MBBR工藝在難降解污水處理的應(yīng)用研究

摘 " " "要：研究了使用MBBR的城市污水處理工藝的早期開發(fā)、已確立的應(yīng)用和最新進(jìn)展。概述了MBBR技術(shù)早期發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)因素，以及MBBR工藝的原理及處理流程，分析了MBBR工藝的優(yōu)勢(shì)。介紹了常用生物載體的類型和特點(diǎn)，以及生物膜的形成和胞外聚合物（EPS）的作用。此外，還調(diào)查了MBBR工藝在處理生活污水、工業(yè)廢水、河流治理及污水廠提標(biāo)改造中的應(yīng)用。緊湊的占地面積和高性能的碳和氮去除能力使MBBR成為小型分散設(shè)施或現(xiàn)有設(shè)施升級(jí)改造的重要選擇。

關(guān) "鍵 "詞：污水處理；移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器；提標(biāo)改造；填料

中圖分類號(hào)：TU991.21 " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A " " 文章編號(hào)： 1004-0935（2023）04-0596-04

生物膜反應(yīng)器主要用于去除有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（即氮和磷），在移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器發(fā)展之前，有生物滴流過濾器、采用膨脹式生物膜反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器和旋轉(zhuǎn)式接觸器。此類體系都有諸如無效率工作容積的滴流式濾清器，或易于出現(xiàn)機(jī)械失效（RBC）等缺點(diǎn)。另外，在海底膨脹式流化床中，存在著經(jīng)常出現(xiàn)的水壓不穩(wěn)定現(xiàn)象，很難在支架上有均勻的生物膜分布[1]。為了克服80年代末和90年代初的這些限制，挪威開發(fā)了移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（MBBR）。它的發(fā)展源于挪威污染控制當(dāng)局，以滿足擁有小型污水處理廠的需要，易于在小社區(qū)（即20～2 000人）中安裝和操作。然而，對(duì)升級(jí)現(xiàn)有污水處理廠和擴(kuò)大體積容量的想法是開發(fā)更可靠的生物膜技術(shù)的最主要驅(qū)動(dòng)因素。由于接觸不良導(dǎo)致反應(yīng)速率降低，生物膜技術(shù)必須面臨強(qiáng)烈的擴(kuò)散限制。正是在這種情況下，自由漂浮移動(dòng)載體的想法產(chǎn)生并被視為其他系統(tǒng)缺陷的有價(jià)值的替代方案和解決方案。

1 "MBBR工藝簡(jiǎn)介

1.1 "懸浮填料

懸浮填料是MBBR工藝的核心，生物膜主要生長(zhǎng)在懸浮載體上，生物膜結(jié)構(gòu)和微生物組成似乎也受到載體材料（例如聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、高密度聚乙烯（HDPE）、尼龍）的影響[2]。序批式移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（SBMBBR），是在移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器中投加填料，實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷效果。溶解氧的分布不均是發(fā)生同步反應(yīng)的前提：即內(nèi)部缺氧環(huán)境發(fā)生聚磷菌釋磷，且外部好氧環(huán)境可發(fā)生硝化反應(yīng)和聚磷菌吸磷。同時(shí)內(nèi)層為缺氧，反硝化聚磷菌可發(fā)生同步脫氮除磷。由于其可塑性、密度和耐用性，高密度聚乙烯是生產(chǎn)生物載體的最優(yōu)選材料。然而，據(jù)報(bào)道高疏水性和低表面能（30 mJ·m-2）會(huì)限制HDPE載體中的初始微生物細(xì)胞附著并增加細(xì)菌附著率。

因此，減少成熟的生物膜形成啟動(dòng)可以解決由物理和化學(xué)特性（諸如疏水和/或正電、表面官能基的種類或部位）以及生物方法對(duì)表面的塑膠支持物進(jìn)行改性。幾種類型的工藝可以改變載體材料的表面特性：I）濕化學(xué)氧化； II） 聚合物接枝或共混； III） 異養(yǎng)生長(zhǎng)。Klaus等[3]證明通過不同的氧化工藝（即高錳酸鉀KMnO4、芬頓試劑和臭氧）對(duì) HDPE Anox K?5載體進(jìn)行濕化學(xué)氧化。Lackner S等[4]通過在PE和PP塑料載體上引入氨基官能團(tuán)（—NH2），提高了硝化菌群落的生物膜厚度、密度、均勻性和剪切強(qiáng)度。接枝的替代方法是聚合物共混（例如，與甲苯二異氰酸酯、聚醚多元醇、泡沫穩(wěn)定劑等）以增加正電荷和疏水性[5]。高密度聚乙烯生物載體以及細(xì)菌細(xì)胞表面帶負(fù)電荷，因此可能導(dǎo)致靜電排斥。采用正電極對(duì)懸浮載體進(jìn)行修飾，使其具有較高的生物濃度，而其層狀的層狀結(jié)構(gòu)也能為硝化反硝化的同時(shí)進(jìn)行好氧和低氧條件。

1.2 "攔截篩網(wǎng)

攔截篩網(wǎng)側(cè)面通常安裝有空氣噴射裝置，主要對(duì)懸浮載體起阻截作用，防止流失。它能有效地阻止懸浮物和纖維物的附著，從而降低過濾效率。

1.3 "流化系統(tǒng)

MBBR流程的流程是采用底部曝氣、液體循環(huán)和機(jī)械攪拌等方法進(jìn)行的。流動(dòng)能促進(jìn)生物膜的質(zhì)量和氧氣傳遞，并能有效地阻止懸液的阻塞。

1.4 "MBBR工藝的優(yōu)勢(shì)

移動(dòng)床生物膜技術(shù)相對(duì)于其他生物膜技術(shù)和傳統(tǒng)活性污泥系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括施工成本低、占地面積小、操作簡(jiǎn)單[6]，并結(jié)合有效的去除生化需氧量（BOD）、懸浮固體和糞便大腸菌群。提高目前污水處理廠的運(yùn)行效率和容量處理容量的污水無需回收，因?yàn)樯镔|(zhì)作為生物膜保留在載體上，與固定膜反應(yīng)器相比，堵塞更少，無需反洗，該生物薄膜對(duì)入水性能的影響較大[7]。比如沖擊負(fù)荷，pH值，溫度和有毒物質(zhì)。

此外，用于傳統(tǒng)處理技術(shù)的現(xiàn)有混凝只需進(jìn)行相對(duì)較小的修改就可以修改為MBBR或集成MBBR配置，由于這些優(yōu)點(diǎn)，MBBR系統(tǒng)是目前歐洲和北美用于去除污染物的最流行的處理系統(tǒng)之一[8]。MBBR反應(yīng)器的多種池型[9]，如微動(dòng)力混合池型，完全混合池型等，能夠滿足絕大多數(shù)池體的改造，擁有十分廣闊的發(fā)展前景。

2 "MBBR工藝處理生活污水的應(yīng)用

2.1 "污水廠的提標(biāo)改造

近年來，MBBR工藝應(yīng)用于傳統(tǒng)污水廠的提標(biāo)改造應(yīng)用廣泛，使用MBBR技術(shù)去除有機(jī)物（即COD和BOD）可廣泛用于改善現(xiàn)有常規(guī)活性污泥的性能和容量。MBBR與其它工藝組合的方式廣泛應(yīng)用于城市污水及工業(yè)廢水處理，并且具有較高的脫氮除磷效果，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值[10]。山西一座污水處理廠總?cè)萘?0萬m3，在改建之前，對(duì)其進(jìn)行了二次處理，并對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，以保證出水COD、NH3-N、TP三個(gè)指標(biāo)均達(dá)到地表水環(huán)境V類標(biāo)準(zhǔn)，采用生物池改造，向A2/O工藝中好氧池投加高密度聚乙烯MBBR懸浮填料，掛摸穩(wěn)定后，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，處理效果良好且穩(wěn)定運(yùn)行[11]。

2.2 "生活污水及工業(yè)廢水處理

2.2.1 "MBBR工藝處理油頁巖干餾廢水

目前，國(guó)內(nèi)和國(guó)外處理油頁巖干餾污水尚處在試驗(yàn)研究階段，投入大、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高，已建成的油頁巖干餾污水處理廠難以投入生產(chǎn)。開發(fā)低投資、低運(yùn)行成本、高處理效率的污水處理技術(shù)，是目前石油頁巖制取廢水處理技術(shù)的關(guān)鍵。李娜等[12]利用MBBR技術(shù)對(duì)油頁巖干餾廢水進(jìn)行了處理，對(duì)比了兩種馴化方法。，在相同運(yùn)行條件下得出結(jié)論為因此，MBBR處理油頁巖廢水的最佳啟動(dòng)模式使以20倍稀釋后的油頁巖廢水為原料，模擬生活污水，進(jìn)行連續(xù)流掛膜馴化。

2.2.2 "MBBR工藝用于河流污水治理

Almomani F A 等[13]研究調(diào)查了安裝MBBR升級(jí)裝置以適應(yīng)寒冷氣候的瀉湖，作為在寒冷（1 ℃）和溫暖（20 ℃）溫度下去除氨的后處理方法。實(shí)驗(yàn)室MBBR反應(yīng)器進(jìn)行了6個(gè)月的研究。結(jié)果表明，在1 ℃或20 ℃時(shí)，R1和R2的氨去除率分別為0.12和0.11 kgN/m3·d；表明與亞硝化作用相比，在實(shí)際瀉湖穩(wěn)定適應(yīng)期后長(zhǎng)時(shí)間暴露于低溫并不會(huì)優(yōu)先影響硝化作用的速率。與亞硝化相比，從實(shí)際的沖擊轉(zhuǎn)變也沒有表明對(duì)硝化速率的優(yōu)先影響。該研究還表明，溫度變化或從實(shí)際的變化不會(huì)對(duì)MBBR載體上生物膜的總質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，根據(jù)研究的結(jié)果，得出的結(jié)論是，MBBR是一種有前途的脫氨和凈化瀉湖廢水的技術(shù)。

2.2.3 "MBBR工藝處理農(nóng)村生活污水

農(nóng)村生活污水處理具有規(guī)模小，出水氨氮高的特點(diǎn)。因此，采用MBBR工藝處理農(nóng)村生活污水具有一定的優(yōu)勢(shì)，沈爍等[14]采用MBBR-離子交換除磷工藝處理農(nóng)村生活污水取得了理想的效果，出水水質(zhì)達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。趙文斌等[15]采用MBBR工藝對(duì)低溫處理農(nóng)村廁所廢水進(jìn)行研究，研究了不同的溫度、水力停留時(shí)間和曝氣量對(duì)總磷、氨氮、COD和TN的去除率的影響；探討了采用何種保溫或加熱的方法，可以保證鄉(xiāng)村廁所在最小的氣溫下有效地正常工作。

2.2.4 "MBBR工藝處理低溫污水

Young B等[16]在研究脫碳后移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（MBBR）的硝化過程，從20 ℃到1 ℃的過渡以及在1 ℃的長(zhǎng)期運(yùn)行過程中。4個(gè)中試硝化MBBR反應(yīng)器以不同的氨加載速率運(yùn)行，以闡明溫度對(duì)氨去除速率，細(xì)胞活力和細(xì)菌群落的影響。在所有溫度下的所有中試MBBR反應(yīng)器中，亞硝酸單胞菌均被證明是占主導(dǎo)地位的氨氧化細(xì)菌（AOB），而硝化螺菌則被視為占主導(dǎo)地位的亞硝酸鹽氧化菌（NOB）。脫碳后硝化MBBR系統(tǒng)的性能在1 ℃下通過增加可行的嵌入式生物量以及更厚的生物膜而得到增強(qiáng)。這有效地增加了低溫操作過程中存在的活細(xì)胞的數(shù)量，這部分彌補(bǔ)了每個(gè)硝化池氨氣去除率的顯著降低。與在1 ℃下較低的負(fù)載條件相比，測(cè)試的最高負(fù)載條件下操作（顯示在1 ℃下）可降低氨去除率。在1 ℃的較高負(fù)載條件下，較低的性能證明了系統(tǒng)的應(yīng)力響應(yīng)宏基因組學(xué)途徑得到了豐富。

3 "總結(jié)與展望

移動(dòng)床生物膜技術(shù)已有近40年的歷史。幾十年來，已經(jīng)開發(fā)了幾種類型的生物載體，以改善MBBR技術(shù)的性能，它可以通過改進(jìn)載體的形態(tài)、大小和理化性質(zhì)來促進(jìn)微生物的成長(zhǎng)。采用生物或化學(xué)方法對(duì)混合體系和生物載體進(jìn)行預(yù)處理，可以縮短起始期，提高成長(zhǎng)速度。緊湊的占地面積和高性能的碳和氮去除能力使MBBR成為小型分散設(shè)施或現(xiàn)有設(shè)施升級(jí)（例如使用IFAS）的重要選擇。與混合特性和流體動(dòng)力模式有關(guān)的改進(jìn)可能會(huì)導(dǎo)致當(dāng)前設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化。此外，可以通過幾種方法（例如厭氧或有氧處理）來解決減少或去除新出現(xiàn)的問題。目前正在開發(fā)的MBBR技術(shù)有可能進(jìn)一步減少，并將城市廢水處理優(yōu)化作為更先進(jìn)的處理技術(shù)。

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Research on Application of MBBR Process

in Treatment of Refractory Sewage

ZHANG Tong

（School of Municipal and Environmental Engineering， Shenyang Jianzhu University， Shenyang Liaoning 110168， China）

Abstract： "Early developments， established applications， and recent advances in municipal wastewater treatment processes using MBBR were discussed. The main driving factors of the early development of MBBR technology were outlined， as well as the principle and processing flow of the MBBR process. And the advantages of the MBBR process were analyzed. The types and characteristics of commonly used biocarriers were introduced， as well as the formation of biofilms and the role of extracellular polymers （EPS）. In addition， the application of MBBR process in domestic sewage treatment， industrial wastewater treatment， river treatment and upgrading of sewage treatment plants was also investigated. The compact footprint and high performance carbon and nitrogen removal capabilities make MBBR become an important choice for small decentralised facilities or upgrading existing facilities.

Key words： "Sewage treatment; Moving bed bio-film reactor; Upgrading; Fillers