隨著現(xiàn)代城市的發(fā)展，工業(yè)廢水量和生活污水量逐年增長，城市水污染問題日益突出。合格可用的淡水資源不斷減少，城市工業(yè)和生活用水的供需矛盾加劇，治理水污染已經(jīng)成為各地經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。由于我國水體富營養(yǎng)化問題日趨嚴重，而目前應用較廣泛的常規(guī)二級生化處理工藝對污水中的N營養(yǎng)物質(zhì)的去除率不高，難以適應社會發(fā)展的需要，因此脫氮工藝的研究已經(jīng)成為水污染控制領域的研究重點。MBBR（移動床生物膜反應器）是一種新技術，目前在國內(nèi)應用較少，實踐情況表明，MBBR工藝在有機物和氨氮的處理效果方面要強于傳統(tǒng)活性污泥法和傳統(tǒng)生物膜法，該技術可以提高有機物去除效率，脫氮效果較好。
1 MBBR工藝的原理和特點
1.1 MBBR工藝的原理
MBBR工藝原理是通過向反應器中投加一定數(shù)量的懸浮載體，提高反應器中的生物量及生物種類，從而提高反應器的處理效率。由于填料密度接近于水，所以在曝氣的時候，與水呈完全混合狀態(tài)，微生物生長的環(huán)境為氣、液、固三相。載體在水中的碰撞和剪切作用，使空氣氣泡更加細小，增加了氧氣的利用率。另外，每個載體內(nèi)外均具有不同的生物種類，內(nèi)部生長一些厭氧菌或兼氧菌，外部為好養(yǎng)菌，這樣每個載體都為一個微型反應器，使硝化反應和反硝化反應同時存在，從而提高了處理效果。
MBBR工藝兼具傳統(tǒng)流化床和生物接觸氧化法兩者的優(yōu)點，是一種新型高效的污水處理方法，依靠曝氣池內(nèi)的曝氣和水流的提升作用使載體處于流化狀態(tài), 進而形成懸浮生長的活性污泥和附著生長的生物膜，這就使得移動床生物膜使用了整個反應器空間，充分發(fā)揮附著相和懸浮相生物兩者的優(yōu)越性，使之揚長避短，相互補充。與以往的填料不同的是，懸浮填料能與污水頻繁多次接觸因而被稱為“移動的生物膜”。
1.2 MBBR的特點
與活性污泥法和固定填料生物膜法相比，MBBR既具有活性污泥法的高效性和運轉靈活性，又具有傳統(tǒng)生物膜法耐沖擊負荷、泥齡長、剩余污泥少的特點。
（1）填料特點
填料多為聚乙烯、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，以圓柱狀和球狀為主，易于掛膜，不結團、不堵塞、脫膜容易。
（2）良好的脫氮能力
填料上形成好養(yǎng)、缺氧和厭氧環(huán)境，硝化和反硝化反應能夠在一個反應器內(nèi)發(fā)生，對氨氮的去除具有良好的效果。
（3）去除有機物效果好
反應器內(nèi)污泥濃度較高，一般污泥濃度為普通活性污泥法的5～10倍，可高達30～40g/L。提高了對有機物的處理效率，同時耐沖擊負荷能力強。
（4）易于維護管理
曝氣池內(nèi)無需設置填料支架，對填料以及池底的曝氣裝置的維護方便，同時能夠節(jié)省投資及占地面積。
2 MBBR的研究現(xiàn)狀
2.1 國外對MBBR的研究應用現(xiàn)狀
MBBR是在20世紀90年代中期得到開發(fā)和應用的，其兼具傳統(tǒng)流化床和生物接觸氧化法兩者的優(yōu)點，是一種新型高效的污水處理方法。迄今為止，國外已應用MBBR進行處理生活污水、工業(yè)廢水的小試、中試及生產(chǎn)性實驗研究，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，研究了其對BOD的去除和硝化作用。
結果表明，硝化細菌優(yōu)先附著生長在載體上，硝化活性達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10年中，移動床生物膜技術在挪威得到了發(fā)展，現(xiàn)已有100多個基于此技術的污水處理廠在17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)廢水中的有機物及氨氮。同時可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術文檔。
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廢水的關鍵技術之一，其性能直接影響著污水的處理效果和投資費用�？蒲泄ぷ髡咭愿倪M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，在正常的曝氣強度下極易達到全池流化翻動。懸浮填料的形狀通常為球狀、圓筒狀或粒狀，一般認為球狀有良好的水力學特性，是最理想的形狀。但受到生產(chǎn)技術的限制，有時將材料作成球狀很困難；而圓筒狀填料當其長徑比為1時接近于球狀，因此懸浮填料一般選擇圓筒狀。另外，填充在生物膜反應器的填料的比表面積多在100～500m2/m3之間。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）。
2.2 國內(nèi)對MBBR的研究現(xiàn)狀
近年來，我國不少學者也進行了MBBR工藝的研究，但大多仍處于試驗性研究階段。其關鍵技術在于對懸浮填料的研究，如同濟大學的專利產(chǎn)品為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、結團、布氣布水不均勻等問題，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，使工程投資和運行管理費用相對提高。
從經(jīng)濟、實用、高效的角度出發(fā)，高性能的新型填料在材質(zhì)方面，應具有價格低廉、使用壽命長、易掛膜等特點；在結構方面，設計的比表面積應盡可能地大，并可以制造一些功能區(qū)，適應不同要求的厭氧、好氧微生物的生長，又兼顧易脫膜的特點。同時，應盡可能地降低懸浮填料的造價，最大程度發(fā)揮其優(yōu)點，使懸浮填料能更廣泛地應用到污水處理中。
目前，國內(nèi)對MBBR工藝的應用多為一些小型工程，在技術參數(shù)方面多為探索階段。
3 MBBR工藝在國內(nèi)的應用
3.1 應用于生活污水處理
以北京市順義區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院為例。該衛(wèi)生院產(chǎn)生的醫(yī)療廢水多為生活污水，處理水量為25～50m3/d，2005年至2007年針對順義區(qū)的張喜莊、北小營、木林、南法信、馬坡、張鎮(zhèn)、空港、天竺、北石槽、俸伯、區(qū)血站、小店、北務、大孫各莊、南彩、龍灣屯等衛(wèi)生院的污水進行了處理，其中前八個衛(wèi)生院采用傳統(tǒng)生物膜AO工藝，后八個單位采用MBBR工藝。工藝前端均設格柵和調(diào)節(jié)池，后端采用豎流式沉淀池和二氧化氯消毒。使用傳統(tǒng)生物膜AO工藝的污水處理站中的A池水力停留時間為4h，O池水力停留時間為6h，回流比100%，彈性填料填充比75%，氣水比15∶1。采用MBBR工藝的兩個曝氣池總停留時間為7h，不設回流，采用φ20×20（mm）柱狀改性聚乙烯懸浮填料,比表面積510m2/m3，填充比50%，氣水比10∶1，其中第二個反應池間斷曝氣。反應池采用下布水，池底設微孔曝氣管進行曝氣，出水設活動柵板。2005年12月和2007年1月經(jīng)順義區(qū)環(huán)境保護局環(huán)境監(jiān)測站監(jiān)測，監(jiān)測結果見下表：
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3.2 與生物膜AO工藝聯(lián)合應用
采用MBBR工藝與生物膜AO工藝聯(lián)合處理生活污水也取得了良好的效果。如順鑫瀾庭小區(qū)污水處理站采用了變形生物膜AO工藝，處理水量450m3/d。A池水力停留時間4h，O池分為兩段，第一段停留時間2h，采用球形懸浮填料，填充比50%；第二段停留時間4h，采用組合填料，填充比75%，回流比100%。2008年3月經(jīng)順義區(qū)環(huán)境保護局監(jiān)測站監(jiān)測，進水COD360mg/L、氨氮46mg/L，出水COD57mg/L、氨氮9.32mg/L，去除率分別達到84%和80%。
3.3 處理效果
MBBR工藝中的生物膜主要附著在填料上，污泥停留時間與水力停留時間無關，硝化菌、亞硝化菌等生長世代時間較長、增長速率很小的微生物都可以在填料上生長，從而增強了脫氮能力。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。不論是亞硝化過程還是硝化過程，都要耗用大量的氧。要使1分子氨氮（NH3-N及NH4+-N）完全氧化成NO3-需耗用2分子的氧，即氧化1mg氨氮需要4.57mg的氧。由于硝化反應需要足夠的氧量，因此溶解氧應控制在1.5～2.0mg/L或以上。在充氧的條件下，有機物在微生物的作用下分解為CO2和H2O，NH4+-N則發(fā)生硝化反應。硝化作用是在兩類好氧菌的參與下完成的，首先是亞硝化單細胞菌將氨氮氧化成亞硝酸鹽，然后硝化桿菌將亞硝酸鹽再進一步氧化成硝酸鹽。但是有機物濃度過高，硝化菌就不能成為優(yōu)勢菌種，從而會影響硝化效果。反硝化過程是將硝酸鹽轉化為氮氣，這個過程需要碳源和足夠的堿度，一般控制pH值在7～9.5。
MBBR工藝可以減小反應器的體積，減少能耗，在保證有機物去除率的同時，提高氨氮的去除效率；與生物膜AO工藝組合，也能改善去除氨氮的效果�？傮w來看，MBBR工藝在有機物和氨氮的處理效果方面要強于傳統(tǒng)活性污泥法和傳統(tǒng)生物膜法。
4 MBBR工藝在運行中容易出現(xiàn)的問題
（1）反應器中的填料依靠曝氣和水流的提升作用處于流化狀態(tài)，在實際工程中，容易出現(xiàn)局部填料堆積的現(xiàn)象。為了避免填料堆積現(xiàn)象，需改進曝氣管路的布置以及反應器的結構。反應器的結構在很大程度上決定了它的水力特性。實際工程中，當單個反應器的長深比為0.5左右且長度不大于3m時有利于填料完全移動。在實際工程設計時應通過大量試驗來優(yōu)化反應器的構造和水力特性，降低能耗，進一步提高MBBR的經(jīng)濟效益。
（2）反應器出水往往設置柵板或格網(wǎng)以避免填料流失，但容易造成堵塞。在實際工程中，可以設置活動柵板，定期進行人工清理，也可設置空氣反吹裝置以防止堵塞。
5 對MBBR工藝的建議
5.1 懸浮填料的研究和開發(fā)
應對填料表面的化學特性及懸浮填料的脫落機制進行深入的研究，增加填料的比表面積；應盡可能地降低懸浮填料的造價，使懸浮填料能更廣泛地應用于污水處理。
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微生物的生長和繁殖。
5.2 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，對這些組合工藝應加強研究并進行實際應用。
5.3 MBBR工藝反應器的研究
通過對反應器流體力學的研究，確定反應器的形狀，以達到最優(yōu)化的反應器結構，從而避免填料堆積，降低能耗�？梢猿醪窖芯慷嗉壌�(lián)連續(xù)式懸浮填料移動床反應器的結構型式與操控方案，為項目技術的推廣應用奠定基礎。
6 結論
目前，MBBR工藝在國外應用較多，在國內(nèi)應用較少。MBBR工藝運行穩(wěn)定可靠，抗沖擊負荷能力強，脫氮效果好，是一種經(jīng)濟高效的污水處理工藝。在處理生活污水方面，有機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值和應用前景。來源：谷騰水網(wǎng)
