MBBR文献综述

-1-移动床生物膜反应器在污水处理中的应用现状及展望摘要本文主要讨论了移动床生物膜反应器（MBBR）在污水处理中的工艺原理及特性，介绍了该工艺在污水处理及脱氮除磷方面的研究，并讨论了MBBR今后的研究方向和应用前景。关键字：移动床生物膜反应器，悬浮填料，脱氮除磷-2-1、前言生物膜法处理污水是将污水与微生物附着生长在滤料或填料表面形成的生物膜接触后，污水中污染物被微生物吸附转化，从而使污水得到净化的一种水处理方法。介于生物膜法对水质、水量变化的适应性强，对污染物的去除效果好，是一种被广泛采用的生物处理方法继而对其进行了大量的研究。目前广泛采用的生物膜法多为适用于中小规模污水处理的好氧工艺。如生物滤池、生物转盘、生物接触氧化等。随着污水处理技术的快速发展，进来研究出许多生物膜法新型工艺。如复合式生物膜反应器，移动床生物膜反应器（MBBR）、序批式生物膜反应器等。本文以移动床生物膜反应器为例进行讨论。移动床生物膜反应器是20世纪80年代后期，在斯堪的纳维亚由KaldnesMiljiteknologi公司（KMT）与一家挪威研究所SINTEF合作开发的一种新型高效低能耗的生物处理新工艺。这项工艺已经申请了专利[1]。其核心部分就是将比重接近水的悬浮填料作为微生物的活性载体投加到曝气池中，依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用处于流化状态。MBBR是活性污泥法和生物膜法相结合的一种工艺。目前世界范围内有300多个工厂使用这种工艺，而在我国MBBR的研究和应用仍处于起步阶段[2]。2、MBBR的特点2.1工作原理MBBR是将污水连续经过装有填料的反应器，在填料表面逐渐生长出生物膜，，填料通过曝气（好氧反应器中）或机械搅拌作用（缺氧/厌氧反应器中）在水中自由移动，生物膜上的微生物利用水中的C、N、P等进行新陈代谢，大量繁殖，从而达到去除水中有机污染物和脱氮除磷的目的，起到净化污水的作用。常见的MBBR一般为长方体和圆柱型结构。图2.1MBBR工艺图-3-2.2工艺特点MBBR是介于固定填料生物接触氧化法和生物流化床之间，将活性污泥法和生物膜法相结合的一种新工艺，与活性污泥法和其他生物膜法相比，它具有一些独特的工艺优点。它克服了活性污泥法占地大、会发生污泥膨胀以及污泥流失等缺点；解决了固定床生物膜法需定期反冲洗、清洗滤料和更换曝气器等复杂操作问题；克服了接触氧化法填料易堵塞、生物膜过厚易结团的缺点；同时也解决了生物流化床三相分离困难、动力消耗高的问题。将其应用于废水的处理，既提高污水厂的脱氮效率，改善运行效果，又不需要增加原有反应器的容积。表2.1MBBR移动生物床与其他工艺的参数比较项目传统活性污泥法固定生物床MBBR水量/m3500050005000BOD5/(mgL-1)500500500BOD负荷/(gm-3d-1)250025002500MLSS/(mgL-1)2500生物载体表面积BOD负荷/(gm-2d-1)1220生物载体有效比表面积/(m2m-3)105500~800最大生物载体填充率/%7067曝气池池深/m555曝气池数量/个444所需填料体积/m31587200曝气池总容积/m335002267299曝气池占地面积/m264045360用地比(比MBBR为1)10.677.551总体说来说移动床生物膜反应器工艺的优势[2]概括体现在以下几个方面：(1)微生物量大,污泥浓度是普通活性污泥的5倍~10倍，净化功能显著提高；(2)载体密度轻，流化过程能耗低，加大了传质速率，氧转移效率高，不需要反冲洗，水损失小[3]，不发生堵塞，无需污泥回流，剩余污泥量少；(3)耐冲击负荷，对水质、水量变动有较强的适应性，并能处理高浓度污水；(4)结构紧凑，占地少，能耗低，易于运行和管理，减少污泥膨胀问题，投资和运行费用低；(5)生化池的设计弹性大，适于已建污水系统的扩建。此外，MBBR的脱氮除磷功能也十分突出[4]。3、MBBR脱氮除磷的影响因素-4-3.1DO的影响传统的理论认为在好氧条件下很难发生同步硝化反硝化，而杜馨等[5]认为由于氧的扩散的限制，会形成DO的梯度。从理论上讲，在MBBR反应器中，如果DO浓度过高，虽然可形成浓度梯度，但DO可以轻易地穿过生物膜，填料内部的DO浓度高于厌氧时的DO浓度，不能形成外部好氧，内部厌氧的环境，对整个脱氮除磷和效果不利。如果DO浓度过低，MBBR反应器将处于缺氧或厌氧状态，影响出水效果。目前国内有王学江等[6]针对DO对MBBR同步硝化反硝化的影响，证实了当DO在2mg/L时，MBBR工艺中氨氮的去除效果良好，且仅伴随较低质量浓度的硝氮和亚硝氮产生，TN的去除效果非常好。由此可以判断该DO质量浓度条件下硝化和反硝化两个过程达到动力学平衡，使得MBBR可实现良好的同步硝化反硝化生物脱氮，TN去除率在90%以上。3.2温度的影响温度对于MBBR法的影响主要指温度对微生物活性的影响，适宜的温度可以促进微生物更好的利用污水中的各种物质进行生长繁殖，从而提高处理效果。理论上31℃时脱氮效果最好[4]，但邵曙海等[7]采用两段式MBBR处理城市污水，考察了对有机物和氮的去除效果。结果表明：在5~15℃的低温下，开始试运行时（前10d），COD的去除率和试运行前13d时的氨氮去除率都不是太高，但随后在试运行的后期（26d之后），出水COD60mg/L，达到了GB18918-2002标准的一级B标准，对COD的去除率一直保持在80%以上，氨氮出水浓度均在6mg/L之下且比较稳定，去除率达到85%以上。体现了MBBR法良好的适应性。3.3pH的影响pH通过影响生物的活性进而影响MBBR系统的去除效果。pH过低对霉菌和酵母菌的生长有利，但多数霉菌不能和细菌一样可以在细胞外分泌粘性物质，因此pH过低生物膜容易脱落，会导致微生物不足；pH过高则会分解菌胶团，降低微生物的活性，不利于微生物的生长，理论上来说pH为6~8之间时去除效果达到最佳。3.4填料表面性质的影响氮磷的去除与生物膜的生物量和膜厚度密切相关，生物膜较厚时，微生物量大，对DO的吸收快，从而使膜内外形成好氧厌氧环境进行脱氮除磷。目前大部分MBBR都选用聚丙烯或聚乙烯作为填料，但此类填料表面光滑，吸附性和亲水性较差，很难在表面形成较厚的生物膜。目前国内外都已经有人做出了不同的填料。如陈月芳等[8]将传统悬浮填料与沸石有机组合，制得新型沸石组合填料，该填料比表面积为普通填料的2~3倍，且挂膜容易。-5-图3.1聚乙烯填料图3.2填料4、移动床生物膜反应器研究及应用实例MBBR工艺在国外造纸工业废水处理方面的应用实例见表4.1所列[9]表4.1MBBR工艺用在造纸工业废水处理实例国家工厂浆种投产年份废水处理量/m3d-1处理CODCr量/kgd-1MBBR容积/m3德国UPMSchongauDIP19983000200001800瑞典StoraEnsoHylteTMP,DIP20029000820005000瑞典KvarnsvdenTMP2005150001200004680加拿大QuesnelRiverBCTMP2005150001710006000智利CMPCInforsaTMP20063000230006000挪威NorseSkogFollumTMP200710000870008000澳大利亚NorseSkogBoyerDIP2007300018000200044.1移动床生物膜反应器处理印染废水[10]印染废水具有如下特点：水量大，约占工业废水排放量的1/10，且有上升趋势，有机物含量高，COD值很大，色度高，组分复杂，酸碱度变化大[11]。4.1.1试验装置-6-图4.1实验装置图1反应器；2数显恒流泵；3出水管；4滤布膜组件；5填料；6气体流量计；7曝气管；8风机；9溢流管4.1.2装置启动反应器污泥取自上海天山污水处理厂二沉池。采用穿孔曝气，曝气量0.55m3/h[12],水力停留时间（HRT）1.5d。4.1.3填料悬浮填料外观为空心圆柱状，内部有多块不同面积的翼板，呈褶皱状，故具有较大的比表面积，亲水性好，易挂膜，具体特性见表4.2。表4.2填料特性参数填充率/%堆积系数/(个/m3)规格/mm比表面积/(m2/m3)空隙率/%15~65135256Ф25×9500954.1.4进水水质试验原水取自上海和晓印花有限公司废水处理装置一级出水。废水主要来源于针织物精细印花各生产工艺的母液水和冲洗水，水质随产品变化波动大。水质情况见表4.3。表4.3进水水质COD/(mg/L)BOD/(mg/L)pH值色度/倍SS/(mg/L)300~60060~1208.0~10.020014304.1.5实验结果（1）反应器对COD的去除反应器运行稳定后，保持一定的水力停留时间，记录每个时间段COD的平均值。图4.2是反应器对COD的去除效果。-7-图4.2反应器对COD的去除效果由图4.2可知，移动床生物膜反应器对印花废水COD平均去除率约85%，出水COD均低于100mg/L，达到了纺织染整工业水污染物排放一级标准。由此可见，移动床生物膜反应器具有很强的抗冲击负荷能力。（2）反应器对色度的去除图4.3为反应器在一定运行条件下对色度的去除情况。图4.3反应器对色度的去除效果如图4.3所示，色度的平均去除率达90%，出水色度平均为10倍，达到了纺织染整工业水污染物排放一级标准。一般好氧反应器对色度的去除率30%~40%，说明此反应器的处理效率较高。(3)反应器对NH3—N的去除图4.4表示了反应器在试验期间对NH3-N的去除情况。图4.4反应器对NH3-N的去除效果-8-由图4.4可知，反应器对NH3-N有较高的去除率。4.1.6结论(1)移动床生物膜反应器对印染废水二级出水有良好的处理效果。当进水COD在300~600mg/L，曝气量0.55m3/h，HRT运行1.5d，COD和NH3-N平均去除率达到85%，色度平均去除率达到90%。(2)移动床生物膜反应器抗冲击负荷能力强，在进水COD和色度变化较大的情况下，出水水质稳定。(3)在色度的去除方面，尽管机理尚不清楚，但移动床膜生物反应器较其它好氧生物处理方法有较高的去除率。出水色度达到GB42871992一级排放标准。4.2MBBR处理工业污水曹春艳等[13]为了解MBBR在处理石化废水中的性能特征，从水力停留时间、耐负荷冲击能力和通气量等方面对MBBR和活性污泥两种工艺进行了比较。当进水COD和NH3-N的质量浓度分别为312.06mg/L和18.55mg/L时，COD去除率分别为87.57%、79.73%,，比活性污泥法分别增加了14.83%和25.66%。出水COD小于50mg/L，能够达到石化废水排放要求。伊朗沙里夫科技大学的S.H.Hosseini和S.M.Borghei[14]用两组MBBR装置处理人工合成的含酚废水。合成废水的有机物质（COD）主要由糖和酚类物质组成。试验过程中，改变水力停留时间和COD中糖和酚的组成比例。结果表明，在所有的水力停留时间内，当糖和酚形成的COD比值为1∶1（CODPh为400mg/L）时，COD去除率最大，可以达到96%。4.3MBBR处理生活污水马建勇等[15]将取自大连理工大学化工学院东院食堂下水道的生活污水，经静置沉淀后用纱布过滤除去杂物，稀释到COD质量浓度约为100mg/L，用MBBR法处理。填料充填比为25%，水力停留时间1.9h，COD去除率可以达到85%，出水BOD5质量浓度一般都小于5mg/L。4.4MBBR用于生物脱氮的研究MBBR用于生物脱氮取得了较好的效果。Pastorelli等[16]在一个可调的中型工厂，利用以聚乙烯为载体的MBBR进行生活污水的脱氮研究。在没有外加碳源的情况下，即使在很低的COD负荷下，脱氮的速率＞0.3g/(m3·d)。如将该系统与SBR相结合，这样既具有生物膜的优点，又有序批式操作的好处，使其适用性更强，更具发展前途。Loukidou等[17]就用这样的联合工艺对成分复杂、有机物及氨氮含量高的垃