MBBR 工艺在市政污水处理中的应用

赵成艺

（太原市城市排水管理中心，山西 太原 030006）

0 引言

在以往的经济发展中，不重视生态环境保护，导致环境污染、资源短缺问题的产生与加剧。现如今，人们已经认识到了这两种问题的危害，绿色节能已经成为全社会的共识。水是人类赖以生存的重要资源，为解决当前日趋严重的“水危机”问题，应高度重视污水处理，以实现对水资源的回收利用。加大对市政污水处理工艺的研究，具有重要的现实价值。

1 MBBR 工艺及其特征

1.1 作用原理

MBBR 工艺的作用原理是将适量悬浮载体添加到反应器之中，通过增加生物种类以及数量，可以实现反应器处理效率的有效提升。这个过程中，因为添加的悬浮载体密度与水很接近，所以在曝气时，其可以与水完全混合，气、液、固三相均是微生物的理想生长环境。载体在水中的剪切、碰撞作用，可使空气中的气泡更细小，有利于提升氧气利用率。与此同时，每个载体的外部、内部均有着一些生物，这些生物种类有一定的差异，外部一般为好氧菌，内部通常为兼氧菌或者是厌氧菌，这样的情况下，可以将每个载体看作是一个个微型反应器，基于这些微型反应器，可以同时出现硝化反应、反硝化反应，从而实现污水处理效果的有效提升[1]。

1.2 特征

对MBBR 工艺的优点进行分析发现，其有机结合了生物接触氧化法、流化床两种传统污水处理工艺的优势。MBBR 工艺可凭借曝气池中的曝气与水流提升作用，使载体处于流化状态，进而形成附着生长的生物膜、悬浮生长的活性污泥，使得移动床生物膜实现了对整个反应器空间的有效使用，将悬浮相生物、附着相生物的作用充分发挥出来，互为补充。与其他填料相比，悬浮填料可以与污水多次接触，所以被称作“移动的生物膜”。

1.3 优势

MBBR 工艺的优势主要如下：①氧化池的容积较小，前期基础设施建设投资较少。②处理负荷高。③无须设置污泥回流装置以及反冲洗设备，有利于降低污水处理成本。④污泥产率较低，可节约污泥处置费用。⑤可直接投加填料，无须设置填料支架，可节约安装支架的费用与时间[2]。

2 MBBR 工艺的分类

MBBR 工艺下，微生物是以悬浮载体为主要附着物，无须设置污泥回流，同时也不会富集悬浮态污泥，从本质上来看，MBBR 工艺是一种连续流、移动床、生物膜法生化处理工艺，是对生物膜法流化床工艺的升级。MBBR 工艺有效避免了活性污泥法存在的低温耐受性差、占地面积较大的缺陷，在污水处理工作中有着理想的应用价值。

MBBR 工艺可分为纯膜MBBR、泥膜复合MBBR两种类型，这两种工艺均为连续流，其中纯膜MBBR 工艺是以生物膜为主体，泥膜复合MBBR 工艺是以活性污泥为主体[3]。

首先，对纯膜MBBR 工艺、泥膜复合MBBR 工艺的共同点进行分析发现，两者均是由悬浮载体以及配套拦截筛网、流化系统等组成。

（1）悬浮载体。在MBBR 系统中，悬浮载体为核心部分，密度约为0.94～0.96g/cm3，与水很接近，其优势在于可附着多种微生物群落、空隙率较高以及有效表面积较大。悬浮载体是生物膜的主要附着物，与活性污泥相比，生物膜对菌群的选择富集作用更好，且生物膜上硝化菌群占据着更大的占比，同时可存在诸多反硝化菌群。在生物膜上，悬浮态生物、膜上生物是相互独立的状态，可避免池容对污泥龄的限制，解决了聚磷与反硝化过程泥龄短、硝化过程泥龄长之间的矛盾。同时，实践发现，以正电改性为依托，悬浮载体的生物富集量可大幅度上涨，同时，生物膜的分层结构创造了好氧、缺氧环境，为同步硝化反硝化提供了有力的支持。

（2）拦截筛网。其主要作用是阻截悬浮载体，从而可以有效预防悬浮载体的流失。通过将空气喷射装置设置在拦截筛网的侧面，可以预防纤维物、悬浮载体在筛网上的粘附，从而能够有效确保过流效果。

（3）流化系统。流化的主要作用是预防悬浮载体对筛网造成堵塞，同时为生物膜的传质传氧提供助力。底部曝气、机械搅拌以及液体循环等方式，是MBBR 工艺流化过程得以实现的主要方式。

其次，对纯膜MBBR 工艺、泥膜复合MBBR 工艺的不同点进行分析发现，两者在工艺本质、工艺流程以及解决的问题方面存在着明显的差异，主要原因在于两者微生物有着不同的存在方式。

（1）工艺本质的差异。纯膜MBBR 工艺从本质上来看属于生物膜法，主要依靠附着态的生物膜来实现对污染物的去除。针对核心功能菌，生物膜有着非常强的富集能力，在纯膜MBBR 系统中，悬浮载体上的硝化细菌相对丰度通常是处于10%～25%，同时不受悬浮态微生物的竞争性影响，使得生物膜性能可以得到高效的释放，在环境抗逆性、除污效率方面有着良好的优势。泥膜复合MBBR 工艺从本质上来看属于活性污泥法，主要依靠活性污泥来实现对污染物的去除，生物膜可以起到辅助作用。在泥膜复合MBBR 系统中，泥、膜是共存的关系，两者竞合，导致生物膜活性无法得到高效的释放。在硝化细菌富集方面，泥膜复合MBBR 系统中，悬浮载体上的硝化细菌相对丰度通常是处于3%～15%，高于其在活性污泥中的相对丰度，体现了生物膜富集硝化细菌的优势，但受到实际运行调控的限制，变化范围通常较大。

（2）工艺流程。泥膜复合MBBR 工艺、纯膜MBBR工艺的流程如图1 所示。不富集活性污泥是纯膜MBBR 工艺的主要特征，其不需要污泥回流，相比较于泥膜复合MBBR 工艺，纯膜MBBR 工艺下可以不设置二沉池，可减少占地面积，出水可直接进入磁混凝沉淀等高效固液分离工艺，流程集约化程度较高。

图1 MBBR 工艺流程

（3）解决问题。纯膜MBBR 工艺解决了传统污水处理工艺模式下效率低、流程长以及构筑物占地面积较大的问题。泥膜复合MBBR 工艺解决了活性污泥负荷不足的问题，提升了活性污泥系统的处理性能。与泥膜复合MBBR 工艺相比，纯膜MBBR 工艺在污水处理中的应用范围更广、方式更灵活[4]。

3 MBBR 工艺的应用

3.1 MBBR 一体化污水处理设备

市政污水处理中，MBBR 工艺有着改造方便、占地少以及处理效率高、脱氮效果好等诸多优势，在点源污染治理中得到了越来越多的应用。在一体化污水处理设备中添加MBBR 工艺，可实现设备出水水质的有效提升，可用于农村污水处理、黑臭水体整治、工业园区废水治理以及船舶生活污水治理等分散式污水处理方面，在出水水质要求较高、污水处理设备体积受限的情况下可发挥良好的优势。

（1）农村污水处理。污水处理规模小、来源分散是农村污水处理的主要特征，应优先采取分散式处理方式，且考虑到进水氨氮浓度较高，可使用MBBR 工艺进行处理，以实现出水水质的提高。例如，上海市某农村污水治理示范项目中，通过采取MBBR-离子交换除磷工艺，使得出水水质大幅度提高，同时日处理水量达到了30m3。根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的相关规范，该项目出水水质符合“一级A 标”的要求[5]。

（2）黑臭水体整治。某城市在对域内河流黑臭水体进行整治的时候，采取了MBBR 一体化设备。对项目实际情况进行分析发现，该区域汇水区中地下管网错综复杂，存在着数量、位置不明的混接、错接点位，难以做到截污纳管。面对这样的情况，采取对点源污染进行原位处理的方式。采用MBBR 一体化设备对黑臭水体进行整治，设计水量220t/d，生物段有效池容38m3，有效水深1.6m，该设备由缺氧1 区、好氧1 区、缺氧2 区、好氧2 区、好氧3 区、过滤池、沉淀池等区域组成，根据设计要求，将适量SPR-Ⅱ型悬浮载体填料投加到好氧区、缺氧区中去，并设置化学除磷单元作为辅助。经检测放线，MBBR 一体化设备稳定运行后，出水水质达到准Ⅳ类要求，总氮去除率为83%，氨氮去除率为99.4%，COD 去除率为82%，污泥产量降低至传统污水处理工艺下污泥产量的25%左右。

（3）工业园区废水治理。工业废水具有成分复杂的特征，为了确保其出水水质满足要求，应采取复杂的污水处理工艺。将MBBR 工艺与芬顿氧化工艺、水解酸化工艺等前处理工艺有机结合起来，可适用不同水质；具有多种建设方式，如可添加至一体化设备中去，也可以建设池体结构，以满足各种工况的实际要求。

（4）船舶生活污水治理。水质稳定、来源单一是船舶生活污水的主要特征，但由于船舶空间狭窄，导致污水处理设备体积受到了严重限制，这就提高了船舶生活污水治理的难度。而具有出水水质稳定、占地小、产泥量少等优势的MBBR 工艺，在船舶生活污水治理中有着良好的适用性。相关研究中，在船舶生活污水治理中采用厌氧-好氧移动床生物膜反应器与电絮凝耦合A-OMBBR-E 工艺，总磷去除效率达到95.61%、总氮去除效率达到94.71%、氨氮去除效率达到99.86%、COD去除效率达到94.05%。

3.2 污水厂提标改造

传统污水处理厂准Ⅳ类、一级A 标提标改造中采取MBBR 工艺，可提升脱氮效果，同时，在同样处理效果下，可有效减少池体的面积，从而达到水质提标、提升池体空间利用率的目的[6]。

某城市污水处理厂，原处理规模为8×104t/d，其中工业废水为2×104t/d，参考《污水综合排放标准》（GB 8978—1996），该厂出水水质要求为二级排放标准。提标改造中，要求出水水质达到准Ⅳ类，且对脱氮效果提出了更严格的要求。由于该项目用地紧张，无法对池体进行扩建改造，故采取改造措施为对工业废水进行预处理，并通过填料，将原有生化池改造为MBBR 工艺。经过实践发现，改造后，总氮出水浓度为8.66mg/L，氨氮出水浓度为0.13mg/L，符合准Ⅳ类标准要求。

在污水处理厂提标改造中，MBBR 工艺具有诸多优势。①可适应各种水质改变，包括工业废水处理、生活污水处理，其中，对工业废水进行处理的时候，应使用水解酸化工艺进行预处理。②脱氮效果比较理想。③可解决用地紧张的问题，只需要在缺氧池、好氧池投加填料，便可以达到提标改造的目的。MBBR 工艺将生物膜法、活性污泥法两种工艺的优势有机结合起来，实现了污染物去除效率的有效提升[7]。

4 结语

综上所述，MBBR 工艺在污水处理领域有着良好的应用价值，加大对MBBR 工艺的研究，明确其作用原理，在分散式污水治理、污水厂提标改造等方面灵活运用MBBR 工艺，可提升污水处理效率与效果。相信随着科技的进步，MBBR 工艺也会不断优化、创新，在污水处理工作中发挥积极作用，为解决“水危机”问题做出更好的贡献。