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武漢萬安環保工程技術有限公司
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閱讀：498發布時間：2022-12-15
從多年的運行實踐來看，活性污泥法雖較為成熟，但也存在很多的缺點和不足，如曝氣池容積大、占地面積高、基建費用高等，同時對水質、水量變化的適應性較低，運行效果易受水質、水量變化的影響等。鑒于上述因素，這種污水處理方法逐漸被后來的生物膜法所取代。生物膜法彌補了活性污泥法的很多不足，如它的穩定性好、承受有機負荷和水力負荷沖擊的能力強、無污泥膨脹、無回流，對有機物的去除率高，反應器的體積小、污水處理廠占地面積小等優點。但是生物膜法也有其*的缺陷，如生物濾池中的濾料易堵塞、需周期性反沖洗、同時固定填料以及填料下曝氣設備的更換較困難、生物流化床反應器中的載體顆粒只有在流化狀態下才能發揮作用、工藝的穩定性較差…等。介于以上兩種工藝的缺點和不足，移動床生物膜反應器(moving-bed-biofilm-reactor，簡稱MBBR工藝)應運而生。MBBR工藝法在80年代末就有所介紹并很快在歐洲得到應用，它吸取了傳統的活性污泥法和生物接觸氧化法兩者的優點而成為一種新型、高效的復合工藝處理方法。其核心部分就是以比重接近水的懸浮填料直接投加到曝氣池中作為微生物的活性載體，依靠曝氣池內的曝氣和水流的提升作用而處于流化狀態，當微生物附著在載體上，漂浮的載體在反應器內隨著混合液的回旋翻轉作用而自由移動，從而達到污水處理的目的。作為懸浮生長的活性污泥法和附著生長的生物膜法相結合的一種工藝，MBBR工藝法兼具兩者的優點：占地少——在相同的負荷條件下它只需要普通氧化池20%的容積；微生物附著在載體上隨水流流動所以不需活性污泥回流或循環反沖洗；載體生物不斷脫落，避免堵塞；有機負荷高、耐沖擊負荷能力強，所以出水水質穩定；水頭損失小、動力消耗低，運行簡單，操作管理容易；同時適用于改造工程等。隨著現代化工業的進程和人口急劇的膨脹，水污染問題已經成為社會焦點之一，目前污水處理的方法主要有活性污泥法和生物膜法兩大類：活性污泥法從20世紀初英國開創以來，經過幾十年的發展革新已經擁有多種運行方式，同時由于其的污水處理效果而逐漸成為大家認可的比較成熟的工藝；生物膜法是利用附著在填料上的生物對水體進行凈化的一種工藝，近年來也得到迅速的發展和提高。
在過去十幾年的研究中，MBBR工藝法已經作為一種成熟的工藝廣泛應用于造紙廢水、食品工業廢水、屠宰廢水、煉油廢水等工業廢水中，同時也可以處理城市生活污水以及城市廢水與工業廢水的混合污水。許多工程實例表明，用MBBR工藝法處理污水效果良好。
MBBR工藝工藝原理是通過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，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，與水呈混合狀態，微生物生長的環境為氣、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，每個載體內外均具有不同的生物種類，內部生長一些厭氧菌或兼氧菌，外部為好養菌，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工藝工藝兼具傳統流化床和生物接觸氧化法兩者的優點，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，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，充分發揮附著相和懸浮相生物兩者的*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、填料對MBBR工藝法的影響
MBBR工藝法的技術關鍵在于比重接近于水、輕微攪拌下易于隨水自由運動的生物填料。通常填料由聚乙烯塑料制成，每一個載體的外形為直徑10mm、高8mm的小圓柱體，圓柱體中有十字支撐，外壁有突出的豎條狀鰭翅，填料中空部分占整個體積的0.95，即在一個充滿水和填料的容器中，每一個填料中水占的體積為95%。考慮到填料旋轉以及總容器容積，填料的填充比被定義為載體所占空問的比例，為了達到混合效果，填料的填充比為0.7。理論上填料總的比表面積是按照每一單位體積生物載體比表面積的數量來定義的，一般為700m2/m3。當生物膜在載體內部生長時，實際有效利用的比表面積約為500m2/m3。
此類型的生物填料有利于微生物在填料內側附著生長，形成較穩定的生物膜，并且容易形成流化狀態。當預處理要求較低或污水中含有大量纖維物質時，例如在市政污水處理中不采用初沉池或者在處理含有大量纖維的造紙廢水時，采用比表面積較小、尺寸較大的生物填料，當已有較好的預處理或用于硝化時，采用比表面積大的生物填料。
2、溶解氧(DO)對MBBR工藝法的影響
對DO在MBBR工藝中同步硝化一反硝化生物脫氮過程中的影響機理進行了詳細分析，認為DO濃度是影響同步硝化一反硝化的一個主要的限制因素。通過對DO濃度的控制，可使生物膜的不同部位形成好氧區或缺氧區，這樣便具有了實現同步硝化一反硝化的物理條件。從理論上講，當DO質量濃度過于高時，DO能穿透到生物膜內部，使其內部難以形成缺氧區，大量的氨氮被氧化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，使得出水TN仍然很高；反之，如果DO濃度很低，就會造成生物膜內部很大比例的厭氧區，生物膜反硝化能力增強(出水硝氮和亞硝氮濃度都很低)，但由于DO供應不足，MBBR工藝工藝硝化效果下降，使得出水氨氮濃度上升，從而導致出水TN上升，影響最終的處理效果。通過研究最終得出了MBBR工藝法處理城市生活污水DO的一個值：當DO質量濃度在2mg/L以上時，DO對MBBR工藝硝化效果的影響不大，氨氮的去除率可達97%-99%，出水氨氮都能保持在1.0mg/L以下；DO質量濃度在1.0mg/L左右時，氨氮的去除率在84%左右，出水氨氮濃度有明顯上升。另外，曝氣池內DO也不宜過高，溶解氧過高能夠導致有機污染物分解過快，從而使微生物缺乏營養，活性污泥易于老化，結構松散。此外，DO過高，過量耗能，在經濟上也是不適宜的。
因為MBBR工藝法主要是通過懸浮填料來實現最終的污水處理，所以DO對懸浮填料的影響也是影響整個處理結果的關鍵。曹占平等對MBBR工藝法充氧能力進行了實驗研究，結果表明反應器的充氧能力在一定范圍內隨著懸浮填料填充率的增大而增大。在曝氣的作用下，水隨填料一起流化，水流紊動程度較無填料時大，加速了氣液界面的更新和氧的轉移，使氧的轉移速率提高。隨著填料數量的增多，填料、氣流和水流三者之間的這種切割作用和紊動作用不斷加強。但加入填料量為60%時，填料在水中的流化效果變差，水體紊動程度也降低，使得氧的傳遞速率下降，氧的利用率降低。所以針對不同類型的水質，控制好DO的量對整個工藝最終的處理結果是至關重要的。
3、水力停留時間對MBBR工藝工藝的影響
合適的水力停留時間(HRT)是確保凈化效果和工程投資經濟性的重要控制因素。水力停留時間的長短將直接影響到水中有機物與生物膜的接觸時間，進而影響微生物對有機物的吸附和降解效率，所以針對不同的污水類型找出經濟而合理的HRT是非常關鍵的問題之一。國內外對HRT的研究并沒有局限于研究HRT本身的影響，而是通過實驗去宏觀把握。SHHosseini等副在用MBBR工藝法對含酚類工業廢水進行了實驗研究，結果表明：在一般情況下，隨著HRT的逐漸延長，出水COD濃度會逐漸降低。但同時他也發現了一個更重要的影響因素，即廢水中酚類物質的COD濃度與總的COD濃度的比值(CODph/CODtot)，當這一比值達到0.6(即CODDph的濃度為480mg/L)時，COD的去除高并不受水力停留時間的影響。國內的實驗大多認為出水COD平均濃度隨著水力停留時間的延長而降低，若要縮短水力停留時間可通過加大填料的投加比例(高達70%)來實現，當對出水水質要求不高時可減少填料的投加比例引。另外還有試驗結果表明：在中低氨氮負荷條件下，隨HRT的減少，氨氮填料表面負荷逐步升高，同時去除率維持原有水平或有一定增長；當氨氮負荷升至高水平后，隨著HRT的減少，氨氮去除率逐步降低。這些針對HRT的實驗研究結果為今后MBBR工藝法的推廣應用奠定了基礎，但同時也有許多需要改進之處，比如試驗只是單純的考慮HRT本身的影響，沒有把其他因素與HRT的關系有機的結合起來，而SHHosseini等在酚類廢水處理的研究中將HRT和其他因素有機的結合起來進行探討，不僅找到實驗最重要的影響因素，同時實驗過程中各因素之間的相互影響、相互制約關系也得到了很好地體現。所以針對影響因素的研究我們需要更全面更綜合的考慮。
4、水溫對MBBR工藝法的影響
在影響微生物生理活動的各項因素中，溫度的作用非常重要。溫度適宜，能夠促進、強化微生物的生理活動；溫度不適宜，能夠減弱甚至破壞微生物的生理活動。溫度不適宜還能夠導致微生物形態和生理特性的改變，甚至可能使微生物死亡。而微生物的溫度是指在這一溫度條件下，微生物的生理活動強勁、旺盛，表現在增殖方面則是裂殖速度快、世代時間短。MBBR工藝法主要是通過生物膜中各種類型微生物的新陳代謝來達到對污水中有機污染物的降解，所以生物膜生長的好壞將直接關系到廢水處理的最終結果，尤其對于硝化菌、反硝化菌而言，它們的生長周期長，且對環境的變化非常敏感，硝化菌的適宜溫度是20℃-30℃，反硝化菌的適宜溫度是20℃-40℃，溫度低于15℃時，這兩類細菌的活性均降低，5~C是停止，所以溫度的變化將直接影響這類細菌的生長。相關實驗結果表明，氨氮填料表面負荷的變化基本與水溫的變化趨勢一致。水溫低時填料表面負荷低，水溫高時填料表面負荷約達到水溫低時的15倍。由此可見，硝化細菌受溫度影響大，低溫條件下活性較弱。
5、pH值對MBBR工藝法的影響
微生物的生理活動與環境的酸堿度密切相關，只有在適宜的酸堿度條件下，微生物才能進行正常的生理活動。pH值過大的偏離適宜數值，微生物的酶系統的催化功能就會減弱，甚至消失。不同種屬的微生物生理活動適應的pH值，都有一定的范圍，在這一范圍內，還可分為pH值、pH值和pH值。在或的pH環境中，微生物雖然能夠成活，但生理活動微弱，易于死亡，增殖速率大為降低。參與污水生物處理的微生物，一般的pH值范圍，介于6.5-8.5之間。MBBR工藝法作為生物膜法與活性污泥法相結合的工藝，同樣依賴于微生物的生長以達到有機物降解的目的。所以保持微生物pH范圍是取得良好污水處理效果的必要條件，當污水(特別是工業廢水)的pH值變化較大時，需要考慮設調節池，使污水的pH值調節到適宜范圍后再進行曝氣。
6、其他因素對MBBR工藝法的影響
根據每一個具體試驗條件的不同，還會有許多不同的影響因素。如氣水比一般控制在(3～4)，這樣的氣量能使反應器中的填料均勻地循環轉動起來；濁度也需要控制在一定范圍內，相關研究結果表明：濁度大使得某些懸浮物容易覆蓋在生物膜的表面，阻礙生物氧化作用的進行，導致處理效率大幅下降，同時還容易造成填料堵塞，另外整個實驗對進水濁度和出水濁度進行了檢測，進水濁度為17.6-160NTU，出水濁度為18.1-142NTU，結果發現中試裝置對濁度基本沒有去除效果，出水濁度隨著進水濁度的變化而變化，所以我們需要嚴格控制好進水濁度的量；COD容積負荷對去除率也有很大的影響，研究表明COD容積負荷為0.48-2.93kg/(m3?d)的范圍內對COD的去除率基本穩定在60%-80%。在相同的水力停留時間下COD的去除率隨負荷呈正比增加趨勢，這是因為當進水COD濃度較低時微生物降解有機物的速率也較小，其降解能力不能充分發揮，當進水COD濃度增大時促進了生物膜微生物的生長，提高了降解速率，故對COD去除率得到了提高。以上各因素都會對污水處理造成不同程度的影響，此外還有營養物質、有毒物質等，如果這些物質過多的偏離微生物生長需要，就會對污水處理的最終結果產生影響。我們須根據具體的條件和要求來確定哪一個因素是主要影響MBBR工藝法的最終結果。
與活性污泥法和固定填料生物膜法相比，MBBR工藝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、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、缺氧和厭氧環境，硝化和反硝化反應能夠在一個反應器內發生，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，同時耐沖擊負荷能力強。
4、易于維護管理
曝氣池內無需設置填料支架，對填料以及池底的曝氣裝置的維護方便，同時能夠節省投資及占地面積。
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