MBBR工艺的设计说明

MBBR工艺背景介随着现代化 工业的进程和人口急剧的膨胀，水污染问题已经成为社会焦点之一，目前污水处理的方法主要有活性污泥法和生物膜法两大类：活性污泥法从 20世纪初英国开创以来， 经过几十年的发展革新已经拥有多种运行方式， 同时由于其极好的污水处理效果而逐渐成为大家认可的比较成熟的工艺； 生物膜法是利用附着在 填料上的生物对水体进行净化的一种工艺，近年来也得到迅速的发展和提高。从多年的运行实践来看， 活性污泥法虽较为成熟， 但也存在很多的缺点和不足， 如曝气池容积大、占地面积高、基建费用高等，同时对水质、水量变化的适应性较低，运行效果易受水质、水量变化的影响等。鉴于上述因素，这种污水处理方法逐渐被后来的生物膜法所取代。生物膜法弥补了活性污泥法的很多不足，如它的稳定性好、承受有机负荷和水力负荷冲击的能力强、无污泥膨胀、无回流，对有机物的去除率高，反应器的体积小、污水处理厂占地面积小等优点。但是生物膜法也有其特有的缺陷，如生物滤池中的 滤料易堵塞、需周期性反冲洗、 同时固定填料以及填料下曝气设备的更换较困难、生物流化床反应器中的载体颗粒只有在流化状态下才能发挥作用、 工艺的稳定性较差⋯等。 介于以上两种工艺的缺点和不足，移动床生物膜反应器 （moving-bed-biofilm-reactor，简称 MBBR应运而生。）MBBR法在 80年代末就有所介绍并很快在欧洲得到应用，它吸取了传统的活性污泥法和生物接触氧化法两者的优点而成为一种新型、 高效的复合工艺处理方法。 其核心部分就是以比重接近水的悬浮 填料直接投加到曝气池中作为微生物的活性载体，依靠曝气池的曝气和水流的提升作用而处于流化状态，当微生物附着在载体上， 漂浮的载体在反应器随着混合液的回旋翻转作用而自由移动， 从而达到污水处理的目的。作为悬浮生长的活性污泥法和附着生长的生物膜法相结合的一种工艺， MBBR法兼具两者的优点：占地少——在相同的负荷条件下它只需要普通氧化池 20%的容积；微生物附着在载体上随水流流动所以不需活性污泥回流或循环反冲洗；载体生物不断脱落，避免堵塞；有机负荷高、耐冲击负荷能力强，所以出水水质稳定；水头损失小、动力消耗低，运行简单，操作 管理容易；同时适用于改造工程等。在过去十几年的研究中， MBBR法已经作为一种成熟的工艺广泛应用于造纸 废水、食品工业废水 、屠宰废水、炼油废水等工业废水中，同时也可以处理城市生活污水以及城市 废水与工业废水 的混合污水。许多工程实例表明，用 MBBR法处理污水效果良好。MBBR工艺的原理更新时间： 09-4-2208:52

MBBR工艺原理是通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体，提高反应器中的生物量及生物种类，从而提高反应器的处理效率。由于 填料密度接近于水，所以在曝气的时候，与水呈完全混合状态，微生物生长的环境为气、液、固三相。载体在水中的碰撞和剪切作用，使空气气泡更加细小，增加了氧气的利用率。 另外，每个载体外均具有不同的生物种类， 部生长一些厌氧菌或兼氧菌， 外部为好养菌，这样每个载体都为一个微型反应器，使硝化反应和反硝化反应同时存在，从而提高了处理效果。MBBR工艺兼具传统流化床和生物接触氧化法两者的优点，MBBR工艺兼具传统流化床和生物接触氧化法两者的优点，曝气池的曝气和水流的提升作用使载体处于流化状态， 进而形成悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜，这就使得移动床生物膜使用了整个反应器空间，充分发挥附着相和悬浮相生物两者的优越性，使之扬长避短，相互补充。与以往的 填料不同的是，悬浮 填料能与污水频繁多次接触因而被称为“移动的生物膜”。MBBR工艺影响因素分析更新时间： 09-4-2208:54填料对MBBR法的影响MBBR法的技术关键在于比重接近于水、 轻微搅拌下易于随水自由运动的生物 填料。通常填料由聚乙烯塑料制成，每一个载体的外形为直径 10mm、高 8mm的小圆柱体，圆柱体中有十字支撑，外壁有突出的竖条状鳍翅， 填料中空部分占整个体积的 0.95，即在一个充满水和 填料的容器中，每一个 填料中水占的体积为 95%。考虑到 填料旋转以及总容器容积， 填料的填充比被定义为载体所占空问的比例，为了达到最好的混合效果， 填料的填充比最大为 0.7。理论上填料总的比表面积是按照每一单位体积生物载体比表面积的数量来定义的，一般为 700m2/m3。当生物膜在载体部生长时，实际有效利用的比表面积约为 500m2/m3。此类型的生物 填料有利于微生物在 填料侧附着生长，形成较稳定的生物膜，并且容易形成流化状态。当预处理要求较低或污水中含有大量纤维物质时， 例如在市政污水处理中不采用初沉池或者在处理含有大量纤维的造纸 废水时，采用比表面积较小、尺寸较大的生物 填料，当已有较好的预处理或用于硝化时，采用比表面积大的生物 填料。溶解氧 (DO)对MBBR法的影响王学江等对 DO在MBBR中同步硝化一反硝化生物脱 氮过程中的影响机理进行了详细分析， 认为DO浓度是影响同步硝化一反硝化的一个主要的限制因素。通过对 DO浓度的控制，可使生物膜的不同部位形成好氧区或缺氧区，这样便具有了实现同步硝化一反硝化的物理条件。从理论上讲，当 DO质量浓度过于高时， DO能穿透到生物膜部，使其部难以形成缺氧区，大量的氨 氮被氧化为硝酸盐和亚硝酸盐，使得出水 TN仍然很高；反之，如果 DO浓度很低，就会造成生物膜部很大比例的厌氧区，生物膜反硝化能力增强 (出水硝氮和亚硝氮浓度都很低 )，但由于 DO供应不足， MBBR工艺硝化效果下降，使得出水氨 氮浓度上升，从而导致出水 TN上升，影响最终的处理效果。通过研究最终得出了 MBBR法处理城市生活污水 DO的一个最佳值：当 DO质量浓度在 2mg/L以上时， DO对MBBR硝化效果的影响不大，氨氮的去除率可达 97%-99%，出水氨 氮都能保持在 1.0mg/L以下； DO质量浓度在 1.0mg/L左右时，氨氮的去除率在 84%左右，出水氨 氮浓度有明显上升。另外，曝气池 DO也不宜过高，溶解氧过高能够导致有机污染物分解过快，从而使微生物缺乏营养，活性污泥易于老化，结构松散。此外， DO过高，过量耗能，在经济上也是不适宜的。因为 MBBR法主要是通过悬浮 填料来实现最终的污水处理，所以 DO对悬浮 填料的影响也是影响整个处理结果的关键。曹占平等对 MBBR法充氧能力进行了实验研究，结果表明反应器的充氧能力在一定围随着悬浮 填料填充率的增大而增大。在曝气的作用下，水随 填料一起流化，水流紊动程度较无 填料时大，加速了气液界面的更新和氧的转移，使氧的转移速率提高。随着 填料数量的增多， 填料、气流和水流三者之间的这种切割作用和紊动作用不断加强。但加入 填料量为 60%时， 填料在水中的流化效果变差，水体紊动程度也降低，使得氧的传递速率下降，氧的利用率降低。所以针对不同类型的水质，控制好 DO的量对整个工艺最终的处理结果是至关重要的。水力停留时间对 MBBR工艺的影响合适的水力停留时间 (HRT)是确保净化效果和工程投资经济性的重要控制因素。 水力停留时间的长短将直接影响到水中有机物与生物膜的接触时间， 进而影响微生物对有机物的吸附和降解效率， 所以针对不同的污水类型找出经济而合理的 HRT是非常关键的问题之一。 国外对 HRT的研究并没有局限于研究 HRT本身的影响，而是通过实验去宏观把握。 SHHosseini等副在用 MBBR法对含酚类 工业废水进行了实验研究，结果表明：在一般情况下，随着 HRT的逐渐延长，出水 COD浓度会逐渐降低。但同时他也发现了一个更重要的影响因素，即 废水中酚类物质的 COD浓度与总的 COD浓度的比值（CODph/CODtot），当这一比值达到 0.6（即CODDph的浓度为 480mg/L）时， COD的去除效率最高并不受水力停留时间的影响。 国的实验大多认为出水 COD平均浓度随着水力停留时间的延长而降低， 若要缩短水力停留时间可通过加大 填料的投加比例 （高达 70%）来实现，当对出水水质要求不高时可减少 填料的投加比例引。另外还有试验结果表明：在中低氨 氮负荷条件下，随 HRT的减少，氨 氮填料表面负荷逐步升高，同时去除率维持原有水平或有一定增长；当氨 氮负荷升至高水平后，随着 HRT的减少，氨氮去除率逐步降低。这些针对 HRT的实验研究结果为今后 MBBR法的推广应用奠定了基础，但同时也有许多需要改进之处， 比如试验只是单纯的考虑 HRT本身的影响， 没有把其他因素与 HRT的关系有机的结合起来， 而SHHosseini等在酚类废水处理的研究中将 HRT和其他因素有机的结合起来进行探讨，不仅找到实验最重要的影响因素， 同时实验过程中各因素之间的相互影响、 相互制约关系也得到了很好地体现。所以针对影响因素的研究我们需要更全面更综合的考虑。水温对 MBBR法的影响在影响微生物生理活动的各项因素中，温度的作用非常重要。温度适宜，能够促进、强化微生物的生理活动；温度不适宜，能够减弱甚至破坏微生物的生理活动。温度不适宜还能够导致微生物形态和生理特性的改变，甚至可能使微生物死亡。而微生物的最适温度是指在这一温度条件下，微生物的生理活动强劲、旺盛，表现在增殖方面则是裂殖速度快、世代时间短。 MBBR法主要是通过生物膜中各种类型微生物的新代谢来达到对污水中有机污染物的降解， 所以生物膜生长的好坏将直接关系到 废水处理的最终结果， 尤其对于硝化菌、 反硝化菌而言， 它们的生长周期长， 且对环境的变化非常敏感，硝化菌的适宜温度是 20℃-30℃，反硝化菌的适宜温度是 20℃-40℃，温度低于 15℃时，这两类细菌的活性均降低， 5~C是完全停止，所以温度的变化将直接影响这类细菌的生长。相关实验结果表明，氨氮填料表面负荷的变化基本与水温的变化趋势一致。 水温低时填料表面负荷低， 水温高时 填料表面负荷约达到水温低时的 15倍。由此可见，硝化细菌受温度影响大，低温条件下活性较弱。5pH值对 MBBR法的影响微生物的生理活动与环境的酸碱度密切相关，只有在适宜的酸碱度条件下，微生物才能进行正常的生理活动。 pH值过大的偏离适宜数值，微生物的酶系统的催化功能就会减弱，甚至消失。不同种属的微生物生理活动适应的 pH值，都有一定的围，在这一围，还可分为最低 pH值、最适 pH值和最高pH值。在最低或最高的 pH环境中，微生物虽然能够成活，但生理活动微弱，易于死亡，增殖速率大为降低。参与污水生物处理的微生物，一般最佳的 pH值围，介于 6.5-8.5之间。 MBBR法作为生物膜法与活性污泥法相结合的工艺， 同样依赖于微生物的生长以达到有机物降解的目的。 所以保持微生物最佳pH围是取得良好污水处理效果的必要条件， 当污水 (特别是 工业废水 )的pH值变化较大时， 需要考虑设调节池，使污水的 pH值调节到适宜围后再进行曝气。6其他因素对 MBBR法的影响根据每一个具体试验条件的不同，还会有许多不同的影响因素。如气水比一般控制在 (3～4)，这样的气量能使反应器中的 填料均匀地循环转动起来；浊度也需要控制在一定围，相关研究结果表明：浊度大使得某些悬浮物容易覆盖在生物膜的表面， 阻碍生物氧化作用的进行， 导致处理效率大幅下降，同时还容易造成 填料堵塞，另外整个实验对进水浊度和出水浊度进行了检测，进水浊度为17.6-160NTU，出水浊度为 18.1-142NTU，结果发现中试装置对浊度基本没有去除效果，出水浊度随着进水浊度的变化而变化，所以我们需要严格控制好进水浊度的量； COD容积负荷对去除率也有很大的影响，研究表明 COD容积负荷为 0.48-2.93kg/(m3?d)的围对 COD的去除率基本稳定在 60%-80%。在相同的水力停留时间下 COD的去除率随负荷呈正比增加趋势， 这是因为当进水 COD浓度较低时微生物降解有机物的速率也较小， 其降解能力不能充分发挥， 当进水 COD浓度增大时促进了生物膜微生物的生长，提高了降解速率，故对 COD去除率得到了提高。以上各因素都会对污水处理造成不同程度的影响，此外还有营养物质、有毒物质等，如果这些物质过多的偏离微生物生长需要，就会对污水处理的最终结果产生影响。我们须根据具体的条件和要求来确定哪一个因素是主要影响 MBBR法的最终结果。MBBR的特点更新时间： 09-4-2208:57与活性污泥法和固定 填料生物膜法相比， MBBR既具有活性污泥法的高效性和运转灵活性， 又具有传统生物膜法耐冲击负荷、泥龄长、剩余污泥少的特点。填料特点填料多为聚乙烯、聚丙烯及其改性材料、聚氨酯泡沫体等制成的，比重接近于水，以圆柱状和球状为主，易于挂膜，不结团、不堵塞、脱膜容易。良好的脱氮能力填料上形成好养、缺氧和厌氧环境，硝化和反硝化反应能够在一个反应器发生，对氨 氮的去除具有良好的效果。(5)去除有机物效果好反应器污泥浓度较高，一般污泥浓度为普通活性污泥法的 5～10倍，可高达 30～40g/L。提高了对有机物的处理效率，同时耐冲击负荷能力强。易于维护管理曝气池无需设置 填料支架，对 填料以及池底的曝气装置的维护方便，同时能够节省投资及占地面积。国外对 MBBR的研究应用现状更新时间： 09-4-2209:04MBBR是在 20世纪90年代中期得到开发和应用的， 其兼具传统流化床和生物接触氧化法两者的优点，是一种新型高效的污水处理方法。迄今为止，国外已应用 MBBR进行处理生活污水、 工业废水的小试、中试及生产性实验研究，均取得了较好的效果。其中，美国的 Captor工艺和德国的 Linpor工艺是目前两种比较成熟的多孔悬浮载体系统。在完全混合反应器中加入聚氨酯泡沫块供微生物附着生长， 用于处理城市生活污水， 研究了其对 BOD的去除和硝化作用。结果表明， 硝化细菌优先附着生长在载体上， 硝化活性达 0.33mgN/h?块载体(载体体积为 8cm3/块)，在4h，BOD可完全去除，并继而发生硝化作用，硝化作用可在 10h完成。在过去的 l0年中，移动床生物膜技术在挪威得到了发展，现已有 100多个基于此技术的污水处理厂在 l7个国家中投入使用或在建造之中，它们主要用于去除市政污水或 工业废水 中的有机物及氨 氮。微生物赖以栖息的新型载体的研制开发是移动生物膜法处理 废水的关键技术之一，其性能直接影响着污水的处理效果和投资费用。科研工作者以改进 填料为突破口，不断推动移动生物膜法的发展。目前的悬浮 填料大多是由聚乙烯、聚丙烯及其改性材料、聚氨酯泡沫体等制成的，比重接近于水，长了生物膜以后，在正常的曝气强度下极易达到全池流化翻动。悬浮 填料的形状通常为球状、圆筒状或粒状，一般认为球状有良好的水力学特性，是最理想的形状。但受到生产技术的限制，有时将材料作成球状很困难；而圆筒状 填料当其长径比为 1时接近于球状，因此悬浮 填料一般选择圆筒状。另外，填充在生物膜反应器的 填料的比表面积多在 100～500m2/m3。之问。 由聚乙烯制成的悬浮 填料分两种：一种为Φ10×7(mm)、比表面积为 335m2/m3，另一种为 Φ15×15(mm)、比表面积为 235m2/m3；由聚丙烯制成的悬浮 填料，密度为 0.94g/cm3，形状为有波纹的圆柱体，尺寸为 Φ15～20(mm)×20～30(mm)。国对 MBBR的研究现状更新时间： 09-4-2209:05近年来，我国不少学者也进行了 MBBR工艺的研究， 但大多仍处于试验性研究阶段。 其关键技术在于对悬浮填料的研究，如同济大学的专利产品为中 Φ50×50(mm)的圆筒状悬浮 填料，比表面积为278m2/m3，材料为改性的聚乙烯；峰报道的悬浮 填料由聚丙烯塑料制成，为 Φ50×50(mm)的圆筒状，比表面积为 350m2/m3。一般来说，国使用的载体外形尺寸比国外的要大，这主要是受整个工艺和出水格栅的限制。总体而言，我国目前对悬浮 填料的研究才刚刚起步，新型悬浮 填料在我国污水处理工程中的应用具有广泛的发展空间。目前，国常用的 填料有蜂窝填料、软性填料、半软性填料及复合填料等固定型填料，但这些填料在使用中常会遇到堵塞、结团、布气布水不均匀等问题，影响了生物处理效果。另外，上述填料均需安装在辅助支架上，这就给 填料的安装、更换等造成诸多不便，使工程投资和运行管理费用相对提高。从经济、实用、高效的角度出发，高性能的新型 填料在材质方面，应具有价格低廉、使用寿命长、易挂膜等特点；在结构方面，设计的比表面积应尽可能地大，并可以制造一些功能区，适应不同要求的厌氧、好氧微生物的生长，又兼顾易脱膜的特点。同时，应尽可能地降低悬浮 填料的造价，最大程度发挥其优点，使悬浮 填料能更广泛地应用到污水处理中。目前，国对 MBBR工艺的应用多为一些小型工程，在技术参数方面多为探索阶段。MBBR工艺的应用概况更新时间： 09-4-2209:07目前，国外已对 MBBR工艺进行了多项试验性研究， 并在实际应用中取得了较好的效果。 由于MBBR可减少现有污水处理系统的体积，易于在现有污水处理厂基础上升级，且处理效果好，欧洲、美国、日本、新西兰以及我国均建有 MBBR型污水处理厂。1、处理高负荷污水MBBR工艺在高负荷条件下性能稳定，可多级联用处理污水。如可将 3个MBBR连接使用处理肉类加工废水，第一个反应器的 COD负荷高达 10kg/m3，HRT约为 4h，TC0D去除率为 50%-75%｛第二个和第三个反应器的总 HRT为4～13h，TCOD去除率为 75%、SCOD去除率为 70%～88%，有机物去除率与有机负荷呈线性关系。季民等采用厌氧复合床生物膜反应器处理高浓度有机 废水实验，取得了良好效果。在进水 C0D为5300～20140mg/L、COD容积负荷为 5.38～20.62kg/m3.d、HRT为0.98d的操作条件下， COD去除率 >90%。垃圾渗滤液的成分复杂，有机物浓度较高，是一种很难处理的 废水，M.X.Loukidou采用 MBBR和SBR联合工艺对垃圾渗滤液进行了处理， 载体使用聚亚胺酯和颗粒 活性炭，该工艺对污染物同时具有物理、化学和生物降解作用，可有效去除垃圾渗滤液的有机物、色度和浊度。2、处理低负荷污水有些单位将生活污水与冲洗水混合排放，导致生活污水中有机物浓度较低，不适合普通的活性污泥法处理。兴文等利用 MBBR工艺处理中国石化乙烯厂区生活污水及冲洗水的混合排放污水。具体工艺流程为调节池 -MBBR-沉淀池 -纤维球过滤罐 -活性炭过滤罐。进水水质为 COD76mg/、LBOD37mg/，在水力停留时间为L 2.4h、气水比为 4：1的情况下，出水各项水质指标均可达到国家环保冷却水回用标准要求。马建勇等研究了 MBBR处理低负荷生活污水时启动和运行的性能和特点， 发现闭路循环法比排泥挂膜法启动稍慢，但运行初期的处理效果比后者好。同时还考察了悬浮污泥与 填料生物膜之间的关系，发现悬浮污泥对 填料生物有抑制作用，不利于反应器的长期稳定运行。3、脱 氮效果MBBR中生物膜主要固着在 填料上，污泥停留时间与水力停留时间无关，硝化菌、亚硝化菌等生长世代时间较长、比增长速率很小的微生物都可以在 填料上生长，从而增强了脱 氮能力。脱氮过程分为硝化和反硝化两个阶段，分别由硝化菌和反硝化菌完成。 MBBR可以实现硝化菌与反硝化菌在空间上相对独立生长，从而优化了两种菌群的生长条件。MBBR用于生物脱 氮取得了较好的效果。 RustenN在FREVAR废水 处理厂使用 KaldneS型KI填料中试进行废水的脱氮处理，进水为预处理过的生活污水，温度为 4.8℃～ 20℃。结果表明， 10℃时，硝化速率达 190gTNK/m2.d，反应器的 pH>7。前期脱氮效果主要受水中易降解有机物浓度和 MBBR缺氧区进水中溶解氧浓度的影响。该设计将 MBBR与前硝化、后脱 氮、絮凝剂最后的固体分离系统结合使用，如进水为 25mgTN/L，总 氮的去除Ng为70%，空床 HRT可达 4-5h。2，3-二甲基苯胺是一种环状结构且有毒不易降解的有机物， 在生产染料和甲灭酸工厂排出的 废水中，含有大量该物质。邢国平等采用循环 MBBR对该废水进行处理，当 HRT较短时，氨 氮的去除率较大，因为主要发生的是微生物的耗氧，且氨 氮的去除率与其容积负荷成反比。MBBR工艺在运行中易出现的问题更新时间： 09-4-2209:12MBBR反应器的流化态反应器中的 填料依靠曝气和水流的提升作用处于流化状态，在实际操作中，经常出现由于整个池进气分布不均匀而导致局部 填料堆积的现象。 因此需通过池型作水力特性计算来改进进气 管路的布置和优化池曝气头的分布， 再根据实际的曝隋况