基于MBBR工艺的服务区生态型模块化污水处理系统研发

田冬军

（山东高速材料技术开发集团有限公司，山东 济南 250001）

0 引言

目前，高速公路生活污水处理设施没有统一的设计规范，现有处理设施存在一些比较突出的问题，如大多使用二级生化处理，运行维护费用较高，出水不稳定，水质不达标，污水处理后大部分沿边沟排放，没有做到中水回用等。因此，根据高速公路服务区的相关特点，针对性研发污水处理系统十分有必要。高速公路服务区污水主要是生活污水和冲洗废水，其水质水量变化较大，污染物浓度比城市污水低，污水可生化性良好，处理难度小。服务区污水处理常用的工艺有地埋式一体化污水处理设备（A/O）、曝气生物滤池工艺（BAF）、膜生物反应器工艺（MBR）、人工湿地工艺等，但目前这些技术在服务区污水处理中大规模应用受限。

1 MBBR污水处理的工艺原理

MBBR为移动床生物膜工艺突破了传统固定床生物膜法（MBR）易堵塞和配水不均等问题，解决了生物流化床工艺的局限性，为生物膜法更广泛地应用于污水处理提供了条件。

MBBR工艺运用了生物膜法的基本原理，充分发挥了传统活性污泥法及固定式生物膜法的优点，又克服了二者的缺点。其关键技术在于应用了比重接近于水，轻微搅拌下易于随水自由运动的生物填料。

该填料具有有效表面积大，适合微生物吸附生长的特点。填料结构以具有受保护的可供微生物生长的内表面积为特征。当曝气充氧时，在好氧条件下，空气泡的上升浮力推动填料和周围水体流动起来，当气流穿过水流和填料的空隙时又被填料阻滞，并被分割成小气泡。在这一的过程中，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面积和传氧效率。在厌氧条件下，水流和填料在潜水搅拌器的作用下充分流动起来，使生物膜和被处理的污染物充分接触进而完成生物分解。其原理如图1所示。

MBBR（移动床生物膜）工艺有以下创新点：采用REME-20新型氧化反应填料。该填料为悬浮型填料，具有较大的表面积，一般可达500m2/m3填料体积，可为微生物生长提供巨大的空间，因此污染物处理效率高；另外，由于填料对气泡的切割作用，明显提高了氧的转移利用效率。

在泥水分离区选用轻滤料。轻滤料采用泡沫滤珠，滤料密度远小于水，污水在向上流的过滤过程中，滤料受到水浮力作用挤压密集在滤板下方，形成紧密的滤层。在反洗过程中水流自上往下冲散滤料，同时释放截留的悬浮物。在排泥过程中，随着污泥的排放，内罐水位下降形成对滤层的反冲洗。

采用沉淀过滤分层设计。常见一体化污水处理设备的沉淀过滤通常是由不同的水箱串联在一起，运行过程独立，排泥、反冲需要单独操作完成。MBBR工艺的过滤分层设置，能够使生化处理后的污水自流进入沉淀层，剩余污泥沉淀到泥斗中。沉淀后的水继续向上流动，流经过滤层。同时，在水的浮力作用下，轻滤料聚集形成紧密滤层，从而有效地过滤去除了大部分悬浮物，进一步净化水体。

污泥排放时产生对滤层的反冲洗作用。在泥斗内剩余污泥排放过程中，中心分离区内罐水位下降，向下的水流经过滤层时冲散滤料，随即将过滤截留的悬浮物释放出来，产生对滤层的反冲洗作用。

因此，基于MBBR工艺的服务区生态型模块化污水处理系统突破了传统生物膜法的限制，为高速公路服务区污水处理的进一步发展奠定了基础。

2 基于MBBR工艺的模块化污水处理设备的工艺设计

2.1 处理后的水质标准

污水处理后主要用于服务区冲厕、道路清扫及绿化用水，排放水质须符合《生活杂用水水质标准》（GB/T18920-2002）的相关指标要求。超出用量的处理外排水需满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）相关控制指标。原水、产水主要控制指标如表1所示。

表1 水质标准控制表

2.2 基本构造

模块化设备采用立式罐组合方式，该方式具有良好的水力条件，并且便于检修维护，其结构如图2所示。

服务区污水经管道收集后进入污水预处理池，在污水预处理池进水口位置设置格栅截留杂物。污水预处理池在调节水质、水量的同时，可对污水实施初步的生化处理，降低后续工艺负荷及能耗。预处理池出水经污水泵提升进入MBBR模块化污水处理设备，该设备结合生物移动床工艺、浅层沉淀工艺、轻滤料过滤工艺，集生化、沉淀、过滤于一体，结构紧凑，水力条件良好，运行稳定，方便管理。处理后的污水通过连通管道进入中间沉淀层，沉淀处理后的水在持续水压的作用下，向上进入过滤层，过滤出水自流进入贮水消毒池，对贮水消毒池内的污水消毒处理后，达到水质标准，可用于服务区的绿化、卫生间冲洗和洗车用水等。泥斗内的剩余污泥定期排放回流到污水预处理池循环利用，最终结合中水站构筑物清淤时统一处理。服务区MBBR模块化污水处理流程，如图3所示。

图2 MBBR污水处理设备构造图

图3 服务区MBBR模块化污水处理流程图-1-

2.3 主要参数

考虑到设备运输尺寸限制及常规服务区的排水量，设计两种规格的设备，可根据服务区不同的污水排放量组合相应数量的设备。根据现场条件及运行要求，设备可以在地面或地下设置。设备的主要参数如表2所示。

表2 模块化设备规格型号一览表

3 工程应用实例

本文以G25 长深高速山东滨州服务区为例，研发生态型模块化污水处理系统。滨州服务区建筑面积为5600m2，日产生污水量约180t（单侧）。该项目按照单侧服务区200t/d的处理规模设计，模块化污水处理布局如图4所示。

图4 长深高速滨州服务区MBBR模块化污水处理布局图

污水站建设投资约为60万元，其中模块化设备46万元，土建构筑物14万元，投资估算如表3所示。

表3 服务区生态型模块化污水处理系统建设投资估算表

以G25长深高速滨州服务区为例，该系统自动化程度高，出水水质稳定，水力条件好，在日常使用过程中无需专人管理，可以节省人工费约3万元/人·年。按照服务区日排水量400t（双侧）计算，全部处理回用可节约市政供水接近400t。该处理系统杂用水处理成本约0.5元/t（含人工费、电费和药剂费等），而市政供水价格按3.0元/t；每天可以节约用水费用（3.0-0.5）×400=1000元，年节约水费约36万元。经分析可知该系统具有较好的经济效益、社会效益。

4 结论

本文以G25长深高速滨州服务区为例，进行了基于MBBR工艺的生态型模块化污水处理系统的研究与开发。通过研究可知，该系统占地面积小，MBBR模块化处理设备采用立式罐体布设，形式简单紧凑，占地面积仅为其他工艺流程的1/3。投资费用低，设备的基础投资费用低于其他常规工艺，且部分基础设施可充分利用服务区现有设施。出水水质稳定，模块化设备集生化处理、沉淀、过滤于一体，水力条件良好，处理效率高。运行管理简单，设备采用模块化设计，生产标准化程度高，安装和运行管理简单方便，且低温适应性强。后期维护费用低，污水处理成本约0.5元/t，仅为工矿企业市政供水价格的六分之一。

在今后的应用中，建议在模块化设备基础上增加人工湿地工艺设计，不仅可降低前级的处理负荷、提高二次处理效果，而且可营造服务区生态景观，实现污水处理、生态景观、贮水回用一体化综合功能。