MBBR工艺在生活污水处理装置完善项目中的应用
摘要：文章应用MBBR（流动床生物膜反应器）工艺对某石化公司生活污水处理装置进行改造，并研究影响该工艺高效脱氮的主要因素，即pH 值、DO含量和污泥回流比。结果表明：实际运行中，pH 值控制在7．5、DO在1～4mg／L、污泥回流比R≤3，能取得较好的脱氮效果，将氨氮降至3mg／L以下，同时，将污泥浓度维持在5～8g／L，还可在短时间内实现CODCr高去除率。实践证明，MBBR工艺在生活污水完善项目中的应用，能够有效降低污水中污染物含量，为后续深度处理系统的稳定运行提供可靠保障。
关键词：MBBR工艺；生活污水；生物脱氮；影响因素
0 引言
某石化公司污水处理厂生活污水处理装置始建于1993年10月，采用普通活性污泥法对厂前区生活污水进行处理，设计处理能力为400t／h，该装置对特征污染物CODCr、BOD5和SS具有较好的处理效果，但脱氮效果较差。此外，其固体接触曝气池经过多年运行，处理系统老化，处理效果逐年降低，因此，必须对现有工艺进行改造。
流动床生物膜反应器（Moving-Bed BiofilmReactor，MBBR）是一种新型、高效的污水处理设施，与传统的好氧处理工艺相比，具有不易堵塞、水头损失小、无需反冲洗、有机负荷高等优点。MBBR工艺应用灵活，可在好氧、厌氧各种条件下运行，既可单独使用，也可多级串联进行脱氮［1］。将MBBR 工艺替换原有普通活性污泥法处理生活污水，可弥补原有工艺不能有效脱氮的缺陷，提高二沉池出水水质，确保后续深度处理装置稳定运行。
1 MBBR工艺概述
1．1MBBR工艺原理
MBBR工艺原理如图1所示，运用生物膜法的基本原理，既充分体现活性污泥法的优点，又克服了传统活性污泥法及固定式生物膜法的缺点。技术关键在于利用密度接近于水、轻微搅拌下易于随水自由运动的生物填料。其工艺原理是：污水经过MBBR反应器内的悬浮填料并逐渐在填料内外表面形成生物膜，通过生物膜上的微生物作用，使污水得到净化。作为MBBR工艺核心的悬浮填料具有好氧和厌氧代谢活性，可良好地脱氮除磷［2］。
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图1 MBBR工艺原理
1．2MBBR的特点［3］
◆采用特殊结构的载体填料，填料比表面积大，容积负荷高，紧凑省地，可通过投加载体填料的方式完成处理能力和处理效果的提升，而不必新增生化反应池。
◆耐冲击性强，性能稳定，运行可靠。
◆池体无堵塞，池体容积得到充分利用，没有死角。
◆系统灵活方便。池体不拘泥于形状；且可灵活选择不同的填料填充率，实现对现有系统处理能力的提升。
◆ MBBR工艺可方便地与原有工艺有机结合，形成活性污泥—MBBR组合工艺。
◆使用寿命长。优质耐用的生物填料、曝气系统和出水装置可保证整个系统长期使用而无需更换。
1．3应用现状
目前，国内外已对MBBR工艺进行了多项试验研究，并在实际应用中取得了较好的效果。由于MBBR工艺设备占地面积小，易于在原有设施基础上进行改造和系统升级，且处理效果好，欧美、亚洲等各国均建有MBBR型污水处理厂。MBBR工艺应用广泛，对高浓度、低浓度污染物均有较好的处理效果，有关资料显示该工艺对进水CODCr在76～20 140mg／L的污水，CODCr去除率均能达到90％以上，尤其对于垃圾渗透液和印染行业的高浓度废水有较好的处理效果，由于MBBR工艺在脱氮方面的优良表现，该技术得到了更广泛的应用［4］。
2 生活污水处理装置现状
2．1进水水质
生活污水处理装置设计处理能力为400t／h，实际处理量为170t／h，特征污染物为CODCr、BOD5、氨氮、SS、油类等。装置进水水质情况见表1，由表1可看出，该装置实际进水CODCr为72．3～376．5mg／L、BOD5为34～105mg／L、SS为18～327mg／L、氨氮为12．89～21．07mg／L，属于低负荷污水。
表1 生活污水处理装置进水水质情况（2009年）
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2．2工艺流程说明
某石化公司厂前区生活污水汇集后由污水管线自流进入生活污水处理装置，首先通过机械格栅进入沉砂池，由一级螺旋泵提升，进入一沉池，出水自流进入生物滤池，由旋转布水器均匀分配。生物滤池出水通过二级螺旋泵提升至固体接触曝气池，处理后自流进入二沉池，二沉池活性污泥由三级螺旋泵提升回流至固体接触曝气池，二沉池出水流经氯接触池后，自流进入生活污水深度处理系统，生活污水处理装置工艺流程见图2。
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工艺流程
2．3处理效果及存在问题
生活污水处理装置二沉池出水水质情况见表2，从表2中可看出一、二级处理设施对CODCr、BOD5及SS 具有一定处理效果，但氨氮的去除率只有30．61％，且该装置已运行近二十年，系统出现老化现象，处理效果逐年下降，如不进行装置改造，将会影响到后续深度处理设施的稳定运行。
表2 生活污水处理装置污染物去除率统计（2009年）
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3 生活污水处理装置改造
3．1选择MBBR工艺的主要原因
◆ MBBR工艺污泥龄较长，可保持较多的硝化菌，比活性污泥法具有更好的脱氮效果。
◆ MBBR工艺可方便地与原有的工艺有机结合，形成活性污泥—MBBR组合工艺。
◆ MBBR可在较低曝气量下完全流化，有效避免短流，可缩小反应器总体积，基建投资小，运行费用低，比活性污泥法更经济。
◆ MBBR可在较高有机负荷下运行，便于应对来水污染物浓度高等异常情况。
3．2装置改造方案
3．2．1改造内容
改造技术核心采用MBBR工艺，将原有固体接触曝气池改造成为MBBRTM（载体流化床）池，提升整体处理效果，改善出水水质。拆除原有固体接触曝气池中的设备，在池底增加穿孔曝气管系统，用于池内污水的曝气；在出水端隔墙上增设出水孔并设置筛网系统，以防填料的流失；池体中填加K3填料。
3．2．2MBBRTM 池参数
MBBRTM 池：20m×5m×3．3m×2座；有效深度：2．8m；单池有效容积280m3。
填料（K3）：材质：高密度聚乙烯；比表面积：（500±20）m2／m3；密度：（0．95±0．04）×103 kg／m3；最小堆积密度：90kg／m3；直径：（25±2）mm；高度：（10±1）mm；填充率32％。
3．2．3工艺流程说明
将原有的两间固体接触曝气池改造为MBBRTM生物预处理系统，在不改变现有构筑物容量和水力条件的前提下，实现系统的升级改造。将两池串联运行，提供的是高低负荷合理的MBBRTM 系统，其负荷能力较高。池中污泥浓度维持在5～8g／L，污泥浓度高，生物量大，因此可以在很短的停留时间内实现较高的CODCr去除率。
MBBRTM系统出水中携带的活性污泥密度大、沉降性能好，有利于提高后段鼓风曝气池中活性污泥系统的稳定性，使鼓风曝气池污泥性状更好，易于沉降，有效控制污泥膨胀的发生。改造后工艺流程见图3。
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图3 改造后工艺流程
3．3影响MBBR工艺脱氮效果的因素分析
3．3．1pH 值
pH 值是影响废水生物脱氮工艺运行的重要因素，在硝化阶段要消耗废水中的碱度而使pH 值下降，而在反硝化阶段会产生一定量的碱度使pH 值有所上升，但反硝化阶段所产生的碱度不能弥补硝化阶段所消耗的碱度。根据硝化、反硝化反应的方程式可知，反硝化阶段产生的碱度只能弥补硝化阶段消耗碱度的一半，因此对于整个生物脱氮过程而言，废水经过硝化和反硝化处理后，系统的pH 值将下降。硝化菌反应的最适合pH 值为8．0～8．4，反硝化菌最适合pH 值为6．5～8．0，而在实际运行过程中，将pH 值控制在7．5左右最为合适［5］。
3．3．2溶解氧
溶解氧的含量对生物脱氮工艺的去除率有很大影响。在硝化阶段，反应必须在好氧条件下运行，溶解氧控制在1～4mg／L 较为合适。当DO 高于4mg／L时，生物膜由于所受剪切力过大而不易挂膜。当DO低于0．5～0．7mg／L时，硝化反应的速率和效率均会受到抑制。对于悬浮型活性污泥反应器，反硝化过程中DO浓度应控制在0．5mg／L以下，才能保证正常的反硝化速度；而对于生物膜反应器，由于生物膜系统中的传递阻力较大，所以可以允许较高的溶解氧浓度，一般溶解氧浓度不超过1．0mg／L［6］。
3．3．3污泥回流比
一般情况下，反硝化脱氮工艺中，混合液回流比越大，氮的去除率越高，但是回流比过高会使厌氧池内DO值过高，对反硝化反应产生抑制作用。当回流比R＞3时，混合液的溶解氧始终保持在0．5mg／L以上，难以满足反硝化脱氮的要求，而且回流比越大，混合液的DO值越高。因此，选择适当的回流比是十分必要的，回流比R≤3较合理。
3．4改造后预期处理效果
目前，生活污水完善项目正处于项目审查、施工阶段，将生活污水处理装置改造前后二沉池出水的设计指标进行对比，结果见表3，结果表明：MBBR工艺能够有效去除生活污水中的氨氮，可使其含量降低至3mg／L以下，同时该工艺也可大幅度降低CODCr、BOD5和SS的含量。因此，可以预测该工艺实施后，可有效降低生活污水中的各类污染物含量，为后续深度处理装置的稳定运行提供可靠保障。
表3 装置改造前后二沉池出水指标对比mg／L
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4 结论
◆ MBBR工艺应用于生活污水处理装置完善项目，可有效降低生活污水中的各类污染物含量，尤其是脱氮效果好，能将二沉池出水氨氮降至3mg／L以下。
◆影响MBBR工艺脱氮效果的主要因素有：pH 值、DO含量和污泥回流比。研究发现，实际运行中，pH值控制在7．5、DO在1～4mg／L、污泥回流比R≤3，能取得较好的脱氮效果。
◆ MBBR池中污泥浓度维持在5～8g／L，可实现在较短的停留时间内，较高的CODCr去除率，将CODCr降至40mg／L以下。
◆ MBBR工艺运行稳定可靠、抗冲击能力强、脱氮效果好，是一种经济高效的污水处理工艺，应用于城市和工业污水处理厂的升级改造和中水回用工程，将具有广阔的发展前景。
参考文献
［1］ 张兴文，杨凤林，马建勇，等．MBBR处理低浓度污水的工程应用［J］．环境工程，2002，20（5）：12-15．
［2］ M．Meganck，D．Malnou，P．Le Flohic，et al．The Importance of the Acidogenic Microflora in Biological Phosphorus Removal［J］．Water Science and Technology， 1985，17（11-12）：199-212．
［3］ 崔金久，范丽华，雷雪飞，等．MBBR在污水回用工程中的应用［J］．工业水处理，2006，26（9）：75-77．
［4］ 李博．MBBR移动床在污水处理技术中研究应用［J］．煤矿现代化，2009，4：65-66．
［5］ Hellinga C．，Schellen A．A．J．C．，Mulder J．W．，et al．The sharon process：an innovative method for nitrogen removal from ammonium-rich waste water ［J］．Water Science and Technology，1998，37（9）：135-142．
［6］ 孙锦宜．含氮废水处理技术与应用［M］．北京：化学工业出版社，2003．
赵燕，2006年毕业于陕西科技大学生物化工专业，硕士，工程师，现在中国石油兰州石化公司污水处理厂从事工艺技术管理工作。
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