MBBR工藝在市政污水處理中的應(yīng)用及展望

向元婧，蔣 瀟

(1.重慶市市政設(shè)計研究院有限公司， 重慶 400000；2.中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院西部分院，重慶 400000)

1 引言

移動床生物膜反應(yīng)器工藝((Moving Bed Biofilm Reactor，MBBR)在國外發(fā)展較早，截至2009年就有600余套MBBR系統(tǒng)在50多個國家得到應(yīng)用[1]。在2000年左右被國內(nèi)引進(jìn)，早期由于流化、攔截等系列問題沒有得到系統(tǒng)解決，在國內(nèi)一直存在應(yīng)用瓶頸。直至2008年首次在無錫污水處理廠被成功運用并良好運行后[2]，才開始在國內(nèi)逐步推廣。

MBBR是向反應(yīng)器中投加懸浮載體作為微生物生長的場所，附著生物膜的懸浮載體在反應(yīng)器中的流動狀態(tài)與活性污泥相近，被稱為“流動的生物膜”[3]。該工藝主要具備以下優(yōu)點，有機(jī)負(fù)荷高、抗沖擊能力強(qiáng)、同等處理效果下池體更小、生物停留時間獨立于水力停留時間、污泥產(chǎn)量少、無需污泥回流、方便改造、易于固液分離等。

2 MBBR工藝簡介

典型的MBBR工藝系統(tǒng)包括懸浮載體、攔截篩網(wǎng)、流化系統(tǒng)。

2.1 懸浮載體

MBBR工藝分為純膜工藝和泥膜復(fù)合工藝，兩者區(qū)別主要在于是否設(shè)置污泥回流區(qū)，后者生物膜分為懸浮態(tài)和附著態(tài)，懸浮載體是微生物棲息的主要場所。懸浮載體為MBBR系統(tǒng)的核心部分，密度接近于水(0.94～0.96 g/cm3)，有效比表面積大、空隙率高、可附著微生物群落多。

MBBR系統(tǒng)中，生物膜主要生長在懸浮載體上，較之活性污泥，生物膜對菌群具有更強(qiáng)的選擇富集作用，膜上硝化菌群占比更高，且可生長大量反硝化菌群。膜上生物和懸浮態(tài)生物相互獨立，實現(xiàn)污泥齡不依托于池容，降低了硝化過程泥齡長、反硝化和聚磷過程泥齡短之間的沖突。另有研究表明[4]，懸浮載體可通過正電改性以增大生物富集量，生物膜的分層結(jié)構(gòu)也為同步硝化反硝化(Simultaneous Nitrification and Dinitrification，SND)提供了好氧和缺氧環(huán)境。

2.2 攔截篩網(wǎng)

攔截篩網(wǎng)主要對懸浮載體起阻截作用，防止流失。篩網(wǎng)側(cè)面通常安裝有空氣噴射裝置，防止懸浮載體和纖維物粘附在篩網(wǎng)上，影響過流效果。

2.3 流化系統(tǒng)

MBBR工藝流化過程主要通過底部曝氣、液體循環(huán)、機(jī)械攪拌等方式實現(xiàn)。流化有助于生物膜的傳質(zhì)傳氧以及防止懸浮載體堵塞篩網(wǎng)。

3 MBBR在國內(nèi)的應(yīng)用

3.1 污水廠提標(biāo)改造

MBBR工藝應(yīng)用于傳統(tǒng)污水廠一級A標(biāo)或者準(zhǔn)Ⅳ類提標(biāo)改造，一方面在脫氮方面具備顯著優(yōu)勢，另一方面同樣處理效果下池體更小，可實現(xiàn)水質(zhì)提標(biāo)和原有池體空間提升利用的雙重效應(yīng)。

臺州市黃巖江口污水處理廠[5]，原處理規(guī)模8萬t/d(含2萬t/d工業(yè)廢水)，出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》( GB 8978-1996)二級排放標(biāo)準(zhǔn)，提標(biāo)后要求出水達(dá)到準(zhǔn)Ⅳ類。由于原出水標(biāo)準(zhǔn)對總氮無明確要求，提標(biāo)后對出水總氮指標(biāo)要求更為嚴(yán)格。提標(biāo)段措施主要為增設(shè)工業(yè)廢水預(yù)處理+生化池改良。由于該工程用地緊張，難以實現(xiàn)池體擴(kuò)建，因此通過投加填料將原有生化池改造為MBBR工藝，有效提高了有機(jī)物和氨氮的去除率。改造后，氨氮、總氮的出水濃度分別為0.15、8.73 mg/L，滿足準(zhǔn)Ⅳ類出水標(biāo)準(zhǔn)。

MBBR在污水廠提標(biāo)改造中具備以下特征：①能應(yīng)對各類水質(zhì)變化，既適合生活污水也能應(yīng)用于工業(yè)廢水處理[6～8]，工業(yè)廢水通常需經(jīng)過水解酸化后進(jìn)入生化池；②多應(yīng)用于主工藝環(huán)節(jié)，對生化池中的好氧池或缺氧池進(jìn)行改造；③脫氮效果好，尤其適用于北方冬季水溫低出水氨氮不達(dá)標(biāo)的情況；④適用于用地緊張的污水廠提標(biāo)改造，通過在好氧池、缺氧池投加填料，充分綜合活性污泥法和生物膜法的優(yōu)勢，提高污染物去除效率。同時，在反硝化脫氮的強(qiáng)化過程中，可通過好氧池內(nèi)投加填料，提升好氧池負(fù)荷，將原部分好氧池改造為缺氧池，突破池容比例限制(表1)。

表1 MBBR工藝在污水廠提標(biāo)改造中的應(yīng)用

3.2 MBBR一體化污水處理設(shè)備

MBBR工藝因占地空間小、脫氮效果好、改造方便，逐步被用于一體化設(shè)備用作點源污染治理。

3.2.1 黑臭水體點源污染整治

在對岔河[15]黑臭水體整治過程中，由于匯水區(qū)內(nèi)地下管網(wǎng)錯綜復(fù)雜，錯接、混接點位不明，截污納管難度較大，因此對康居路點源污染進(jìn)行原位處理。整治過程中采用MBBR一體化設(shè)備，有效水深為1.7 m，生物段的有效池容為40 m3，設(shè)計水量240 t/d。MBBR設(shè)備集成了缺氧Ⅰ區(qū)、好氧Ⅰ區(qū)、缺氧Ⅱ區(qū)、好氧Ⅱ區(qū)、好氧Ⅲ區(qū)以及高效沉淀池和過濾池等功能區(qū)域，在好氧區(qū)和缺氧區(qū)均投加SPR-Ⅱ型懸浮載體填料，同時輔以化學(xué)除磷單元。穩(wěn)定運行后，COD、氨氮、總氮去除率分別達(dá)到82%、99.3%、83%，出水水質(zhì)達(dá)到準(zhǔn)Ⅳ類要求，污泥產(chǎn)量約為傳統(tǒng)工藝污泥的28%左右。

3.2.2 船舶生活污水處理

船舶生活污水處理，來源單一且水質(zhì)穩(wěn)定。其處理瓶頸在于船舶空間狹窄，設(shè)備體積受限。MBBR工藝因占地空間小，出水水質(zhì)穩(wěn)定，產(chǎn)泥量少而得到青睞。梁研[16]等采用厭氧-好氧移動床生物膜反應(yīng)器(A-OMBBR)與電絮凝耦合為A-OMBBR-E工藝對模擬船舶生活污水進(jìn)行處理研究，COD、氨氮、總氮、總磷的去除效率分別可達(dá)94.05%、99.86%、94.71%、95.61%。

3.2.3 農(nóng)村生活污水處理

農(nóng)村生活污水分散且處理規(guī)模小，分散式處理優(yōu)于集中式，同時進(jìn)水氨氮濃度較高， MBBR工藝得以成熟應(yīng)用。例如，上海某農(nóng)村生活污水處理示范工程中[17]，采用MBBR-離子交換除磷工藝，日處理水量30 m3，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中一級A標(biāo)。

4 MBBR工藝應(yīng)用展望

MBBR因其強(qiáng)化脫氮除磷，負(fù)荷高，節(jié)約用地，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，耐受低溫、貧營養(yǎng)、高毒性、高氯離子等水質(zhì)環(huán)境而得到廣泛應(yīng)用。隨著填料流態(tài)化、動力學(xué)、水力學(xué)、材料學(xué)等多學(xué)科的研究更加深入，MBBR工藝將進(jìn)一步突破應(yīng)用瓶頸，在更多方面得到應(yīng)用。

(1)建設(shè)用地限制，污水廠難以擴(kuò)建的區(qū)域。通過工藝的改進(jìn)實現(xiàn)內(nèi)部自我消化，是市政污水廠提標(biāo)改造時較為實用的途徑。MBBR作為一種改善工藝，具備強(qiáng)化硝化反硝化，提高脫氮的能力，可與多種處理工藝結(jié)合，同時施工周期較短，將是市政污水廠提標(biāo)改造中的優(yōu)先選擇途徑。

(2)分散式污水處理。將MBBR工藝鑲嵌入一體化污水處理設(shè)備，提高設(shè)備出水水質(zhì)，可用于黑臭水體整治、合流制溢流污染控制、農(nóng)村污水處理、船舶生活污水等分散式處理，尤其適用于處理設(shè)備體積受限但出水水質(zhì)要求高的情況。

(3)工業(yè)園區(qū)廢水處理。對于成分復(fù)雜的工業(yè)廢水，需更為復(fù)雜的處理工序才能滿足出水標(biāo)準(zhǔn)。MBBR工藝通過與不同的前處理工藝(水解酸化、芬頓氧化等)結(jié)合，可適應(yīng)于不同的水質(zhì)；同時建設(shè)方式多樣化，既可直接建設(shè)為池體結(jié)構(gòu)，也可鑲嵌入一體化設(shè)備，滿足不同的工況需求。如MBBR在煤氣化廢水處理[8]、化工園區(qū)污水處理[6]中的應(yīng)用等。