污水处理工艺——MBBR的工作原理、应用及特点

一、什么是MBBR？

MBBR工艺是运用生物膜法的基本原理，通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体，提高反应器中的生物量及生物种类，从而提高反应器的处理效率。由于填料密度接近于水，所以在曝气的时候，与水呈完全混合状态，微生物生长的环境为气、液、固三相。

载体在水中的碰撞和剪切作用，使空气气泡更加细小，增加了氧气的利用率。另外，每个载体内外均具有不同的生物种类，内部生长一些厌氧菌或兼氧菌，外部为好氧菌，这样每个载体都为一个微型反应器，使硝化反应和反硝化反应同时存在，从而提高了处理效果。

     

二、MBBR的原理及特点

1、MBBR工艺的原理

MBBR工艺原理是通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体，提高反应器中的生物量及生物种类，从而提高反应器的处理效率。由于填料密度接近于水，所以在曝气的时候，与水呈完全混合状态，微生物生长的环境为气、液、固三相。载体在水中的碰撞和剪切作用，使空气气泡更加细小，增加了氧气的利用率。另外，每个载体内外均具有不同的生物种类，内部生长一些厌氧菌或兼氧菌，外部为好养菌，这样每个载体都为一个微型反应器，使硝化反应和反硝化反应同时存在，从而提高了处理效果。

MBBR工艺兼具传统流化床和生物接触氧化法两者的优点，是一种新型高效的污水处理方法，依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用使载体处于流化状态,进而形成悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜，这就使得移动床生物膜使用了整个反应器空间，充分发挥附着相和悬浮相生物两者的优越性，使之扬长避短，相互补充。与以往的填料不同的是，悬浮填料能与污水频繁多次接触因而被称为“移动的生物膜”。

2、MBBR的优点

与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运转灵活性，又具有传统生物膜法耐冲击负荷、泥龄长、剩余污泥少的特点。

（1）填料特点

填料多为聚乙烯、聚丙烯及其改性材料、聚氨酯泡沫体等制成的，比重接近于水，以圆柱状和球状为主，易于挂膜，不结团、不堵塞、脱膜容易。

（2）良好的脱氮能力

填料上形成好养、缺氧和厌氧环境，硝化和反硝化反应能够在一个反应器内发生，对氨氮的去除具有良好的效果。

（3）去除有机物效果好

反应器内污泥浓度较高，一般污泥浓度为普通活性污泥法的5～10倍，可高达30～40g/L。提高了对有机物的处理效率，同时耐冲击负荷能力强。

（4）易于维护管理

曝气池内无需设置填料支架，对填料以及池底的曝气装置的维护方便，同时能够节省投资及占地面积。

3、MBBR缺点

（1）反应器中的填料依靠曝气和水流的提升作用处于流化状态，在实际工程中，容易出现局部填料堆积的现象。为了避免填料堆积现象，需改进曝气管路的布置以及反应器的结构。反应器的结构在很大程度上决定了它的水力特性。实际工程中，当单个反应器的长深比为0、5左右且长度不大于3m时有利于填料完全移动。在实际工程设计时应通过大量试验来优化反应器的构造和水力特性，降低能耗，进一步提高MBBR的经济效益。

（2）反应器出水往往设置栅板或格网以避免填料流失，但容易造成堵塞。在实际工程中，可以设置活动栅板，定期进行人工清理，也可设置空气反吹装置以防止堵塞。

     

三、MBBR填料的判别

1、生物膜的附着性

生物膜的附着能力-评价填料优劣的最重要指标生物附着量=受保护的表面积(与填料的设计运行状态构有关)×单位表面积的生物附着量(与填料的性能有关)

2、填料性能

填料性能-评价填料生物附着量的最重要指标

(1)填料表面性能

a、表面构造:一般认为表面粗糙度大，挂膜速度快。

b、表面电位:一般微生物带负电荷，填料表面为正电荷适宜微生物生长。

c、亲水性:微生物为亲水性粒子，填料亲水性好适合微生物生长挂膜状态。

(2)水力学性能

a、孔隙率:填料占用的体积，孔隙率高好。

b、形状尺寸:影响水流、气流的流态。

(3)流化性能:与填料的密度有关

填料的密度应为0.97-1.03，较小的曝气或搅拌即可实现流化。

3、挂膜成熟判别

肉眼判断:

生物膜均匀分布于载体表面，越靠近载体表面越致密，反之越松散，同时载体颜色变深，标志着载体挂膜进入了成熟期。

镜检判断:

生物膜结构致密，微生物种类多样化，固着型纤毛虫、钟虫、累枝虫等数量居多，有少量轮虫、游泳型纤毛虫出现标志着生物膜的成熟。

     

四、MBBR的快速启动

1、填料投放阶段

(1)填料投加时，观察是否出现堆积现象，一旦出现堆积停止投放。等第二天继续观察再投加。        

       

(2)投放填料时，采用间歇式曝气，夜间可持续曝气，但是需要减少曝气量。        

       

(3)运行24小时后，连续进水2-3小时，再继续上述曝气，运行48小时后，观察填料上的挂膜情况，并加大进水量延长进水时间，检查池内溶解氧状况，最好保持在1.5-2.0mg/L左右。运行72小时后，联系进水并逐步加到设计要求，根据常规检查进水出水的水质值班，预计7天左右可到设计水质要求。        

2、生物膜的培养阶段

所谓生物膜的培养就是通过一定的手段，使处理系统中产生并积累一定量的微生物、使填料上的生物膜达到一定厚度，其培养方式主要有静态培养和动态培养。        

       

(1)静态培养        

       

所谓的静态培养是:为了防止新生微生物随水流走，尽可能的提供微生物与填料层的接触时间，为加快生物膜的形成，开始阶段为了避免由于废水营养单一，故每天一次以C：N：P=100:5:1比例投加尿素、二胺、白糖等营养底物。首先将接种污泥(10%生化有效体积)和废水泵打入生化池内，然后开始曝气培养。生化池内填料的堆放体积按反应池有效容积35%~40%。静置4-5h不曝气，使固着态微生物接种到填料上，然后曝气1h，再静置2h，曝气1h，重复操作，4-5天后，填料表面已全部挂上生物膜，第6天开始连续小水量进水。        

       

(2)动态培养        

       

经过6天的闷曝培养，填料表面已经生长了薄薄一层黄褐色生物膜，故改为连续进水，进行动态培养，调整进水量，控制溶解氧在2~4mg/L之间(用溶氧仪测定溶解氧)。约15天之后，填料上有一些变形虫、漫游虫(用生物显微镜观察)，手摸填料有粘性、滑腻感，在20天以后出现鞭毛虫、钟虫、草履虫游离菌等原生动物。在经过20天的培养出现轮虫、线虫等后生动物，标志生物膜已经长成。可以开始连续工业运行。        

       

3、生物膜的驯化阶段

驯化的目的是选择适应实际水质情况的微生物，淘汰无用的微生物，对于有脱氮除磷功能的处理工艺，通过驯化使硝化菌、反硝化菌、聚磷菌成为优势菌群。具体做法是首先保持工艺的正常运转，然后，严格控制工艺控制参数，DO平均应控制在2~3mg/l之间，好氧池曝气时间不小于5小时，在此过程中，每天做好各项水质指标和控制参数的测定，当生物膜的平均厚度在0、2-0、5mm左右生物膜培养即告成功，直到出水BOD5、SS、CODCr等各项指标达到设计要求。        

       

        

       

五、MBBR工艺在工程应用中的常见问题

1、冬季低温调试，填料挂膜时间需多长时间？

在一个月就能够很好的一个实现达标。如果挂膜的话它实际上是一个过程，把挂膜分成两个角度，第一个是的肉眼能看到填料上有明显的生物膜，这个时间是需要七天；第二个就是达标的时间，这个时间在冬季的话大概就是在一个月之内；第三个就是生物膜完全成熟的时间，这个就会比较长，因为从专业的角度，生物膜完全成熟至少要经历一个冬夏的交替，它上面的菌落才能最终的实现稳定。总结，虽说从学术的一个角度，的稳定大概就是过了一个冬夏，从效果的角度是在三十天之内出水能够达标，从肉眼识别的角度大概在七天。          

2、MBBR工艺需要另外投加生物菌剂吗？

MBBR是在严格意义上来说是不需要投加菌剂的，那么它是通过合理的优化参数，它是能够去自然富集，比如说的硝化细菌或者反硝化细菌，因为它的这种生物膜的条件就有利于相关细菌的附着，比如说厌氨化也是，在特定的条件下有利于的厌氨化菌的附着，那么在特殊水质条件下比如说有一些难降解水质或者水质的来源比较单一的，有一些专性的菌剂是有特殊效果，这样可以做菌剂的投加作为初次的接种，后续是不需投加的。概括起来说，在生活污水条件下是不需要的，在一些特定废水条件下，可以作为一个研究性的命题去做相关的研究。          

         

3、MBBR需要反硝化冲洗吗？

MBBR最大的好处，是它和传统生物膜相比就是它是不需要反冲洗的，因为他的生物膜是自动脱落的，从的研究中发现当你的生物膜活性比较强，它的胞外聚合物的分泌物就会多，它的粘性就会强。那么当它老化，胞外分泌物减少，它的粘性减弱，就会在流化的过程中自动脱落，然后会有新的生物膜长上来，所以说它是不需要冲洗的。          

4、MBBR的核心是什么？

MBBR的核心就是两个，一个是填料，另一个是流化，填料是作为载体，现在还没有一个统一的研究说明它的性能有多大的影响，但它的形状对流化是会有影响的，所以说从国内外看应用最多的还是扁圆柱状填料，那么关于填料的研究一直在继续，大家可以去尝试看看各种不同的填料，哪种效果最好。但是从工程化的角度看，要评价的维度比如说性能、挂膜速度、最终稳定效果、寿命、耐磨性等等，所以从现在来看，悬浮载体的核心还是在流化上。          

5、MBBR系统的填充率问题？

目前已经验证的极限填充率是67%，在工程能做到的最大的好氧区是60%，缺氧区是50%。          

6、MBBR的填料必须是改性的吗？

填料是不需要改性的，现有填料是没有问题的，通过众多的工程实践证明填料依然能够达到很好的效果，填料改性还是一个研究的范畴，还到不了工程范畴。          

         

7、水温在3度情况下MBBR还能运行吗？

目前实践过的案例在新疆地区，水温7到8度左右是能稳定运行的。水温3度在国内还没有遇到，但是据了解国外的挪威Nordheim污水厂（它是为冬奥会服务的）的进水是冰雪融水，水温就是3度，经过实践是能稳定达标的。          

8、填料会不会容易产生污泥膨胀？

污泥膨胀形成的原因主要是丝状菌，那么从国外的报道显示，填料有助于削弱污泥膨胀，因为它能够在污泥系统中把“绵长状”的丝状菌给打碎，如果是正常污泥絮体，而污泥絮体的尺寸远小于填料的尺寸，它不会打碎污泥，所以从国外的研究看MBBR是有利于提高污泥沉降性的，而从的工程实践上看也没有发现采用MBBR的系统有明显污泥膨胀的特点。          

       

六、MBBR、MBR、FBR的区别

MBBR是移动床生物膜反应器，它使用自由漂浮的塑料膜介质使微生物进行附着生长。其中的塑料薄膜介质需要保持悬浮状态，所以材料需要密度接近于水的密度，并持续曝气使污染物与附着的生物膜之间的良好接触，从而有效去除BOD。          

MBBR的特点：

         

1、建造简单、操作方便。          

         

2、有机物去除效率高，脱氮除磷效果好。          

         

3、不易堵塞，无需定期反冲洗。          

         

4、处理结束后需要沉淀过程。          

         

MBR代表膜生物反应器，是一种将分离膜技术与活性污泥相结合的工艺。大部分的膜生物反应器是浸没在污水中，通过附着生长在膜表面的微生物处理污水中的有机物。          

MBR的特点：

1、能够在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低（理论上可以实现零污泥排放），降低了污泥处理费用。          

         

2、反应器内能维持高MLSS浓度，处理装置容积负荷高，从而减少占地面积。          

         

3、高微生物量需要足够的曝气量，因此运营能耗也更高。          

         

4、容易造成膜污染，需要定期进行膜清洗或反冲洗。          

         

FBR固定床生物膜反应器，它的工作原理与MBBR相似，区别在于生物膜附着在固定的固体物料块上。在固体物料块下方进行曝气为生物膜提供生长所需的氧气，并控制膜块的清洗。          

FBR的特点：

1、能适应进水水量、有机物含量变化较大的废水          

         

2、比MBBR操作更方便，能耗更低（因为直接在底部曝气）。          

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