移动床生物膜反应器-MBBR

系美国Metcalf&Eddy图书公司出版的土木和环境工程系列图书，作为高等教育教材使用。全书对废水和生物固体的处理和回用，包括经常使用的各种单元操作和单元过程，从理论到实践都作了较详尽的阐述。本书可供从事环境工程、排水专业的研究、设计、管理的技术人员及有关专业的同行参考。 迈姆润环境科技计划用2-3年的时间，翻译本书的主要内容，并做成课件分享

本小节内容主要包括

(1)工艺研发背景，

(2)工艺应用，

(3)工艺优势，

(4)物理设施，

(5)工艺设计分析，

以及(6)去除BOD与脱氮。

 

1989年，挪威公司Kaldnes Miljsteknolog首先申请了MBBR技术的专利，并将其投入商业化运营。时至今日，许多公司均可以提供MBBR工艺，这其中大多数装置上使用的是塑料填料，且大多数为Kaldnes填料。

教材中列表比较了可用于 BOD 去除、生物硝化和生物脱氮的多种MBBR 工艺配置的流程图。

除非用作三级处理工艺，否则所有MBBR工艺应用时均要求对原水进行预处理，包括进水筛滤、除砂和一级处理或细网格进水筛滤和除砂。

在 MBBR工艺二级澄清池之前，可以添加金属盐和聚合物，以去除磷和/或提高出水悬浮固体的去除率。

以高负荷、高去除率的 BOD为目的 MBBR 工艺会产生更浑浊的出水，可能需要使用化学药剂来改善絮凝和出水悬浮固体的去除。

对于去除 BOD 和硝化的工艺设计，可以使用分级反应器，第一阶段主要用于去除大部分可溶性 BOD，以尽量减少异养细菌在下游硝化反应器中生物膜载体上与硝化细菌竞争表面积。

使用分级反应器进行硝化，会产生较高的氨氮浓度，可以提高 MBBR 工艺的体积效率，从而在最终硝化阶段之前提高硝化通量，前提是有足够的DO浓度。

MBBR工艺可以采用与活性污泥法类似的工艺配置去除生物氮。MLE工艺配置如图所示;

它在前端有一个预缺氧区，利用来自进水BOD的生物体生长和来自最后一个好氧反应器的硝酸盐循环流中硝酸盐进行生物脱氮。

图中所示的预缺氧和后缺氧配置类似于Bardenpho工艺，该工艺用于通过降低出水硝酸氮和亚硝酸氮浓度来降低出水总氮浓度。在厌氧区后必须添加碳源以促进细菌生长和生物反硝化。

 

MBBR工艺也可以用于活性污泥工艺中BOD去除和硝化后的三级反硝化。

MBBR工艺能够提供与活性污泥工艺相似的BOD去除和脱氮处理性能，

表中显示了 BOD 去除、硝化和反硝化的典型基质去除通量值。请注意，表面积负荷率(SALR)高于基质去除通量，可以通过将去除通量除以预估的处理效率来估算。

MBBR二级处理的体积 BOD负荷约为1.7至5.0 kg BOD / m³·d，而典型的传统活性污泥负荷为 1.0 kg BOD / m³·d。

MBBR工艺的体积BOD负荷能力比传统活性污泥工艺高得多，生物膜表层固体浓度可能从12gTSS/m²(用于BOD和硝化联合操作)到高达28gTSS/m²(用于高速BOD去除操作)不等。

基于试验研究，可以选择适当的表面积负荷率来设计去除BOD。

硝化设计更为复杂，需要考虑进入硝化段的可溶性 BOD和DO。为了确保有效的硝化作用，节约填料的投加，必须考虑在较高浓度（4.0至6.0mg/L）的 DO 范围内操作。此外，通常使用多级 MBBR反应器，在硝化之前的上游池体内去除可溶性 BOD。

在活性污泥处理之前，可以设置 MBBR工艺进行部分 BOD 去除，以增加工业或综合废水的可处理性。也可以作为后续硝化反应器之前的 BOD去除环节。

假设 BOD去除率为 70%，表面积负荷率可能高达28g BOD/m²·d。在这种负荷下，根据废水的 BOD浓度，水力停留时间可能小于30 分钟。然而，考虑到氧气转移问题会限制最大负荷，部分去除BOD所需的停留时间至少需要 45 到60分钟。而且，这种情况下，MBBR填料表面剥落的固体更分散，不易沉淀。因此，如果MBBR仅设计为粗略的 BOD处理，则必须在二级澄清池前加入化学药剂和絮凝剂。

假设 BOD 去除率为90%时，二级处理产生的出水BOD和TSS浓度小于 25 mg/L，表面积负荷率的范围为6至16 g BOD /m²·d。预硝化的设计显著降低了 BOD 表面积负荷率，最大限度地减少了MBBR反应器出水中溶解性 COD 对下游硝化反应器的竞争，从而减少异养细菌对硝化细菌在填料表面上的竞争。因而可以获得更高的硝化氨氮通量和更高的硝化效率。溶解性 BOD 浓度低于 10 毫克/升时，表面积的利用率可以达到最大。如果已知废水的溶解性 COD 浓度，需要将其降低，则以使用图中所示的关系图来确定所需的填料量和反应器体积。

建议使用多级MBBR反应器的设计，使得BOD 去除率较高、进入硝化段的溶解性 BOD浓度较低，以及更有效的除氮性能，工艺更稳定，并最大限度地减小反应器体积和填料量。多级反应器的另一个优点是将进气流短路的可能性降到最低。

硝化作用基质通量设计值可用于估计不同工艺模式下硝化所需的反应器体积和生物膜载体体积。控制硝化作用基质通量的因素包括氨态氮、DO浓度、温度、与可溶性BOD浓度和pH值。

高效硝化反应器的设计要素有

(1)较低的有机负荷率，

(2)尽可能低的可溶性 BOD浓度，

(3)较高的总体液体 DO 浓度，

(4)较高的温度，

(5)较高的氨态氮浓度。

在去除 BOD 和硝化的 MBBR反应器中，异养细菌与AOB竞争溶解氧和生物膜上的空间，阻碍硝化通量。BOD表面积负荷率和 DO 浓度的效果如图所示。当 BOD表面积负荷率增加到2.0g/m²·d 以上时，需要4.0至6.0 mg/L的整体液体 DO 浓度才能提供足够的硝化通量。