國外對MBBR的研究應(yīng)用現(xiàn)狀

MBBR是在20世紀(jì)90年代中期得到開發(fā)和應(yīng)用的，其兼具傳統(tǒng)流化床和生物接觸氧化法兩者的優(yōu)點(diǎn)，是一種新型高效的污水處理方法。迄今為止，國外已應(yīng)用MBBR進(jìn)行生活污水處理、工業(yè)廢水的小試、中試及生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)研究，均取得了較好的效果。

其中，美國的Captor工藝和德國的Linpor工藝是目前兩種比較成熟的多孔懸浮載體系統(tǒng)。在完全混合反應(yīng)器中加入聚氨酯泡沫塊供微生物附著生長，用于處理城市生活污水處理，研究了其對BOD的去除和硝化作用。
結(jié)果表明，硝化細(xì)菌優(yōu)先附著生長在載體上，硝化活性達(dá)0.33mgN/h•塊載體(載體體積為8cm3/塊)，在4h內(nèi)，BOD可完全去除，并繼而發(fā)生硝化作用，硝化作用可在10h內(nèi)完成。在過去的l0年中，移動床生物膜技術(shù)在挪威得到了發(fā)展，現(xiàn)已有100多個基于此技術(shù)的污水處理廠在l7個國家中投入使用或在建造之中，它們主要用于去除市政污水或工業(yè)廢水中的有機(jī)物及氨氮。

微生物賴以棲息的新型載體的研制開發(fā)是移動生物膜法處理污水的關(guān)鍵技術(shù)之一，其性能直接影響著污水的處理效果和投資費(fèi)用。科研工作者以改進(jìn)填料為突破口，不斷推動移動生物膜法的發(fā)展。目前的懸浮填料大多是由聚乙烯、聚丙烯及其改性材料、聚氨酯泡沫體等制成的，比重接近于水，長了生物膜以后，在正常的曝氣強(qiáng)度下極易達(dá)到全池流化翻動。懸浮填料的形狀通常為球狀、圓筒狀或粒狀，一般認(rèn)為球狀有良好的水力學(xué)特性，是最理想的形狀。但受到生產(chǎn)技術(shù)的限制，有時將材料作成球狀很困難；而圓筒狀填料當(dāng)其長徑比為1時接近于球狀，因此懸浮填料一般選擇圓筒狀。另外，填充在生物膜反應(yīng)器的填料的比表面積多在100～500m2/m3。之問。由聚乙烯制成的懸浮填料分兩種：一種為Φ10×7(mm)、比表面積為335m2/m3，另一種為Φ15×15(mm)、比表面積為235m2/m3；由聚丙烯制成的懸浮填料，密度為0.94g/cm3，形狀為有波紋的圓柱體，尺寸為Φ15～20(mm)×20～30(mm)。

國內(nèi)對MBBR的研究現(xiàn)狀

近年來，我國不少學(xué)者也進(jìn)行了MBBR工藝的研究，但大多仍處于試驗(yàn)性研究階段。其關(guān)鍵技術(shù)在于對懸浮填料的研究，如同濟(jì)大學(xué)的專利產(chǎn)品為中Φ50×50(mm)的圓筒狀懸浮填料，比表面積為278m2/m3，材料為改性的聚乙烯；李峰報(bào)道的懸浮填料由聚丙烯塑料制成，為Φ50×50(mm)的圓筒狀，比表面積為350m2/m3。一般來說，國內(nèi)使用的載體外形尺寸比國外的要大，這主要是受整個工藝和出水格柵的限制。

總體而言，我國目前對懸浮填料的研究才剛剛起步，新型懸浮填料在我國污水處理工程中的應(yīng)用具有廣泛的發(fā)展空間。目前，國內(nèi)常用的填料有蜂窩填料、軟性填料、半軟性填料及復(fù)合填料等固定型填料，但這些填料在使用中常會遇到堵塞、結(jié)團(tuán)、布?xì)獠妓痪鶆虻葐栴}，影響了生物處理效果。另外，上述填料均需安裝在輔助支架上，這就給填料的安裝、更換等造成諸多不便，使工程投資和運(yùn)行管理費(fèi)用相對提高。

從經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、高效的角度出發(fā)，高性能的新型填料在材質(zhì)方面，應(yīng)具有價(jià)格低廉、使用壽命長、易掛膜等特點(diǎn)；在結(jié)構(gòu)方面，設(shè)計(jì)的比表面積應(yīng)盡可能地大，并可以制造一些功能區(qū)，適應(yīng)不同要求的厭氧、好氧微生物的生長，又兼顧易脫膜的特點(diǎn)。同時，應(yīng)盡可能地降低懸浮填料的造價(jià)，最大程度發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，使懸浮填料能更廣泛地應(yīng)用到污水處理中。

目前，國內(nèi)對MBBR工藝的應(yīng)用多為一些小型工程，在技術(shù)參數(shù)方面多為探索階段。 

MBBR工藝的應(yīng)用概況

目前，國內(nèi)外已對MBBR工藝進(jìn)行了多項(xiàng)試驗(yàn)性研究，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果。由于MBBR可減少現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)的體積，易于在現(xiàn)有污水處理廠基礎(chǔ)上升級，且處理效果好，歐洲、美國、日本、新西蘭以及我國均建有MBBR型污水處理廠。

1、處理高負(fù)荷污水

MBBR工藝在高負(fù)荷條件下性能穩(wěn)定，可多級聯(lián)用處理污水。如可將3個MBBR連接使用處理肉類加工廢水，第一個反應(yīng)器的COD負(fù)荷高達(dá)10kg/m³，HRT約為4h，TC0D去除率為50%-75%{第二個和第三個反應(yīng)器的總HRT為4～13h，TCOD去除率為75%、SCOD去除率為70%～88%，有機(jī)物去除率與有機(jī)負(fù)荷呈線性關(guān)系。

季民等采用厭氧復(fù)合床生物膜反應(yīng)器處理高濃度有機(jī)廢水實(shí)驗(yàn)，取得了良好效果。在進(jìn)水C0D為5300～20140mg/L、COD容積負(fù)荷為5.38～20.62kg/m3.d、HRT為0.98d的操作條件下，COD去除率>90%。垃圾滲濾液的成分復(fù)雜，有機(jī)物濃度較高，是一種很難處理的廢水，M.X.Loukidou采用MBBR和SBR聯(lián)合工藝對垃圾滲濾液進(jìn)行了處理，載體使用聚亞胺酯和顆粒活性炭，該工藝對污染物同時具有物理、化學(xué)和生物降解作用，可有效去除垃圾滲濾液的有機(jī)物、色度和濁度。 

2、處理低負(fù)荷污水

有些單位將生活污水與沖洗水混合排放，導(dǎo)致生活污水中有機(jī)物濃度較低，不適合普通的活性污泥法處理。張興文等利用MBBR工藝處理中國石化撫順乙烯有限公司廠區(qū)內(nèi)生活污水及沖洗水的混合排放污水。

具體工藝流程為調(diào)節(jié)池-MBBR-沉淀池-纖維球過濾罐-活性炭過濾罐。進(jìn)水水質(zhì)為COD76mg/L、BOD37mg/L，在水力停留時間為2.4h、氣水比為4：1的情況下，出水各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均可達(dá)到國家環(huán)保冷卻水回用標(biāo)準(zhǔn)要求。

馬建勇等研究了MBBR技術(shù)在低負(fù)荷生活污水處理時啟動和運(yùn)行的性能和特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)閉路循環(huán)法比排泥掛膜法啟動稍慢，但運(yùn)行初期的處理效果比后者好。同時還考察了懸浮污泥與填料生物膜之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)懸浮污泥對填料生物有抑制作用，不利于反應(yīng)器的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

3、脫氮效果

MBBR中生物膜主要固著在填料上，污泥停留時間與水力停留時間無關(guān)，硝化菌、亞硝化菌等生長世代時間較長、比增長速率很小的微生物都可以在填料上生長，從而增強(qiáng)了脫氮能力。脫氮過程分為硝化和反硝化兩個階段，分別由硝化菌和反硝化菌完成。MBBR可以實(shí)現(xiàn)硝化菌與反硝化菌在空間上相對獨(dú)立生長，從而優(yōu)化了兩種菌群的生長條件。

MBBR用于生物脫氮取得了較好的效果。RustenN在FREVAR廢水處理廠使用KaldneS型KI填料中試進(jìn)行廢水的脫氮處理，進(jìn)水為預(yù)處理過的生活污水，溫度為4.8℃～20℃。結(jié)果表明，10℃時，硝化速率達(dá)190gTNK/m2.d，反應(yīng)器的pH>7。前期脫氮效果主要受水中易降解有機(jī)物濃度和MBBR缺氧區(qū)進(jìn)水中溶解氧濃度的影響。該設(shè)計(jì)將MBBR與前硝化、后脫氮、絮凝劑最后的固體分離系統(tǒng)結(jié)合使用，如進(jìn)水為25mgTN/L，總氮的去除Ng為70%，空床HRT可達(dá)4-5h。

2，3-二甲基苯胺是一種環(huán)狀結(jié)構(gòu)且有毒不易降解的有機(jī)物，在生產(chǎn)染料和甲滅酸工廠排出的廢水中，含有大量該物質(zhì)。邢國平等采用循環(huán)MBBR對該廢水進(jìn)行處理，當(dāng)HRT較短時，氨氮的去除率較大，因?yàn)橹饕l(fā)生的是微生物的耗氧，且氨氮的去除率與其容積負(fù)荷成反比。

MBBR工藝在運(yùn)行中易出現(xiàn)的問題

1、 MBBR反應(yīng)器的流化態(tài)

反應(yīng)器中的填料依靠曝氣和水流的提升作用處于流化狀態(tài)，在實(shí)際操作中，經(jīng)常出現(xiàn)由于整個池內(nèi)進(jìn)氣分布不均勻而導(dǎo)致局部填料堆積的現(xiàn)象。因此需通過池型作水力特性計(jì)算來改進(jìn)進(jìn)氣管路的布置和優(yōu)化池內(nèi)曝氣頭的分布，再根據(jù)實(shí)際的曝隋況調(diào)節(jié)各曝氣頭上緊固橡皮墊的螺母松緊程度，調(diào)節(jié)單個曝氣頭的曝氣量。除保證池內(nèi)出水端具有較大曝氣量，以便使整個池內(nèi)填料呈均勻流化狀態(tài)外，還可以采用穿孔曝氣管，便于使池四邊和四角進(jìn)氣分布均勻。反應(yīng)器的構(gòu)造在很大程度上決定了它的水力特性。試驗(yàn)表明，反應(yīng)器的長深比為0.5左右時有利于填料完全移動，或者通過導(dǎo)流板的強(qiáng)制循環(huán)來解決池內(nèi)死角的問題，這樣能使氣水比降到4：1左右。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)時應(yīng)通過大量試驗(yàn)來優(yōu)化反應(yīng)器的構(gòu)造和水力特性，降低能耗，進(jìn)一步提高MBBR的經(jīng)濟(jì)效益。

2、填料格柵板

為了防止填料隨處理水流失，移動床生物膜反應(yīng)池的出水口要設(shè)置格柵板。但在運(yùn)行調(diào)試過程中易出現(xiàn)格柵堵塞的問題，在實(shí)驗(yàn)室采用鉆孔塑料板作格柵時也出現(xiàn)了大團(tuán)懸浮污泥將出水格柵板堵死的情況。雖然通過加強(qiáng)對出水區(qū)格柵處進(jìn)行曝氣，可以防止填料對格柵的堵塞，但對于懸浮污泥的附著問題，只能從格柵的材料和間距上解決，如選擇光滑吸附性小的材料，間隙在保證能截留填料的前提下盡量加大，使其不易被懸浮物質(zhì)附著等，這需要在實(shí)驗(yàn)和實(shí)際工程操作中不斷改進(jìn)，以避免該問題影響整個生活污水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

對MBBR工藝的建議

1、懸浮填料的研究和開發(fā)

應(yīng)對填料表面的化學(xué)特性及懸浮填料的脫落機(jī)制進(jìn)行深入的研究，增加填料的比表面積；應(yīng)盡可能地降低懸浮填料的造價(jià)，使懸浮填料能更廣泛地應(yīng)用于污水處理。可采用活性炭、淀粉、明膠等作為生物活性添加劑，使懸浮填料能夠促進(jìn)微生物的生長和繁殖。

2 、MBBR與其它工藝的組合

多級MBBR、MBBR和A/O法聯(lián)合工藝等都具有各自的優(yōu)點(diǎn)，對這些組合工藝應(yīng)加強(qiáng)研究并進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。

3、 MBBR工藝反應(yīng)器的研究

通過對反應(yīng)器流體力學(xué)的研究，確定反應(yīng)器的形狀，以達(dá)到最優(yōu)化的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，從而避免填料堆積，降低能耗。可以初步研究多級串聯(lián)連續(xù)式懸浮填料移動床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式與操控方案，為項(xiàng)目技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

目前，MBBR工藝在國外應(yīng)用較多，在國內(nèi)應(yīng)用較少。MBBR工藝運(yùn)行穩(wěn)定可靠，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，脫氮效果好，是一種經(jīng)濟(jì)高效的污水處理工藝。在生活水污處理方面，有機(jī)物和氨氮的去除率相對傳統(tǒng)生物膜AO工藝可以提高10%以上。MBBR工藝具有很大的研究價(jià)值和應(yīng)用前景。