体化污水处理设备

MBBR工艺因占地空间小、脱氮效果好、改造方便，逐步被用于一体化设备用作点源污染治理。

3.2.1 黑臭水体点源污染整治

在对岔河[15]黑臭水体整治过程中，由于汇水区内地下管网错综复杂，错接、混接点位不明，截污纳管难度较大，因此对康居路点源污染进行原位处理。整治过程中采用MBBR一体化设备，有效水深为1.7 m，生物段的有效池容为40 m3，设计水量240 t/d。MBBR设备集成了缺氧Ⅰ区、好氧Ⅰ区、缺氧Ⅱ区、好氧Ⅱ区、好氧Ⅲ区以及高效沉淀池和过滤池等功能区域，在好氧区和缺氧区均投加SPR-Ⅱ型悬浮载体填料，同时辅以化学除磷单元。稳定运行后，COD、氨氮、总氮去除率分别达到82%、99.3%、83%，出水水质达到准Ⅳ类要求，污泥产量约为传统工艺污泥的28%左右。

3.2.2 船舶生活污水处理

船舶生活污水处理，来源单一且水质稳定。其处理瓶颈在于船舶空间狭窄，设备体积受限。MBBR工艺因占地空间小，出水水质稳定，产泥量少而得到青睐。梁研[16]等采用厌氧-好氧移动床生物膜反应器(A-OMBBR)与电絮凝耦合为A-OMBBR-E工艺对模拟船舶生活污水进行处理研究，COD、氨氮、总氮、总磷的去除效率分别可达94.05%、99.86%、94.71%、95.61%。

3.2.3 农村生活污水处理

农村生活污水分散且处理规模小，分散式处理优于集中式，同时进水氨氮浓度较高， MBBR工艺得以成熟应用。例如，上海某农村生活污水处理示范工程中[17]，采用MBBR-离子交换除磷工艺，日处理水量30 m3，出水水质稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标。

4 MBBR工艺应用展望

MBBR因其强化脱氮除磷，负荷高，节约用地，抗冲击负荷能力强，耐受低温、贫营养、高毒性、高氯离子等水质环境而得到广泛应用。随着填料流态化、动力学、水力学、材料学等多学科的研究更加深入，MBBR工艺将进一步突破应用瓶颈，在更多方面得到应用。

(1)建设用地限制，污水厂难以扩建的区域。通过工艺的改进实现内部自我消化，是市政污水厂提标改造时较为实用的途径。MBBR作为一种改善工艺，具备强化硝化反硝化，提高脱氮的能力，可与多种处理工艺结合，同时施工周期较短，将是市政污水厂提标改造中的优先选择途径。

(2)分散式污水处理。将MBBR工艺镶嵌入一体化污水处理设备，提高设备出水水质，可用于黑臭水体整治、合流制溢流污染控制、农村污水处理、船舶生活污水等分散式处理，尤其适用于处理设备体积受限但出水水质要求高的情况。

(3)工业园区废水处理。对于成分复杂的工业废水，需更为复杂的处理工序才能满足出水标准。MBBR工艺通过与不同的前处理工艺(水解酸化、芬顿氧化等)结合，可适应于不同的水质；同时建设方式多样化，既可直接建设为池体结构，也可镶嵌入一体化设备，满足不同的工况需求。如MBBR在煤气化废水处理[8]、化工园区污水处理[6]中的应用等。