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1、MBBR工艺的基本特征及其在废水处理中的应用MBBR工艺的基本特征及其在废水处理中的应用 王翥田摘要：介绍了移动床生物膜反应器的工艺原理以及基本特征，综述了单独MBBR工艺、MBBR与活性污泥共池的工艺、MBBR与其他工艺的组合工艺在污水处理中的应用现状，指出了该项技术的发展方向和趋势。关键词：MBBR工艺；污水处理；应用1 概述1,2 随着现代城市的发展，工业废水量和生活污水量逐年增长，城市水污染问题日益突出。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。活性污泥法具有操 作简单、设计成熟、运行方式多样化等特点，已广泛用于城市污水处理厂及多种工业废水的处理；生物膜法是将膜分离技术和生物

2、反应过程有机结合，利用附着在填 料上的生物对水体进行净化的一种工艺，近年来也被广泛的应用于废水处理和水的回用领域。 但随着世界各国城市化进程的不断加快、公众对污水处理厂操作环境要求的日益提高以及能源供给的日趋紧张，使得活性污泥法也出现了许多的缺点和不足，比如： 占地面积大；运行过程中产生和存在臭味问题；剩余污泥易产生二次污染；对水质水量的变化适应性较低等。鉴于上述因素，这种污水处理方法逐渐被生物膜法所取 代，生物膜法弥补了活性污泥法的许多不足，比如它的稳定性好、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，占地面积小等优点。但是生物膜法也有其特有

3、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。 为此，许多国家的研究者相继对这两种工艺进行了改进，并提出了许多新的工艺。其中移动床生物膜反应器(MBBRMoving Bed Biofilm Reactor)工艺是20世纪80年代中期以来得到开发和应用的一种高效的污水处理技术。2 MBBR工艺的原理与基本特征2.1 MBBR工艺的原理2,3 MBBR工艺是悬浮生长活性污泥法和附着生长的生物膜法相结合的一种工艺。污水连续经过MBBR反应器(见图1)内的悬浮填料 并逐渐在填

4、料内外表面形成生物膜，通过生物膜上的微生物作用，使污水得到净化。填料在反应器内混合液回旋翻转的作用下自由移动：对于好氧反应器，通过曝气 使填料移动；对于厌氧反应器，则是依靠机械搅拌。与一般填料不同的是，悬浮填料能与污水频繁多次接触，并可随混合液的流动而流动并相互充分混合接触，因此 被称为MBBR工艺。2.2 MBBR工艺的特点 MBBR反应器是在生物滤池和生物流化床工艺基础上发展起来的，它既具有传统生物膜法耐冲击负荷、泥龄长、剩余污泥少的优点，又具有活性污泥法的高效性和运转灵活性，与其他工艺相比具有以下特点：（1）占地面积小4 在生物填料填充率 32%左右和相同的污染负荷的条件下，MBBR 移

5、动床生物处理池约占常规生物处理池（包括厌氧 /缺氧 / 好氧）3050的池容。（2）活性微生物量大3,5 MBBR中生物膜的载体是流动的，由于水的剪切力和载体运动所产生的摩擦力，填料表面的生物膜会自然脱落，部分污泥随出水流出反应器，部分污泥仍留在反应 器中，起到活性污泥的作用。污泥浓度是普通活性污泥的5倍10倍，净化功能显著提高； 微生物相多样化，生物的食物链长。所以，不会引起堵塞，无需反冲洗，一般不需回流，反应器的水头损失小。（3）良好的脱氮能力7 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内发生，对氨氮的去除具有良好的效果。（4）去除有机物效果好7 反应器内污泥浓度较

6、高，一般污泥浓度为普通活性污泥法的510倍，可高达3040g/L。提高了对有机物的处理效率，又因填料、水都是运动的，故气、水、固相之间的传质较好，填料上生物膜的活性较高，提高了系统的有机负荷和效率。2.3 填料的特点5 特殊的悬浮填料的使用是MBBR工艺的的核心部分。MBBR所使用的填料多为聚乙烯或聚丙烯塑料填料，以圆柱体或球状体为主。载体密度略低于水(0.920.97 g/cm3)，填料比表面积大(160500 m2/m3)。表面易于生物膜附着生长，而且巧妙的结构设计使填料在使用时不结团、不堵塞，始终具有理想的空隙率，并具有良好的通气、过水性能，使得整个工艺的搅拌和曝气系统便于维护和管理。

7、AnoxKaldnes发明了许多种不同的填料，其中最小的三种填料的数据和图片如表1和图2所示6。图2 从左到右依次为K1、K2、K3类型的三种生物膜填料图3 MBBR工艺的应用 MBBR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进行多种废水的处理，包括造纸厂废水8、奶酪厂废水9、精炼厂10、屠宰场废水11、新闻用纸生产厂废水12等，均取得了较好的效果。在过去的10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17个国家中投入使用或在建造之中，它们主要用于去除市

8、政污水或工业废水中的有机物及氨氮。 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5050（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；李峰报道的悬浮填料由聚丙烯塑料制成，为5050（mm）的圆筒状，比表面积为350m2/m3。一般来说，国内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7。 目前，国内对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 的应用形式主要有以下几类：单独的MBBR工艺，MBBR与活性污泥共池的工艺，MBBR与其

9、他工艺的组合工艺。 3.1 单独的MBBR工艺 单独的MBBR 工艺完全由单个或多个MBBR 串联或并联组合而成，主要用于新建城市污水、工业废水处理厂和已有污水厂的升级改造，其目的是用于废水中COD、BOD 的去除、脱氮除磷等。伊朗沙里夫科技大学的 S.H. Hosseini 和 S.M. Borghei13用 两组MBBR装置处理人工合成的含酚废水。合成废水的有机物质(COD)主要由糖和酚类物质组成。试验过程中，改变水力停留时间和COD中糖和酚的组成比 例。结果表明，在所有的水力停留时间内，当糖和酚形成的 COD比值为11( CODPh为400mg/L)时，COD去除率最大，可以达到96%。

10、 厌氧MBBR与好氧MBBR结合用来处理高浓度的有机废水和难降解废水，如Jahren用高温厌氧-好氧MBBR 组合工艺处理甜菜制汤废水，在厌氧MBBR 的有机负荷(SCOD)为30kg/(m3d)和好氧MBBR的有机负荷(BOD7)为27kg/(m3d)的情况下，SCOD的去除率达到84%。 在对水中磷比较敏感的地区，可在MBBR后增加化学加药和混凝沉淀设备，以达到去除磷的目的。如挪威的Steinsholt污水处理厂，在有机负荷(BOD7)为2215kg/(m3d)的情况下，BOD、COD和总磷的去除率分别达到97.4%、94.4%和95.8%14。 3个(或3个以上的)MBBR串联起来，主要

11、用于废水中N的去除，根据反硝化与硝化作用的先后顺序，将MBBR脱氮工艺又分成前置反硝化、后置反硝化、前 置反硝化和后置反硝化相结合3种形式。据Odegarrd 等资料，后置反硝化速率大于前置反硝化，而且后置反硝化工艺易于控制，所需反应器的体积小，但后置反硝化的缺点是需要外加易分解的碳源。为了减少碳源的需 求量，也可采用前、后置反硝化相互结合的形式。MBBR中的填料能起到增加污泥量和污泥停留时间的作用，所以MBBR非常适合用于废水的硝化作用。挪威的 Lillehammer污水处理厂采用前置与后置反硝化相结合的MBBR组合工艺，在运行温度6.3的条件下，N的去除率达92%，出水中氮为 3.1mg/

12、L，其中前置反硝化仅占整个反硝化的16%5。3.2 MBBR与活性污泥共池的工艺15 流化床填料MBBR与活性污泥共池的工艺主要用于废水中 BOD、COD 的去除，氨氮的硝化、反硝化。悬浮填料生物膜工艺工艺的结构形式是：1个MBBR 分成2段，第1段不曝气，为缺氧部分，属活性污泥法，主要进行反硝化，反硝化率可达到50%；第2段曝气，为好氧部分，好氧段主要用于去除大量的有机物和 氨氮硝化。好氧段增加的污泥，在提高填料上污泥数量的同时，也提高了活性污泥的泥龄，进而促使生长缓慢的硝化菌生长。通过改变填料的填充比，可有效地调控 硝化菌的数量。如美国科罗拉多州的Broomfield城市污水厂的改建中就采

13、用了MBBR与活性污泥共池的工艺，在温度为13、水力停留时间为 4.5h、污泥龄小于4.5d的条件下，BOD、COD、氨氮和总氮的去除率分别达到91%、89%、96%、80%以上。3.3 MBBR与其他工艺的组合工艺 随着废水类型和处理难度的增加，将MBBR与其他工艺组合在一起，来处理废水已成为一种研究趋势。例如多级MBBR反应器、MBBR和A/O法联合工艺、 生物膜-活性污泥联合工艺、MBBR和SBR联合工艺等组合工艺都具有各自的优点，对这些组合工艺应加强研究并进行实际应用。 武汉理工大学设计研究院的袁志宇16等人，采用厌氧-好氧-好氧-移动床生物膜反应器(A/O2/MBBR)组合工艺对炼油

14、废水处理进行了中试研究，考察中试装置对炼油废水中的CODCr、氨氮的去除情况及系统的耐冲击负荷能力。A/O2/MBBR中试工艺包括缺氧池、二级活性污泥曝气池、MBBR反应池、二沉池等主要构筑物，炼油废水中试工艺流程如图3所示。图3 中试工艺流程图 在MBBR反应池内填充悬浮填料，填料呈圆柱形，用聚乙烯塑料制成，直径25mm，高10mm，圆柱体中有十字形支撑，外壁带竖条状鳍翅，比表面积为500m2/m3，填料挂膜前密度0.96g/m3，挂膜后密度接近于1.0g/m3。图4为填料挂膜前后实物图。图4 填料挂膜前后实物图 研究结果表明，A/O2/MBBR组合工艺出水水质明显优于A/O2工艺出水，MB

15、BR可以提高A/O2工艺的容积负荷率和处理效率，具有处理效率高、停留时间短、抗冲击负荷能力强的特点。 王怡17等人以西安市邓家村污水处理厂污水为进水，研究了上流式厌氧污泥床反应器(UASB)与紊动床生物膜反 应器(MBBR)组合工艺在常温条件下处理城市污水的运行效果及其在污泥减量化方面的优势。连续4个多月的运行结果表明，当UASB和MBBR水力停留时 间分别为7.7h和10.3h时，组合工艺对TCOD 和SS的平均去除率分别达到77.8%和92.5%，出水平均值分别为75.7mgL-1和17.3mgL-1；对氨氮的去除率平均达到98.7%，最终出水氨氮质量浓度小于1mgL-1，均可达到二级排放

16、要求。另一方面，组合工艺污泥的表观产率为0.32 kgVSSkgCOD-1，与常规活性污泥法相比剩余污泥减量可达20%40%。 于龙等人18采用二级移动床生物膜反应器(MBBR)处理呋喃铵盐制药废水。在填充比为40%，总水力停留时间为32h时，COD的去除率为88.6%，TN的去除率为25.7%，第二级反应器对NH3-N的去除率为56.2%。试验流程图如图5所示。图5 试验流程图 某污水厂采用MBBR和接触氧化组合的工艺，将原悬浮球池升级为MBBR 池。新形成的MBBR区用于深度处理，脱除氨氮。升级后的工艺流程为：图6 升级后的工艺流程图 改造后的污水处理厂于2007年11月底开始试运行，到2

17、007年12月初即运行正常，运行效果统计如下，该污水处理厂升级后的进出水质见表2。表2 升级后的进出水质指标对比 国外已经有成功的应MBBR法与活性污泥法相结合的实例，美国Broomfield市政污水厂的升级改造即运MBBRTM工艺与活性污泥工艺相结合的HYBASTM工艺，改造后出水BOD5浓 度远低于10mg/L的排放要求，并且非常稳定，即使在冬天(低温)也是如此；出水氨氮的去除率很高且稳定性好，如表3所示；改造后污泥沉降性能也大幅度 提高，污泥膨胀现象基本消失，这从出水的SS浓度可以得到证实，沉淀出水SS平均值为3.51mg/L，最小为1.68mg/L，最大为7.70mg /L；正常运行条

18、件下出水TN、TP浓度大幅度降低，出水TP浓度1mg/L，出水TN10 mg/L，都满足出水要求。总之采用HYBAS工艺取得的很好的除磷脱氮经验和改造效果19。表3 改造前后的出水氨氮浓度变化情况 何群彪等人20对化学强化一级处理联合流动床生物反应器(CEPTMBBR)的脱氮除磷效果进行了中试研究。结果表明，CEPTMBBR组合工艺以化学除磷为主，CEPT段对总磷去除的贡献率为72%，MBBR为28%；对BOD5的 平均去除率达到了94.5%；对氨氮的平均去除率为97.8%，对总氮的去除主要依靠生物处理，组合工艺对总氮的平均去除率为54.4%。它不仅适用于有 脱氮除磷要求的新建污水处理厂，也适

19、用于对现有污水处理厂的升级改造，应用前景广阔。中试装置的工艺流程见图7，设计规模为100m3/d，其进水为上海竹园污水厂的1#汇流井出水。图7 CEPT-MBBR工艺流程 张兴文等人21应用气浮-MBBR工艺处理水产品生产废水，实践证明：在进水CODcr 2000mg/L，BOD5 900mg/L，SS 600mg/L的条件下，经过气浮-MBBR处理后出水水质达到(污水综合排放标准)(GB8978-1996)一级标准，出水的CODcr100mg/L、BOD530mg/L和SS50mg/L。 流化床填料最新的研究进展有MBBR 和膜过滤的组合工艺，膜污染是其存在的主要问题，还有待于进一步研究。4

20、 结论3,22 MBBR是一种适用于生活污水和工业有机废水的新工艺，具有良好的发展前景。在以后的实际工程应用和理论研究中，应着重于以下几个方向：(1) 工艺条件 MBBR 工艺适合中小型企业的生活污水和工业有机废水处理，在国内的研究和应用还属于起步阶段。确定MBBR工艺在生活污水和工业废水处理中的工艺条件，有利于尽早实现MBBR工艺在工业废水处理中的广泛应用。(2) MBBR的改进 MBBR在实际运行过程中，很难保证填料呈均匀流化状态，因此实际工程设计时，应通过大量实验来优化反应器的构造和水力特性，降低能耗，解决滤池进气不均和格栅阻塞的问题，进一步提高经济效益。(3) 填料的开发 MBBR工艺

21、的关键因素是生物填料，当前所使用的填料强度低、易磨损、需经常更换。因此，开发吸附性能好、密度适当、价格低廉、使用寿命长、易挂膜的材质 成为研究的热点。另外，对填料的化学性质、生物膜的脱落机制也应进行深入研究，以期能在填料上设计不同的结构区域，来适应不同的微生物群体的生长。(4)反应动力学研究 生物膜反应器系统的动力学研究比较深入，但对MBBR 的动力学研究报道还很少，且关于非扩散COD的水解动力学研究还处在起步阶段，没有一个完善的动力学表达式，非扩散COD的水解是发生在液相还是在生物膜表面还无从知晓。这些都有待于进一步的研究。参考文献1 李景贤,罗麟，杨慧霞. MBBR法工艺的应用现状及其研究

22、进展J.四川环境,2007,26(5):97-101.2 沈耀良,王宝贞. 废水生物处理新技术J.中国环境科学出版社,2006,3:293-297.3 荆洁颖,李文英. 移动床生物膜反应器污水处理工艺的研究现状及展望J.煤化工,2008,4:23-27.4 李博. MBBR移动床在污水处理技术中的研究应用J.煤矿现代化,2009,4:65-66.5 李兵,张建强. 移动床生物膜反应器在污水处理中的应用J.工业安全与环保,2007,33(4):6-8.6 Bjorn Rusten ,Bjrnar Eikebrokk ,Yngve Ulgenes ,Eivind Lygren. Design an

23、d operations of the Kaldnes moving bed biolm reactors. Aquacultural Engineering 2006;34:322331.7 李碧. MBBR工艺的研究现状与应用J.技术与工程应用,2009,1:20-23.8 Rusten B,Matteson E,Broch-DueA,WestrumT.Treatment of pulp and paper industry wastewater innovel moving bed biolm reactors. Water Sci Technol 1994;30(3):16171.9

24、Rusten B,Siljudalen JG,StrandH.Upgrading of abiologicalchemical treatment plant for cheese factory wastewater.Water Sci Technol 1996;14(11):419.10 Johnson CH,page MW,BlahaL.Full scale moving bed biolm reactor results from renery and slaughter house treatment facilities. Water Sci Technol 2000;41(4/5

25、):4017.11 Broch Due A,Andersen R,Opheim B.Treatment of integrated newsprint mill wastewater inmoving bed biolm reactors.Water Sci Technol 1997;35(2/3):17380.12 Rusten B,Kolkinn O,degaard H.Moving bed biolm reactors and chemical precipitation for high efciency treatment of wastewater from small commu

26、nities.Water Sci Technol 1997;35(6): 719.13 S.M.Borghei,S.H.Hosseini. The treatment of phenolic wastewater using a moving bed biolm reactor. Process Biochemistry 2004;39:11771181.14 宋敏,高富丽,杨云龙. 移动床生物膜反应器及应用研究J.科技情报开发与经济,2007,17(2):153-154.15 柴社立,蔡晶,芮尊元. 移动床生物膜反应器及其应用J. 上海环境科学,2004,23(6):257-261.16 袁

27、志宇,刘锋,陆大培. A/O2/移动床生物膜反应器组合工艺处理炼油废水的中试研究J.现代化工,2009,29(4):79-83.17 王怡,张引中,彭党聪. UASB+MBBR组合工艺处理城市污水减量剩余污泥的试验研究J.工业安全与环保,2009,35(9):69-72.18 于龙,赵雅芝,童健等. MBBR处理制药废水的试验研究J.环境科学与技术,2007,30(3):66-67.19廖足良.采用HYBASTM工艺升级改造传统活性污泥工艺 J.中国给水排水, 2006, 22(12): 21-25.20 何群彪,贾磊,屈计宁,陈洪斌,王健翔. CEPT-MBBR工艺处理低浓度生活污水的研究J.中国给水排水,2006,22(15):21-28.21 张兴文,孟志国,杨凤林. 气浮-MBBR工艺处理水产品生产废水J.给水排水,2005,31(8):62-64.22 万田英,李多松.MBBR工艺及其运行中易出现问题的探讨J.电力环境保护,2006,22(1):35-36.