MBBR工藝在農(nóng)村水污染治理中的運(yùn)用

王云權(quán)，邱學(xué)堯

（1.彌勒市環(huán)境監(jiān)察大隊(duì)，云南 彌勒 652399；2.云南百善環(huán)境科技有限公司，昆明 650000）

MBBR工藝在農(nóng)村水污染治理中的運(yùn)用

王云權(quán)，邱學(xué)堯

（1.彌勒市環(huán)境監(jiān)察大隊(duì)，云南 彌勒 652399；2.云南百善環(huán)境科技有限公司，昆明 650000）

MBBR工藝屬于一種新型的污水處理技術(shù)，其耗能比較低，投資也比較低，相關(guān)的維護(hù)管理操作也比較簡(jiǎn)單，在農(nóng)村水污染治理過程中逐漸獲得認(rèn)可和推廣。本文以具體的工程實(shí)例為基礎(chǔ)，將MBBR工藝的工作原理和技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行全面分析，為相關(guān)研究提供理論基礎(chǔ)。

MBBR工藝；農(nóng)村；水污染治理

農(nóng)村水污染治理和小城鎮(zhèn)污水處理具有很大的不同，農(nóng)村水污染的規(guī)模比較小，并且比較分散，區(qū)域和區(qū)域之間具有很大的差異，水質(zhì)、水量很容易發(fā)生變化，實(shí)際管理的水平比較低，缺乏充足的資金等[1]。因此，農(nóng)村水污染治理需要利用新型污水處理技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)的建設(shè)周期應(yīng)該比較短，投資和運(yùn)行費(fèi)用都比較少，只需要很短的時(shí)間就可以啟動(dòng)，而且管理也比較方便，而MBBR工藝正好符合這些特點(diǎn)。

1 農(nóng)村水污染的成因

1.1 生活污水的排放

農(nóng)村生活污染指的是農(nóng)村居民在日常生活過程中產(chǎn)生的廚房污水、洗浴、洗衣服等方面的污水排放造成的污染。我國(guó)當(dāng)前農(nóng)村每天排放的生活污水排放量達(dá)到2 300萬t，其中，廚房污水包含大量有機(jī)物，如纖維素、淀粉、糖類等，如果直接排放，就會(huì)增加水中的有機(jī)物，導(dǎo)致好氧細(xì)菌大量繁殖，消耗水體中的氧氣，導(dǎo)致水中的大量生物死亡。居民洗衣服和洗浴等產(chǎn)生的污水中包含大量的磷、硫等，導(dǎo)致藻類過度增殖，使水體呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化，造成二次污染，水質(zhì)變得渾濁，并且發(fā)出臭味。廁所排放的污水中也包含各種病原菌和病毒等有害的微生物，如果直接排放，它會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐乃h(huán)境造成直接的影響，牲畜通過飲水就會(huì)成為病毒的攜帶者，導(dǎo)致牲畜大批量的死亡，甚至還會(huì)傳染給居民[2]。

1.2 家禽的污染

近些年我國(guó)農(nóng)家樂項(xiàng)目不斷增加，農(nóng)民收入的主要來源就是大面積的養(yǎng)殖家禽。建立大面積的工廠化養(yǎng)殖場(chǎng)，會(huì)增加污染面積。養(yǎng)殖場(chǎng)都是由農(nóng)民自己創(chuàng)辦的，缺乏一定的專業(yè)知識(shí)和污染防治措施，很多養(yǎng)殖場(chǎng)都會(huì)將家禽的排泄物直接排到當(dāng)?shù)氐暮恿髦?，一些農(nóng)家樂也會(huì)也會(huì)將屠宰場(chǎng)的家禽血液和污水直接排到河流中，就會(huì)提高河流有機(jī)物的含量，使水體出現(xiàn)嚴(yán)重的營(yíng)養(yǎng)化。

1.3 過度使用化肥農(nóng)藥

我國(guó)農(nóng)業(yè)不斷發(fā)展，農(nóng)民開始大面積地種植農(nóng)作物，提高了農(nóng)藥、化肥的使用量。過量使用化肥、農(nóng)藥，就會(huì)嚴(yán)重污染土壤、水質(zhì)。農(nóng)藥中包含各種重金屬元素，對(duì)于土壤的質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響，甚至還會(huì)污染當(dāng)?shù)氐暮恿骱偷叵滤?。?dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化主要的原因就是化肥中包含氮、磷元素。

1.4 企業(yè)污水的排放

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)化不斷加快，農(nóng)村地區(qū)出現(xiàn)了許多中小型企業(yè)，這些企業(yè)能耗比較大，污染也比較嚴(yán)重。鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展依賴當(dāng)?shù)氐馁Y源，甚至將污水直接排放到河流中。很多鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)都是農(nóng)民，其缺乏環(huán)保意識(shí)和污水處理意識(shí)，導(dǎo)致水質(zhì)不斷污染。企業(yè)污水被排放到河流中，會(huì)使河流出現(xiàn)嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化[3]。

2 MBBR工藝的概述

MBBR工藝是我國(guó)在20世紀(jì)80年代從意大利引進(jìn)的，主要運(yùn)用在農(nóng)村水污染治理中，但是我國(guó)并沒有形成一定的產(chǎn)業(yè)。近些年，我國(guó)開始展開全面的社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)，開始加大力度研究MBBR工藝，通過不斷的實(shí)踐，將固定床反應(yīng)器進(jìn)行定期的沖洗，并且保證生物流化床反應(yīng)器的載體不流失。通過不斷完善相關(guān)的技術(shù)，我國(guó)逐漸研發(fā)了MBBR高效污水處理的相關(guān)設(shè)備[4]。

MBBR工藝主要包括反應(yīng)器主體、懸浮生物載體、旋切式微泡曝氣機(jī)。懸浮生物載體要大于其表面積，在懸浮載體當(dāng)中存在的生物膜的外表面不斷生長(zhǎng)。在掛膜之后，載體的密度和水的密度是差不多的，因此載體在污水中懸浮，無法進(jìn)行自由移動(dòng)。在曝氣和攪拌的影響下，旋切式微泡曝氣機(jī)的懸浮載體會(huì)不斷發(fā)生碰撞，并且實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)的流動(dòng)，從而更新生物膜。生物膜會(huì)吸附或者截留污水中的有機(jī)物，這是微生物生長(zhǎng)過程中的主要營(yíng)養(yǎng)源，微生物在繁殖的過程中會(huì)不斷消化這些營(yíng)養(yǎng)源，降解這些污染物[5]。通常它們都是在一個(gè)反應(yīng)器中完成反應(yīng)和沉淀作用的，在反應(yīng)器中會(huì)形成大量懸浮狀態(tài)的雜質(zhì)。活性的污泥具有比較高的濃度，MBBR工藝結(jié)合高濃度活性污泥法和生物膜法，MBBR工藝屬于一種高效生化法的污水處理設(shè)備[6]。

2.1 好氧移動(dòng)床介質(zhì)

它屬于高分子的合成材料，在其表面具備親水性的基團(tuán)和氨基等各種活性的基團(tuán)，可以結(jié)合微生物肽鏈氨基酸殘基形成具體的離子鍵，在介質(zhì)上固定微生物或者生物酶，從而生成真菌、菌膠團(tuán)等，最終形成一條比較穩(wěn)固的食物鏈，也不會(huì)產(chǎn)生太多污泥。好氧移動(dòng)床的密度和水的密度非常接近，微生物會(huì)承受比較大的負(fù)載量，生物膜在微生物的載體中具備良好的活性，其產(chǎn)生的空隙也是可變的，在實(shí)際運(yùn)行過程中，可以互相碰撞，時(shí)刻都是蠕動(dòng)著的，微生物載體會(huì)不斷將其切割成氣泡，提高了氧的利用效率。因此，MBBR工藝比較明顯的優(yōu)勢(shì)就是具有很強(qiáng)的切割氣泡能力，并且空間體系的利用率比較大，不存在死區(qū)。

2.2 旋切式微泡曝氣機(jī)

旋切式微泡曝氣機(jī)的應(yīng)用原理就是流體力學(xué)原理[7]，使水下葉輪高速旋轉(zhuǎn)，形成負(fù)壓區(qū)，將空氣吸入進(jìn)來。在離心力作用下，吸入的空氣就會(huì)被粉碎、乳化等，逐漸減小氣泡的直徑，形成溶氧。在葉輪離心力的影響下，氣液混合會(huì)向反應(yīng)器的四周不斷擴(kuò)散，底部的活性污垢就會(huì)不斷翻動(dòng)上升，混合到反應(yīng)區(qū)的污水中，從而進(jìn)一步擴(kuò)散氧分子，實(shí)現(xiàn)二次沖氧。處于底部的活性污泥始終都是在翻動(dòng)和懸浮的，因此可以實(shí)現(xiàn)均勻的曝氣，為好氧移動(dòng)床層提供有效的動(dòng)力，這樣一來，床體就不會(huì)發(fā)生堵塞或者粘連的情況，也無需再反復(fù)進(jìn)行沖洗。

3 MBBR的工藝特點(diǎn)

MBBR不用另外建立反應(yīng)池，可以改進(jìn)曝氣池，通過改進(jìn)就可以進(jìn)行利用，其占地面積比較小，處理量是比較大的。調(diào)料的密度接近水，通過曝氣，其可以在池內(nèi)流動(dòng)，并剪切氣泡，這樣氣泡和填料就會(huì)發(fā)生相互作用，節(jié)省動(dòng)力消耗。

調(diào)料中有很多微生物，如果曝氣攪拌，微生物的溶解氧的含量會(huì)增加，與此同時(shí)，生物膜的剪切力也由此得到加強(qiáng)，微生物就會(huì)處于活性狀態(tài)，種類具備多樣化的特點(diǎn)，加大了生物量，從而有效保證出水質(zhì)量。利用適當(dāng)?shù)钠貧饬?，可以有效控制生物膜的厚度，使反?yīng)池的靈活性得到有效提高[8]。

和其他生物膜反應(yīng)器進(jìn)行比較，如果MBBR發(fā)生了脫落，其生物膜的污泥顆粒就會(huì)增大，而沉淀池具有良好的沉降性能。MBBR中包含的各種生物膜，都具有比較強(qiáng)的適應(yīng)性，對(duì)于一些比較低端的條件，如低溫或者毒性等，都可以很好地適應(yīng)，并且具備很強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。

4 MBBR工藝處理水污染的影響因素

4.1 水溫

溫度對(duì)于微生物酶活性具有一定的影響，如果是在低溫的情況下，就會(huì)降低微生物的活性，抑制生物降解。一般情況下，硝化細(xì)菌的適宜溫度通常保持在20℃～30℃，如果溫度小于20℃，就會(huì)降低氨氮去除能力，如果低于15℃，就會(huì)抑制其硝化反應(yīng)，如果溫度最終小于5℃，就會(huì)停止硝化反應(yīng)。在穩(wěn)定的運(yùn)行過程中，在水文較高的情況下，工藝對(duì)于氨氮去除率的水平就會(huì)比較高，隨著溫度的升高，氨氮去除率就會(huì)增加，最后就會(huì)達(dá)到一個(gè)定值。這就說明水文對(duì)于MBBR具有直接的影響[9]。

4.2 氣水比

MBBR的生物池中的曝氣，不僅可以發(fā)揮充氧和傳質(zhì)的作用，擾動(dòng)水體，還可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制吐沫，避免調(diào)料出現(xiàn)積泥的情況，保持生物的活性。將污染原水當(dāng)中氨氮和BOD5進(jìn)行去除，穿孔管曝氣系統(tǒng)的氣水比應(yīng)該保持在0.46～0.55，結(jié)合微孔曝氣系統(tǒng)，其氣水保持在0.2～0.25。將氣水比的因素進(jìn)行確定，并不是單純地去除生化需氧量和氨氮的負(fù)荷，最重要的就是氣體對(duì)于水體發(fā)揮的攪動(dòng)程度，這就是所謂的曝氣強(qiáng)度。

4.3 進(jìn)水氨氮和CODMn濃度

當(dāng)污染源涉及濃度比較低的有機(jī)物時(shí)，如果進(jìn)水有機(jī)物的濃度發(fā)生的變化對(duì)于NH3-N的去除率并沒有很大的影響，其水平仍舊比較高，其有機(jī)負(fù)荷比較低，那么MBBR的生物池中就會(huì)涉及很少的異養(yǎng)微生物，無法有效提高CODMn的去除率。

利用MBBR生物池預(yù)處理微污染原水，在實(shí)際設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，氨氮和CODMn并不能對(duì)設(shè)計(jì)造成決定影響，一般以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和工程經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，確定水力停留時(shí)間和氣水比等方面的參數(shù)[10]。

5 工程實(shí)例

5.1 工程概況

某鎮(zhèn)擁有人口1 000多人，這個(gè)鎮(zhèn)處于半山腰，建設(shè)坡度很大，沒有合適的平整空地來建設(shè)污水處理站，交通也不方便。這個(gè)鎮(zhèn)的經(jīng)濟(jì)水平比較低，建立污水處理工程要求做到節(jié)省投資，運(yùn)行費(fèi)用也要比較低，維護(hù)管理要十分方便。

5.2 工藝流程

對(duì)比進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)，這個(gè)項(xiàng)目要求COD的去除率為60%，對(duì)于BOD5的去除率為87%，氨氮的去除率要求為50%，在選擇具體的污水處理工藝的過程中，其工藝需要具備脫氮功能。利用好養(yǎng)移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器，可以使污水的處理達(dá)到各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

首先利用隔柵，將水中的漂浮物進(jìn)行去除，然后引入水解酸化池中，可以部分降解污染物，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的水解酸化，利用MBBR設(shè)備去除有機(jī)污染物，當(dāng)污水達(dá)標(biāo)后才可以排放出去。這種工藝會(huì)產(chǎn)生比較少的污泥量，每隔半年或者一年的時(shí)間，可以進(jìn)行抽吸，并且進(jìn)行外運(yùn)填埋的處理。

5.3 MBBR工藝處理的效果

這項(xiàng)工程于2015年6月在該鎮(zhèn)投入運(yùn)行，8月20日實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行，11月中旬通過了當(dāng)?shù)丨h(huán)保局的驗(yàn)收，2015年11月到2016年6月的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果如下：2015年懸浮物（mg/L）的進(jìn)水是118，出水為66；BOD5的進(jìn)水為131，出水為17；COD進(jìn)水為237，出水為93；氨氮進(jìn)水為27，出水為14。

2016年6月懸浮物進(jìn)水為105，出水為60；BOD5進(jìn)水和出水分別為123和16；COD進(jìn)水和出水分別為215和90；氨氮進(jìn)水和出水分別為29和15。

6 MBBR的發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前，MBBR在我國(guó)應(yīng)用的實(shí)例仍舊比較少，仍舊處于實(shí)驗(yàn)研究階段。MBBR的發(fā)展需要從以下幾個(gè)方面著手，優(yōu)化其反應(yīng)器，如反應(yīng)器的布水以及曝氣方式，這就需要開發(fā)和改良生物膜載體，改善實(shí)際運(yùn)行條件，培養(yǎng)微生物和反應(yīng)器。當(dāng)前我國(guó)有關(guān)MBBR的應(yīng)用面比較狹窄，只針對(duì)生活污水、印染廢水等，無法和其他工藝形成共同作用，應(yīng)在各種廢水處理中利用MBBR。此外，MBBR未來重要的發(fā)展方向還包括微生物的附著和膜肌理的研究。

7 結(jié)語

MBBR好氧移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器具有很高的處理效率，且能耗比較低，出水的水質(zhì)非常穩(wěn)定，具有很強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力，結(jié)構(gòu)之間比較緊湊，儀器的體積比較小，不會(huì)發(fā)生污泥回流和堵塞的情況，也不會(huì)進(jìn)行反沖洗處理，維護(hù)管理比較簡(jiǎn)單，非常合適應(yīng)用于農(nóng)村生活污水處理，具有良好的發(fā)展前景。

1 楊小毛，賴梅東，梅立永，等．人工快滲技術(shù)在我國(guó)農(nóng)村地區(qū)水污染治理中的應(yīng)用研究[J].環(huán)境工程，2012，（2）：91-96.

2 楊曉英，李紀(jì)華，李因梁，等.常駐農(nóng)民水污染控制意識(shí)的地域比較、影響因素及政策涵義[J].環(huán)境污染與防治，2012，（10）：88-94.

3 王 勝，洪哲君.舟山市漁農(nóng)村水污染治理法律機(jī)制研究——以社會(huì)協(xié)同治理為視角[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2015，（1）：191-194.

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Application of MBBR Process in Rural Water Pollution Control

Wang Yunquan1, Qiu Xueyao2
(1. Mile Environmental Inspection Team, Mile 652399, China;2. Yunnan Best Environmental Sci-Tech Co., Ltd., Kunmin 650000, China)

MBBR technology is a new technology for wastewater treatment, its energy consumption is low, the investment is relatively low, the operation and maintenance management is relatively simple, in the process of rural water pollution control gradually gained recognition and promotion. Based on a specific engineering example, the working principle and technical characteristics of MBBR technology are comprehensively analyzed, so as to provide a theoretical basis for relevant research.

MBBR process; countryside; water pollution control

X703.1

A

1008-9500(2017)07-0024-04

2017-05-16

王云權(quán)（1981-），男，云南彌勒人，工程師，研究方向：水污染治理。