隨著(zhù)現代城市的發(fā)展，工業(yè)廢水量和生活污水量逐年增長(cháng)，城市水污染問(wèn)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(huì )發(fā)展的重要環(huán)節。由于我國水體富營(yíng)養化問(wèn)題日趨嚴重，而目前應用較廣泛的常規二級生化處理工藝對污水中的N營(yíng)養物質(zhì)的去除率不高，難以適應社會(huì )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(lǐng)域的研究重點(diǎn)。MBBR（移動(dòng)床生物膜反應器）是一種新技術(shù)，目前在國內應用較少，實(shí)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活性污泥法和傳統生物膜法，該技術(shù)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(diǎn)
1.1 MBBR工藝的原理
MBBR工藝原理是通過(guò)向反應器中投加一定數量的懸浮載體，提高反應器中的生物量及生物種類(lèi)，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(shí)候，與水呈完全混合狀態(tài)，微生物生長(cháng)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(gè)載體內外均具有不同的生物種類(lèi)，內部生長(cháng)一些厭氧菌或兼氧菌，外部為好養菌，這樣每個(gè)載體都為一個(gè)微型反應器，使硝化反應和反硝化反應同時(shí)存在，從而提高了處理效果。
MBBR工藝兼具傳統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，依靠曝氣池內的曝氣和水流的提升作用使載體處于流化狀態(tài), 進(jìn)而形成懸浮生長(cháng)的活性污泥和附著(zhù)生長(cháng)的生物膜，這就使得移動(dòng)床生物膜使用了整個(gè)反應器空間，充分發(fā)揮附著(zhù)相和懸浮相生物兩者的優(yōu)越性，使之揚長(cháng)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(chēng)為“移動(dòng)的生物膜”。
1.2 MBBR的特點(diǎn)
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，又具有傳統生物膜法耐沖擊負荷、泥齡長(cháng)、剩余污泥少的特點(diǎn)。
（1）填料特點(diǎn)
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、缺氧和厭氧環(huán)境，硝化和反硝化反應能夠在一個(gè)反應器內發(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(shí)耐沖擊負荷能力強。
（4）易于維護管理
曝氣池內無(wú)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(shí)能夠節省投資及占地面積。
2 MBBR的研究現狀
2.1 國外對MBBR的研究應用現狀
MBBR是在20世紀90年代中期得到開(kāi)發(fā)和應用的，其兼具傳統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，國外已應用MBBR進(jìn)行處理生活污水、工業(yè)廢水的小試、中試及生產(chǎn)性實(shí)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。在完全混合反應器中加入聚氨酯泡沫塊供微生物附著(zhù)生長(cháng)，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(zhù)生長(cháng)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，BOD可完全去除，并繼而發(fā)生硝化作用，硝化作用可在10h內完成。在過(guò)去的10年中，移動(dòng)床生物膜技術(shù)在挪威得到了發(fā)展，現已有100多個(gè)基于此技術(shù)的污水處理廠(chǎng)在17個(gè)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(shí)可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。
微生物賴(lài)以棲息的新型載體的研制開(kāi)發(fā)是移動(dòng)生物膜法處理廢水的關(guān)鍵技術(shù)之一，其性能直接影響著(zhù)污水的處理效果和投資費用�？蒲泄ぷ髡咭愿倪M(jìn)填料為突破口，不斷推動(dòng)移動(dòng)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(cháng)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(dòng)。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(xué)特性，是最理想的形狀。但受到生產(chǎn)技術(shù)的限制，有時(shí)將材料作成球狀很困難；而圓筒狀填料當其長(cháng)徑比為1時(shí)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 國內對MBBR的研究現狀
近年來(lái)，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，如同濟大學(xué)的專(zhuān)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(lái)說(shuō)，國內使用的載體外形尺寸比國外的要大，這主要是受整個(gè)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(huì )遇到堵塞、結團、布氣布水不均勻等問(wèn)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(shí)用、高效的角度出發(fā)，高性能的新型填料在材質(zhì)方面，應具有價(jià)格低廉、使用壽命長(cháng)、易掛膜等特點(diǎn)；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，適應不同要求的厭氧、好氧微生物的生長(cháng)，又兼顧易脫膜的特點(diǎn)。同時(shí)，應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用到污水處理中。
目前，國內對MBBR工藝的應用多為一些小型工程，在技術(shù)參數方面多為探索階段。
3 MBBR工藝在國內的應用
3.1 應用于生活污水處理
以北京市順義區各鄉鎮衛生院為例。該衛生院產(chǎn)生的醫療廢水多為生活污水，處理水量為25～50m3/d，2005年至2007年針對順義區的張喜莊、北小營(yíng)、木林、南法信、馬坡、張鎮、空港、天竺、北石槽、俸伯、區血站、小店、北務(wù)、大孫各莊、南彩、龍灣屯等衛生院的污水進(jìn)行了處理，其中前八個(gè)衛生院采用傳統生物膜AO工藝，后八個(gè)單位采用MBBR工藝。工藝前端均設格柵和調節池，后端采用豎流式沉淀池和二氧化氯消毒。使用傳統生物膜AO工藝的污水處理站中的A池水力停留時(shí)間為4h，O池水力停留時(shí)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(gè)曝氣池總停留時(shí)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(gè)反應池間斷曝氣。反應池采用下布水，池底設微孔曝氣管進(jìn)行曝氣，出水設活動(dòng)柵板。2005年12月和2007年1月經(jīng)順義區環(huán)境保護局環(huán)境監測站監測，監測結果見(jiàn)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(shí)間4h，O池分為兩段，第一段停留時(shí)間2h，采用球形懸浮填料，填充比50%；第二段停留時(shí)間4h，采用組合填料，填充比75%，回流比100%。2008年3月經(jīng)順義區環(huán)境保護局監測站監測，進(jìn)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(zhù)在填料上，污泥停留時(shí)間與水力停留時(shí)間無(wú)關(guān)，硝化菌、亞硝化菌等生長(cháng)世代時(shí)間較長(cháng)、增長(cháng)速率很小的微生物都可以在填料上生長(cháng)，從而增強了脫氮能力。脫氮過(guò)程分為硝化和反硝化兩個(gè)階段，分別由硝化菌和反硝化菌完成。不論是亞硝化過(guò)程還是硝化過(guò)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(lèi)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(jìn)一步氧化成硝酸鹽。但是有機物濃度過(guò)高，硝化菌就不能成為優(yōu)勢菌種，從而會(huì )影響硝化效果。反硝化過(guò)程是將硝酸鹽轉化為氮氣，這個(gè)過(guò)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(shí)，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(lái)看，MBBR工藝在有機物和氨氮的處理效果方面要強于傳統活性污泥法和傳統生物膜法。
4 MBBR工藝在運行中容易出現的問(wèn)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(shí)際工程中，容易出現局部填料堆積的現象。為了避免填料堆積現象，需改進(jìn)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(shí)際工程中，當單個(gè)反應器的長(cháng)深比為0.5左右且長(cháng)度不大于3m時(shí)有利于填料完全移動(dòng)。在實(shí)際工程設計時(shí)應通過(guò)大量試驗來(lái)優(yōu)化反應器的構造和水力特性，降低能耗，進(jìn)一步提高M(jìn)BBR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(shí)際工程中，可以設置活動(dòng)柵板，定期進(jìn)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(kāi)發(fā)
應對填料表面的化學(xué)特性及懸浮填料的脫落機制進(jìn)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(jià)，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(jìn)微生物的生長(cháng)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(diǎn)，對這些組合工藝應加強研究并進(jìn)行實(shí)際應用。
5.3 MBBR工藝反應器的研究
通過(guò)對反應器流體力學(xué)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)連續式懸浮填料移動(dòng)床反應器的結構型式與操控方案，為項目技術(shù)的推廣應用奠定基礎。
6 結論
目前，MBBR工藝在國外應用較多，在國內應用較少。MBBR工藝運行穩定可靠，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生物膜AO工藝可以提高10%以上。MBBR工藝具有很大的研究?jì)r(jià)值和應用前景。來(lái)源：谷騰水網(wǎng)
