概述

MBBR工艺，又称移动床生物膜工艺，通过运用生物膜法基本原理，同时结合活性污泥法的优点，以悬浮填料为微生物生长的载体，通过悬浮填料在耳机生化池种充分流化，实现污水的高效处理。

MBBR工艺可以分为2种类型，即好氧MBBR和缺氧MBBR

基本原理介绍

MBBR工艺所投加的填料密度接近于水、生物亲和性好，比表面积大、机械强度高、使用寿命长等特点。悬浮填料在生化池中轻微搅拌即可悬浮起来，易于随水自由运动，能过很好的形成流化效果。

在好氧条件下，曝气充氧时产生的气泡上升浮力能够推动填料和周围水体流动，当气流穿过水流和填料空隙时又被填料阻滞，并被分割成小气泡。在这样的过程中，填料被充分的搅拌并于水流混合，而空气流又被充分的分割成细小的气泡，增加了生物膜与氧气的接触和传氧效率。填料的比重一般在0.94~0.97，随着填料表面生物膜的形成，附着量增大比重逐渐增大，当比重＞1时，填料下沉到好氧池底部，由于底部曝气冲击力强，能迅速冲洗掉填料上的残余生物膜，随着脱膜填料比重下降，便在曝气区上升。

在缺氧条件下，水流和填料在潜水搅拌机的作用下充分流化起来，达到生物膜和被处理的污染物充分接触而讲解的目的。

MBBR工艺的核心是实现悬浮填料的充分流化，以达到强化处理污染物的目的。

在实际应用中，需要考虑的主要因素还包括：池型、填料投加量、曝气系统

拦截筛网、打捞器、推进器等。

MBBR工艺特点

1、强化脱氮除磷

通过池内投加悬浮填料，可以实现同意反应器内不同功能微生物的污泥龄分离。脱氮菌(硝化菌)一般为长泥龄(15~25d),除磷菌(聚磷菌)一般为短泥龄(3~7d)，泥龄过长导致微生物活性较差处理负荷降低、老化难以聚集、降低沉降性能等，实际传统脱氮除磷工艺在污泥龄上存在不可调和的矛盾。

MBBR填料的投加为硝化菌提供了载体、延长其污泥泥龄，提高脱氮效果；同时控制活性污泥体系为短泥龄，可增强除磷效果；泥-膜在曝气即水流带动下充分流化，促进生物膜更新，防止泥龄过长污泥老化处理性能下降；冬季水温较低、活性污泥系统不利于硝化菌的生长，脱落生物膜对活性污泥起到持续接种作用，维持系统硝化性能不下降。

2、抗冲击负荷能力强

负荷高本质上是单位时间内单位表面微生物所承载的污染物量的变化对处理效果的影响。MBBR工艺填料区污泥泥龄长，生物种群丰富，利于难降解有机物的处理。低温、高盐、低基质等恶劣水质条件下，MBBR长泥龄及局部存在好氧、缺氧微环境，有利于其对恶劣水质条件下，适应微生物的筛选与富集，利于驯化嗜冷菌、耐高盐菌的富集。

生物膜传质慢，同样的其降解产生的热与水体交换慢，提高微生物局部环境温度，利于细菌活性的维持。

3、活性污泥不易膨胀

老化脱落的生物膜无机质较高，易于沉降，同时脱落的生物膜具有接触絮凝效果，提高污泥聚集性能，提高污泥沉降性能，剩余污泥产量较低，可节约污泥的处置费用。

4、不易堵塞，无需反冲洗，不易出现配水不均等问题

填料混合彻底，从根本上杜绝了生物池堵塞的可能，无需反冲洗，能达到较好的处理效果。

5、使用寿命长

采用耐磨材料使用寿命长，搅拌机采用香蕉型搅拌叶轮，不易损坏填料；填料对气泡的切割作用提高了氧气传质效率，延长了曝气系统的安全性并且延长了检修周期

MBBR在污水上应用及工艺布置

1、适用于水温低的严寒地区

生物膜法具有抗低温效果好的特性，因为生物膜传质慢，其降解产生的热与水体交换也慢，因此提高微生物局部环境温度，从而就增强了有机物和氨氮在好氧段的去除。

2、适用于改扩建工程

池内投加悬浮填料后，由于提供了生长的载体，填料上的菌群种类更加丰富，能够达到更强的处理效果。因此在不需动用土建的情况下提高了水处理量和处理效果。

3、改造的工艺布置

主要包括：完全混合工艺、部分混合工艺、前置工艺和后置工艺等。具体见下图

MBBR工艺设计要点

1、根据实际工程经验悬浮填料投加比例一般≤50%，过多的投加带来填料堆积，流化困难、堵塞出水筛网 ，填料溢流等弊端。

2、拦截筛网孔径为填料的2/3~3/4。过小影响出水，过大填料流到后续处理单元会堵塞管道和设备。

3、筛网底部需单独设计穿孔曝气管，使得筛网处的填料处于流化状态，避免出水端堆积过多填料。

4、填料投加量也可按照容积负荷计算，当是生活污水时，典型MBBR工艺容积负荷通常维持在1~1.4Kg BOD₅/m?.d

5、当投加填料以除碳为主要目的时，一般单位载体表面积的BOD负荷在5~15g/(㎡.d)。

6、当投加填料用于反硝化时，前置反硝化速率一般为0.15~1 g/(㎡.d)；后置反硝化，当碳投加过量，外加碳源的最大硝酸盐载体表面积去除速率可大于2g/(㎡.d)。

7、填料比表面积400~800㎡/ m?

8、池内水平水流速过小，填料流化性能不好，流速过大填料又堆积在拦截筛网处。差资料流速在20~30m/h时，填料流化相对较好，该数值仅供参考。

9、池子长宽比越小（1：1）越易于提高填料的流化，特别是圆形池子，设计时一句现场再定池子类型。

10、缺氧区的MBBR水力停留时间为1~1.5h

11、好氧区MBBR水力停留时间为4~6h，溶解氧浓度通常在2~6mg/L

12、二沉池表面负荷一般为0.5~0.8(㎡/ m?.h)

典型例题解析

某污水厂设计处理量为Q=20000 m?/d，原设计为AAO,生物池分2组，每组容积4381 m?，其中艳阳区500 m?，缺氧区1765 m?，好氧区2253 m?.MLSS=3500 mg/L,污水温度冬季10℃。进水指标如下：COD=300mg/L， BOD=190mg/L，TSS=200mg/L,TN=50mg/L，NH₃-N=40mg/L，TP=4mg/L.

升级改造方案：厌氧保持原样，缺氧和好氧增加悬浮填料，改为MBBR工艺，设计改造后生物池出水水质：COD=55mg/L， BOD=15mg/L，SS=15mg/L,TN=15mg/L，NH₃-N=5mg/L，TP=1mg/L.

试对其工艺进行设计计算。

1、缺氧池填料投加计算

①需要反硝化的硝态氮量?N_t

?N_t=0.001*Q*(N_k-N_te)-0.12*?X_v

?X_v=0.001*Y*Q*(S₀-S_e)

式中：Q为设计流量m?/d

      N_k为进水总凯氏氮浓度，mg/L

      N_te为出水总氮浓度，mg/L

      ?X_v为剩余微生物量，kg（MLVSS）/d

      S₀为进水BOD浓度，mg/L

      S_e为出水溶解性BOD浓度，mg/L。取值4.81 mg/L

      Y为污泥产率系数，取0.4 kg（MLVSS）/ kgBOD

      y为MLSS中MLVSS所占比例，取值0.7

则：N_t=0.001*20000*(50-15)-0.12*0.001*0.4*20000*（190-4.81）

       =522.22 kg/d

设计水温时的脱氮速率

K_de,t= K_de,20*1.08^T-20

20℃脱氮速率至为0.06KgNO₃?-N/ (kgMLSS.d)

则：K_de,10= 0.06*1.08^10-20

       =0.028 KgNO₃?-N/ (kgMLSS.d)

②现工艺活性污泥法反硝化去除的氮的量为?N₂

?N₂=n* K_de,10*X*V_N/1000

   =2*0.028*3500*1765/1000

   =345.9 kg/d

式中:n为生物池个数

     X为生物池MLSS浓度

     V_N为现状缺氧池容积

③悬浮填料反硝化去除氮的量为

?N₃=522.22-345.9

  =176.32 kg/d

④反硝化需要悬浮填料的量。

10℃悬浮填料膜面负荷取值q₁=0.52 gNO₃?-N/ (㎡.d)，需要填料膜面积

A_N=?N₃/q

 =176.32*1000/0.52

 =3.39*10⁵㎡

填料折合有效面积为ε=650㎡/m?，则需要填料的体积

V_填料= A_N/ε

=3.39*10⁵/650

=522 m?

⑤填料填充率

n₁= V_填料/ V_N

   =522/1765*100%

  =29.6%

2、好氧池填料投加计算

①现状好氧池所能处理的污水量

Q^’=n*V₀*(1+k_dθ_co)*X_V/Y*θ_co(S₀-S_e)

  =2*2253*(1+0.05*15)*3500*0.7/0.4*15*(190-4.81)

  =17387 m?/d

式中：Q^’为现状好氧池所能处理的污水量m?/d

V₀现状好氧池容积m?

S₀为进水BOD浓度，mg/L

S_e为出水溶解性BOD浓度，mg/L。取值4.81 mg/L

      Y为污泥产率系数，取0.4 kg（MLVSS）/ kgBOD

      X为生物池MLSS浓度mg/L

      n为生物池个数

      k_d为污泥自身氧化系数，取0.05d^-1

      θ_co为好氧泥龄，d 取15d

②需要填料生物膜承担去除的氨氮量。

需硝化的氨氮量

?N₄=0.001*（Q -Q^’）*(N_k-N_ne)-0.12*?X_v

?X_v=0.001*Y*（Q -Q^’）*(S₀-S_e)

式中：N_ne为生物反应池出水氨氮浓度，mg/L

则：?N₄=0.001*（20000 -17387）*(50-5)-0.12*0.001*0.4*（20000-17387）*（190-4.81）

      =94.36 kg/d

③反硝化需要悬浮填料量的计算，

10℃悬浮填料膜面负荷取值q₂=0.445 g / (㎡.d)，需要填料膜面积

A₀=?N₄/q₂

  =94.36*1000/0.445

  =2.12*10⁵㎡

④硝化需要悬浮填料计算

填料折合有效面积为ε=650㎡/m?，则需要填料的体积

V_填料n= A_o/ε

=2.12*10⁵/650

=326 m?

⑤填料填充率

n₁= V_填料o/ V_N

   =326/2253*100%

  =14.5%

3、填料总投加量

V_填料n+V_填料o

=522+326

=848 m?

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知识点：MBBR工艺设计与计算