MBBR工艺在污水处理厂提标改造中的应用研究

MBBR工艺在污水处理厂提标改造中的应用研究

姜玉洁

济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司天津分公司 天津市 300380

摘要：中国是一个人均水资源极为短缺的国家。近年来，随着中国城市化进程的不断加快，城市污水的排放量也在不断加大，致使水污染现象不断增多。水污染造成了我国水质恶化、水资源短缺的恶性循环。解决水污染的途径之一就是增加污水处理量，提高污水排放标准，使污水成为“城市第二水源”。本文对MBBR工艺应用于城市污水处理厂生物处理工艺的改造进行了研究与探讨。

关键词：MBBR；；城市污水处理厂；提标改造

引言：

我国是一个人均水资源极为短缺的国家。是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。近年来，随着中国城市化进程的不断加快，城市污水的排放量也在不断加大，致使水污染现象不断增多。水污染造成了我国水质恶化、水资源短缺的恶性循环。因此，保护水资源，加快水污染防治已成为当前亟待解决的重要问题。

解决水污染的途径之一就是增加污水处理量，提高污水排放标准，使污水成为“城市第二水源”。《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》中规划2016-2020年间将提标改造城镇污水处理设施规模4220万m³/日。其中敏感区域以及建成区水体水质未达到地表水IV类标准的城市，现有污水处理设施未达到一级A排放标准的地方均为本次《规划》中的提标改造对象。

1.城市污水处理厂生物处理工艺改造的必要性

迄今为止，生物处理法仍然是去除污水中有机污染物最为经济、最具环境效益且应用最为广泛的处理方法。随着各地纷纷出台更加严格的城镇污水处理厂地方排放标准，表1为国家和部分地方标准中对城镇污水处理厂出水水质要求对比，可以看出各地对于污水处理厂出水水质标准要求在不断提高，尤其是对氨氮、COD、总磷的要求。而现有污水处理厂原有的工艺愈加难以满足排放标准的要求。我国污水处理厂的升级改造则多以主体工艺改造为主，主要思路包括对原工艺进行改造及强化生物处理和增加深度处理两个方面^[3]。

表1 国家和部分地方标准中对城镇污水处理厂出水水质要求对比

2.污水处理的生物处理

污水的生物处理法是利用微生物的代谢作用，将污水中成溶解或胶体状态的有机物转化为稳定、无害的物质，根据微生物的生长状态，可将生物处理法分为活性污泥法和生物膜法。

2.1 活性污泥法

我国目前已建成运行的城市污水处理厂中，采用最广泛的生物处理工艺为活性污泥法^[2]。活性污泥法主要由曝气系统和回流系统组成，微生物菌胶团在曝气或者搅拌装置的作用下，以絮体状态悬浮于污水中，污水中的有机物被附着在活性污泥上的微生物代谢和利用。活性污泥法主要包括传统活性污泥法和改良型A/O、A²/O工艺、氧化沟工艺和SBR（序批式活性污泥法）。A/O法包括用于除磷的厌氧—好氧工艺和用于脱氮的缺氧—好氧工艺，A²/O法则是同时具备脱氮除磷效果的工艺^[3]。目前我国处理规模大于20万m³/d的城镇污水处理厂已达到几十个，基本上采用的生物处理工艺都是活性污泥法和由其改进的A/O法、A²/O法。

A²/O工艺将生物脱氮和除磷综合到了同一活性污泥系统中，是生物脱氮和除磷的最初结合点。同时也是目前国内使用最为普遍的一种生物脱氮除磷工艺。其工艺流程如图1所示。

图1 A²/O脱氨除磷工艺流程图

2.2 生物膜法

生物膜法是依靠附着在载体表面的微生物膜来分解有机物的。在水处理构筑物上，生物膜法和活性污泥法有显著的区别。与活性污泥法相比，生物膜法具有以下优点：①微生物相多样化，能够存活世代时间较长的微生物；②微生物数量多，处理能力强，净化功能显著提高；③污泥沉降性能好，易于固液分离；④剩余污泥产量少；⑤耐冲击负荷；⑥易于运行管理，污泥膨胀问题较少。目前生物膜法处理工艺主要包括：生物滤池、生物接触氧化法、生物转盘和移动床生物膜反应器。

3.移动床生物膜反应器

移动床生物膜反应器（Moving Bed Biofilm Reactor，简称MBBR）是上个世纪90年代在生物滤池和流化床的工艺基础上发展起来的一种水处理新技术^[4]。MBBR工艺是在传统活性污泥法的曝气池中投加一定数量的悬浮载体，提供给微生物附着生长。使曝气池中同时存在着附着相和悬浮相，同时具有传统活性污泥法及传统生物膜法的优点，与普通的生物膜法和活性污泥法相比，有着更高的去除率。

MBBR的技术关键在于填料的选用，选用密度接近于水的悬浮填料，能够漂浮在水面上，比表面积较大。填料按一定的投加比投入充满污水或泥水混合液的反应池中，在水流、曝气以及搅拌设备的作用下，与污水或混合液中的微生物及营养物质充分接触，在填料表面逐渐形成生物膜，从而净化污水。填料载体在反应器中有两种运动轨迹，一是提升，位于反应器底部的曝气装置产生具有一定压力和流量的压缩空气，对载体有气提作用，载体固体、气和泥水混合液体形成三相流，以极快的速度向上提升；二是回落，在重力和惯性的作用下，载体会回落至反应器底部，然后又通过提升作用向上移动，如此循环往复。由于固、液、气三相运动的不同步，造成反应器中的水流基本上为紊流状态，加快了泥水混合液与生物膜间的传质过程。由于水流和载体的运动剧烈，载体和载体间产生剧烈的碰撞和摩擦，同时液体和气体也会对载体表面产生剪切力，使老化的生物膜脱落，新的生物膜生长，使得生物膜活性较高。

MBBR具有如下特点：①占地面积小，节省工程投资，在相同处理负荷的条件下，MBBR工艺只需要普通活性污泥法氧化池20%的容积； ②不宜堵塞，不需要进行反冲洗，管理方便，操作简单，悬浮载体上的生物膜会随着水流流动，在运动中脱落，随水流流出反应器； ③耐冲击负荷能力强，对水质、水量变动有较强的适应性，水质水量在一定范围内波动的情况下，可以保证出水水质的稳定； ④反应器中污泥由悬浮态污泥和附着态污泥构成，污泥浓度高，生物多样性强。

MBBR的优点决定了其特别适用于现有污水处理厂的工艺改造和升级换代^[5]。池体构造与普通活性污泥工艺一样，只需向生化反应池中投入一定数量的悬浮填料，并在进出水处安装防止载体流失的格网，就可以大幅度提高污水厂的处理效率，所需工程投资低，工程量小，经济实用。

4.MBBR用于污水处理厂提标改造的应用实例

瑞典马尔墨赫隆得污水处理厂^[6]在原有处理工艺后增加了移动床生物膜反硝化反应池，出水水质能够满足新的要求，即COD＜10mg/L，N＜8mg/L，P＜0.3mg/L。

宁安污水处理厂位于我国东北地区，因为冬季气温低污水处理厂生化系统的脱氮效率一直无法达标，在不改变原有工艺流程的基础上，只在A/O池中投加移动床生物膜LEVAPOR悬浮载体，悬浮填料的投加比例为曝气池体积的10%。系统自投入运行以来，经过3个月的试运行后，出水水质稳定。完全能够满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准^[7]。

5.结论与建议

面对我国水资源短缺、水污染严重的问题，提高城市污水的排放标准以及城市污水的处理率，使水体恢复自净的功能是解决问题的关键。由于传统的生物处理工艺出水难以满足严格的污水排放要求。针对新的排放标准及做为城市回用水水源的要求，对现有污水处理厂的工艺进行改造将成为今后段时间的主要任务。MBBR工艺具有不发生堵塞、无须反冲洗、不增加构筑物体积、能够连续运行，可简单有效的应用于现有污水处理厂的工艺改造中。MBBR工艺的关键是悬浮填料的选用，填料的直接关系到MBBR工艺对污水处理效果的优劣。

参考文献：

[1] 陈迪嘉.二级污水处理厂提标改造工艺研究[D].天津:天津大学,2013:1-56.

[2] 任红娟.我国城市污水处理的主要工艺及发展趋势[J].中国建设教育,2006,4(4):58-60.

[3] 牟全军.我国10万t/d以下城市污水处理工艺[J].环境污染治理技术与设备,2006,7(3):96-100

[4] Bjom Rusten, Chandler H.Johnson, Steve Devall, et al. Biological pretreatment of a chemical plant wastewater in high-rate moving bed biofilm reactors[J]. Wat Scitech., 1999,39(10-11):257-264.

[5] 王䎝田,叶亮,张新彦,等.MBBR工艺用于无锡芦村污水处理厂的升级改造[J].中国给水排水,2010,26(2):71-73.

[6] Loukidou M X, Zouboulis A. Comparison of Two Biological Treatment Processes Using Attached-growth Biomass for Sanitary Landfill Leachate Treatment[J]. Environ. 1 poll ., 2001,111(2):273-281.

[7] 李岩,LEVAPOR移动床生物膜技术在宁安污水处理厂的应用[J].黑龙江环境通报,2013,37(4):42-45.