MBBR，作為一種新型高效的污水處理方法，運(yùn)用生物膜法的基本原理，強(qiáng)化污染物去除。MBBR既充分利用了活性污泥法的優(yōu)點(diǎn)，又克服了傳統(tǒng)活性污泥法及固定式生物膜法的缺點(diǎn)，同時(shí)兼具傳統(tǒng)流化床和生物接觸氧化法的特征，依靠曝氣或攪拌的動(dòng)力使載體處于流化狀態(tài)，進(jìn)而形成懸浮生長(zhǎng)的活性污泥和附著生長(zhǎng)的生物膜復(fù)合系統(tǒng)，使得MBBR充分利用了了整個(gè)反應(yīng)器空間，并發(fā)揮了附著相和懸浮相生物兩者的優(yōu)越性，揚(yáng)長(zhǎng)避短，相互補(bǔ)充。與以往填料不同的是，懸浮載體能與污水頻繁多次接觸因而被稱為“移動(dòng)的生物膜”。

MBBR即移動(dòng)床生物膜技術(shù)，其微生物本質(zhì)是生物膜，水力學(xué)特征是移動(dòng)床，李村河污水處理廠是采用MBBR持續(xù)升級(jí)的典型案例。

青島李村河污水處理廠在2010年之前運(yùn)行水量17萬(wàn)m3/d，出水執(zhí)行一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。2010年進(jìn)行第一次提標(biāo)改造，要求出水COD、BOD、氨氮要達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。采用思普潤(rùn)MBBR技術(shù)，將MBBR工藝嵌入到好氧池中，實(shí)現(xiàn)了以上指標(biāo)的穩(wěn)定一級(jí)A達(dá)標(biāo)。隨著青島市的發(fā)展，污水處理量逐年上升。2015年該污水廠進(jìn)行第二次提標(biāo)改造，首先水量從17萬(wàn)m3/d提升到25萬(wàn)m3/d，其次要求所有出水指標(biāo)均達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，且出水具備達(dá)到準(zhǔn)IV類水的能力。所以我們采用工藝布置形式，擴(kuò)大了好氧區(qū)懸浮載體的投加區(qū)域，并形成了五段Bardenpho工藝，來(lái)實(shí)現(xiàn)提量和提標(biāo)。

在整個(gè)MBBR的升級(jí)改造過程中，從設(shè)備方面考慮，我們?cè)黾恿藨腋≥d體、曝氣系統(tǒng)、進(jìn)水系統(tǒng)和出水篩網(wǎng)系統(tǒng)，形成了整個(gè)MBBR工藝中的設(shè)備部分。但MBBR絕不僅僅是設(shè)備的簡(jiǎn)單集合，對(duì)工藝的認(rèn)知不足就可能導(dǎo)致工藝的失敗，比如填料堆積，篩網(wǎng)跑漏等。李村河污水廠在原池采用MBBR進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了從一級(jí)B到一級(jí)A到體量到達(dá)到準(zhǔn)IV水的平滑升級(jí)。是MBBR在城市污水廠升級(jí)改造中的典型應(yīng)用。

MBBR的升級(jí)改造技術(shù)路線

在污水廠升級(jí)改造的技術(shù)路線上，宏觀上需要流域統(tǒng)籌、廠網(wǎng)協(xié)同，而對(duì)于污水處理廠本身而言則主要是能源資源的配置，核心則是各指標(biāo)，如氨氮、TN、TP、SS去除方式的具體選擇。根據(jù)多年的升級(jí)改造經(jīng)驗(yàn)，大體形成了三條技術(shù)路線：

第一個(gè)技術(shù)路線是氮素分置。該技術(shù)路線的特點(diǎn)是對(duì)于生化池的改動(dòng)小，生化池主要去除氨氮，但需要新增反硝化濾池或MBBR后置反硝化池、混凝等工藝用以去除TN、TP和SS。例如2008年無(wú)錫蘆村的案例就是采用這樣的技術(shù)路線，在好氧池投加懸浮載體，強(qiáng)化處理效果，并且增大了缺氧區(qū)，為反硝化脫氮?jiǎng)?chuàng)造條件。同時(shí)蘆村改造的時(shí)候，也是新建了深度處理系統(tǒng)，保證了各指標(biāo)能夠穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A的標(biāo)準(zhǔn)。

MBBR之所以能夠強(qiáng)化硝化反硝化過程，主要是因?yàn)閺奈⑸�物的層面上，在懸浮載體、活性污泥這樣的復(fù)合系統(tǒng)中，除了亞硝化單胞菌這些污水處理常見的AOB以外，還有硝化螺旋菌作為優(yōu)勢(shì)菌種存在。當(dāng)硝化螺旋菌作為優(yōu)勢(shì)菌種存在時(shí)，出水氨氮一般都非常穩(wěn)定，在2mg/L甚至是1mg/L以下，可以作為出水水質(zhì)較好和穩(wěn)定的指示性微生物。進(jìn)一步，我們發(fā)現(xiàn)隨著填料的成熟，硝化細(xì)菌逐步向填料上富集，這是微生物長(zhǎng)期進(jìn)化及選擇的結(jié)果。所以，以硝化菌群為代表的比生長(zhǎng)速率低的長(zhǎng)泥齡菌群更易在填料上富集。此外，許多高效反硝化菌群雖然是異養(yǎng)菌，生長(zhǎng)速率很低，但它的反硝化速率卻很高，在填料上也會(huì)有大量的檢出。并且隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，填料上的硝化菌群的占比會(huì)逐步增加。通過對(duì)十幾個(gè)污水處理廠的填料進(jìn)行測(cè)定，硝化細(xì)菌占比一般在8-10%，最好的為25%的，差異主要是與各個(gè)污水處理廠的運(yùn)行水平有關(guān)。


 

此外，因?yàn)镸BBR是一個(gè)懸浮載體，實(shí)質(zhì)上它是菌種固定化機(jī)制。對(duì)于采用常規(guī)活性污泥法的污水廠，它受到?jīng)_擊以后，最難保證的就是氨氮的恢復(fù)，因?yàn)槟嗍艿經(jīng)_擊后AOB得不到增值，并且增大排泥后，氨氧化細(xì)菌占比會(huì)繼續(xù)降低。而MBBR的工藝的硝化細(xì)菌主要富集在填料上，所以雖然沖擊來(lái)臨的時(shí)候水質(zhì)有波動(dòng)，但是沖擊過后系統(tǒng)就可以很快恢復(fù)，所以MBBR的抗沖擊能力比較強(qiáng)。浙江的崇福污水廠是抗沖擊的典型案例，通過菌群的固定化，使出水可以達(dá)到一個(gè)較高的排放標(biāo)準(zhǔn)。

第二個(gè)技術(shù)路線是氮素回歸生化，強(qiáng)化生化脫氮。該路線主要是在生化段去除氨氮和總氮，而SS和TP則在深度處理中進(jìn)行去除。對(duì)于總氮去除率要求不高的，可采用A2/O工藝，但是對(duì)總氮去除要求高的則需要采用五段Bardenpho工藝。眾所周知，傳統(tǒng)A2/O工藝對(duì)TN的去除受到回流比的限制，一般不大于80%。而在高標(biāo)準(zhǔn)尤其準(zhǔn)Ⅳ類水提標(biāo)的時(shí)候，出于對(duì)TN的要求，需要采用五段的Bardenpho工藝來(lái)破除回流比的限制。

浙江寧波新周污水廠污水廠設(shè)計(jì)水量16萬(wàn)m3/d，出水執(zhí)行準(zhǔn)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過MBBR改造以后，出水總氮可達(dá)到一個(gè)較穩(wěn)定的水平。三門污水廠，采用MSBR-MBBR工藝進(jìn)行五段Bardenpho工藝，出水效果穩(wěn)定達(dá)到準(zhǔn)Ⅳ類水的水平。

之所以采用這樣的工藝路線，一方面受限于A2/O對(duì)TN的去除率，通過后置反硝化區(qū)域的設(shè)計(jì)，能夠控制總氮去除率達(dá)到更高的要求。另外一方面，懸浮載體除了特定的硝化菌群，填料上微生物菌落更加豐富，更容易保持水質(zhì)的穩(wěn)定性。

第三個(gè)技術(shù)路線是要在穩(wěn)定脫氮的基礎(chǔ)之上，強(qiáng)化生物除磷(溶解性總磷)。此時(shí)就需要對(duì)生化池有更高的要求，以滿足生物除磷的基本條件。團(tuán)島污水處理廠，設(shè)計(jì)水量10萬(wàn)m3/d，進(jìn)水水質(zhì)濃度非常高。在保證脫氮基礎(chǔ)上，通過縮短它的泥齡，強(qiáng)化了生物除磷。使出水總磷穩(wěn)定地保持在1mg/L，去除率接近90%，充分發(fā)揮生物除磷的作用。

之所以MBBR能夠強(qiáng)化生物除磷，實(shí)際是源于MBBR的雙泥齡系統(tǒng)。對(duì)于傳統(tǒng)的活性污泥法，是單一泥齡系統(tǒng)，所以必須要兼顧脫氮和除磷。但是對(duì)于MBBR工藝，則是雙泥齡系統(tǒng)，系統(tǒng)既有懸浮態(tài)的短泥齡菌群，又有固定式附著態(tài)的長(zhǎng)泥齡菌群。通過人為控制，實(shí)現(xiàn)針對(duì)脫氮除磷泥齡的分離，強(qiáng)化脫氮除磷。

以上三條技術(shù)路線基本上可以滿足大多數(shù)污水廠的升級(jí)改造。它們有一個(gè)共同的特征，就是將MBBR工藝鑲嵌在原工藝內(nèi)。整個(gè)技術(shù)路線都是以回歸生物處理為基礎(chǔ)，充分挖掘生化潛能，立足水廠現(xiàn)在，考慮未來(lái)發(fā)展。MBBR在其中發(fā)揮著生物選擇器的作用。

填料的設(shè)計(jì)參數(shù)與材質(zhì)選擇

MBBR工藝更加關(guān)注填料的設(shè)計(jì)和選型，青島思普潤(rùn)聯(lián)合住建部共同出臺(tái)了《水處理用高密度聚乙烯懸浮載體填料》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定主要是規(guī)范了市場(chǎng)的一些亂象，對(duì)懸浮載體進(jìn)行了統(tǒng)一的界定。在材質(zhì)上，由于高密度聚乙烯(HDPE)在密度、耐候性以及熱塑精密性上的優(yōu)越，所以采用HDPE作為懸浮載體的材質(zhì)。

另一方面是關(guān)于設(shè)計(jì)參數(shù)，通過對(duì)多個(gè)污水處理廠參數(shù)進(jìn)行總結(jié)對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩種不同類型的填料型號(hào)不同，填充率不同，但面積相同的時(shí)候，其處理能力是相當(dāng)?shù)�。MBBR的微生物學(xué)本質(zhì)是生物膜，本來(lái)就對(duì)界面要求非常高，這也符合邏輯認(rèn)知。所以在MBBR設(shè)計(jì)上更傾向于采用膜面負(fù)荷。很多人會(huì)認(rèn)為填料的作用就是一味的增加生物量。但是，需要認(rèn)知的是生物量越多必然導(dǎo)致生物膜越厚，當(dāng)生物膜厚度過高，就會(huì)減少過水?dāng)嗝�，影響流化和傳質(zhì)。一個(gè)極端的情況就是填料上全部都是微生物，此時(shí)生物膜過厚無(wú)法傳質(zhì)，勢(shì)必也會(huì)影響去除效果。所以冬季最佳的生物膜厚度為100μm，而夏季則是60μm。所以MBBR的設(shè)計(jì)不是按照污泥負(fù)荷，而是采用膜負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)。

臺(tái)州黃巖污水廠就是基于這樣的理念進(jìn)行的設(shè)計(jì)。黃巖污水廠是2014年改造，但直到2107年才驗(yàn)收合格。之所以會(huì)產(chǎn)生這些問題，就是由于進(jìn)水水質(zhì)大面積的超標(biāo)，并且波動(dòng)較大。對(duì)于一般活性污泥系統(tǒng)，基本上不會(huì)有太大的效果。但是采用MBBR工藝處理后，經(jīng)過幾年的運(yùn)行，填料上的硝化細(xì)菌逐步富集，現(xiàn)在系統(tǒng)基本上達(dá)到穩(wěn)定，并且在進(jìn)水存在波動(dòng)甚至超標(biāo)的時(shí)候，出水依然能夠保持穩(wěn)定。這也體現(xiàn)設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)方式的正確性。按照膜負(fù)荷的設(shè)計(jì)指標(biāo)，在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)就能達(dá)標(biāo)，超過設(shè)計(jì)范圍就不達(dá)標(biāo)，無(wú)任何填料的多投，這就體現(xiàn)了設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性。從材質(zhì)壽命上來(lái)講，進(jìn)行了一系列的模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于15年。