MBBR工艺应用于市政污水处理的系列解决方案探讨

摘 要：针对我国污水处理用地少、标准高、难以稳定等问题(MBBR)在节地、、灵活、稳定的工艺优势下，取得了良好的应用效果，国内应用规模已达2.5万×104m3/d。MBBR工艺按微生物存在的主要方式分为泥膜复合物MBBR工艺和纯膜MBBR工艺属于活性污泥法和生物膜法；同时，纯膜MBBR耦合磁混凝沉淀具有脱氮除磷功能BFM工艺（Biofilm & Magnetic）。针对国内水质复杂、类型多样的问题，形成了MBBR该工艺应用于市政污水处理的一系列解决方案。泥膜复合MBBR原池改造实现原池提标或30%-50%以内的提量，BFM工艺原位改造实现原池提标或2倍以上，BFM新工艺深度脱氮除磷实现准准IV和更高的排放标准，BFM实现原厂分流或提量等解决方案，探讨了各解决方案的优点、适用场景和实际应用效果，并针对泥膜复合MBBR工艺原池改造进一步提出了四条实施技术路线。MBBR该工艺能有效满足各种污水厂的新、改、扩建需求，特别是基于纯膜MBBR的BFM工艺，占地面积更加集约，配合预制施工，可展现快速实施、布局灵活的特点。通过加载智能水优控云平台，可以实现污水厂运营的管理升级和节能降耗。BFM工艺适用于市政污水处理、工业废水处理、黑臭水体治理、初期雨水处理、农村污水处理等多种水环境综合治理场景。BFM该工艺适用于市政污水处理、工业废水处理、黑臭水处理、初期雨水处理、农村污水处理等综合水环境处理场景。围绕绿色低碳污水处理技术的发展，基于悬浮载体MBBR厌氧氨氧化工艺是BFM下一步工艺发展方向，BFM该工艺具有广阔的发展空间和应用前景。

十三五期间，我国城市污水处理发展迅速。到十三五结束，城市污水处理率已达97.53%的污水处理能力提高到19267×104m3/d，比十二五末增长37.2%。但市政污水处理在满足处理水量不断增加的同时，也面临着新的挑战：①按需提高排放标准。自2008年以来，国内污水处理厂已完成A级改造；随着《长江保护修复行动计划》、《黄河流域生态保护与高质量发展规划纲要》等国家政策的发布，为了进一步提高水环境质量，进一步提高污水处理效率，氮磷等营养元素指标需要到地表IV类、地表III类水靠拢；②活性污泥法抗逆性差。活性污泥法仍是我国污水处理的主流工艺，但我国幅员辽阔，水质地理差异较大。活性污泥法仍然是我国污水处理的主流工艺，但我国幅员辽阔，水质和地理差异较大。活性污泥法在应对低温、冲击强、盐高等特殊水质的情况下，抗逆性弱，影响出水水质的稳定性；同时，污泥膨胀也是困扰活性污泥法的百年问题，尚未得到妥善解决。季节性污泥膨胀经常发生，威胁运行安全；③汛期面临水量冲击。我国管网建设仍不完善，雨污合流问题普遍存在，导致汛期污水厂面临强水冲击；此外，近年来，一些污水厂的水量大幅增加，影响了水厂的运行稳定性；④新、改、扩建污水厂面临用地困境。城市的快速发展导致水厂用地矛盾突出，污水厂新、改、扩建面临缺地问题。

移动床生物膜反应器（Moving Bed Biofilm Reactor, MBBR），微生物被投入反应器中的悬浮载体丰富，污染物被去除。针对我国污水处理用地少、标准高、难稳定等问题，MBBR该工艺具有节地、、灵活、稳定的工艺优势，具有良好的应用效果。截止到2021年，MBBR国内工艺应用规模已达2500×104m3/d，它已成为除传统活性污泥法外应用广泛的工艺之一。作为一种应用广泛、运行可靠的工艺，已被纳入室外排水设计标准（GB50014-2021）。随着国家水环境综合治理工作的深入，水污染治理场景更加多元化。MBBR工艺充分发挥自身优势，优化升级，迭代更新。针对国内水质复杂、类型多样的问题，形成了MBBR该工艺应用于市政污水处理的一系列解决方案。

01 MBBR工艺简介

1.1 泥膜复合MBBR工艺和纯膜MBBR工艺

MBBR该工艺早应用于北欧，解决了传统的活性污泥法（Activated Sludge, AS）面积大，低温耐受性差。其微生物主要附着在悬浮载体上，不设置污泥回流，不富集悬浮态污泥，本质是一种连续流、移动床、生物膜法生化处理技术，属于生物膜法流化床技术的进一步升级。2008年，江苏省无锡芦村污水厂作为中国家进行A级升级改造的污水厂，成功在活性污泥系统中加入悬浮载体，加强生化处理。该工艺系统在设备上与MBBR工艺相似，但生化系统主体仍为活性污泥，悬浮载体生物膜用于加强硝化，本质上是活性污泥-生物膜复合系统。为区分两种工艺，将MBBR工艺作为悬浮载体相关工艺技术的总称，根据微生物的存在形式分为泥膜复合材料MBBR工艺（IFAS）和纯膜MBBR工艺（Pure MBBR）。前者以活性污泥为主，后者以生物膜为主。两类MBBR工艺包括悬浮载体及其配套的拦截、流化、进出水系统，但由于微生物的存在方式不同，两种工艺存在关键差异。

①工艺本质不同：泥膜复合MBBR工艺的本质仍然是活性污泥法，污染物主要去除活性污泥，辅以生物膜。图1显示了泥膜复合物MBBR工艺和纯膜MBBR悬浮载体生物膜在工艺中。在泥膜复合MBBR在工艺系统中，由于泥膜共存，两者之间存在竞合关系，生物膜活性无法完全表达。以硝化细菌富集为例，泥膜系统中硝化细菌在悬浮载体中的相对丰度一般为3%~15%，远高于活性污泥中的相对丰度，体现了生物膜富集硝化细菌的独特优势。但受实际操作调控的影响，变化范围较大。纯膜MBBR该工艺的本质是生物膜法。污染物去除主要依靠附着的生物膜。生物膜富集核心功能菌。纯膜系统中悬浮载体上硝化细菌的相对丰度一般为10%~25%，不受悬浮微生物竞争的影响。生物膜性能得到充分释放，不仅去污效率高，而且具有较强的环境抗逆性；

②不同的工艺流程如图2所示MBBR该工艺不富集活性污泥，无污泥回流，与泥膜复合MBBR与工艺相比，工艺过程中没有二沉池，出水直接进入磁混凝沉淀等固液分离工艺，工艺过程更加集约，占地面积大大降低；

③不同的问题：泥膜复合MBBR工艺的主要目的是加强活性污泥系统的处理性能，解决活性污泥负荷不足的问题；纯膜MBBR工艺主要解决污水处理结构占地面积大、工艺长、效率低的问题；纯膜MBBR该工艺的应用更灵活，应用范围更广。

1.2 纯膜MBBR工艺与BFM工艺

纯膜MBBR国内工程应用报告早从微污染水处理开始，用于解决低基质条件下氨氮去除问题，出水氨氮稳定性小于0.5mg/L，满足高排放标准的要求。活性污泥在低基质条件下难以有效富集，此时纯膜MBBR类生物膜法是活性污泥法的替代品，具有良好的应用效果。纯膜MBBR工艺在微污染水领域的成功应用和国外市政污水处理的成功经验，为国内市政污水处理的生化核心工艺奠定了可行性。通过中试，国内相关学者研究了纯膜MBBR用于市政污水处理，取得了良好的效果。与活性污泥法相比，纯膜MBBR该工艺处理效率高，抗冲击负荷能力强。同时，纯膜MBBR该工艺不再丰富活性污泥，避免了污泥膨胀等活性污泥问题对污水厂运行安全的威胁，提高了污水运行维护的简单性。

纯膜MBBR该工艺作为市政污水处理的生化工艺，其核心功能在于脱碳脱氮。对于污水处理厂核心污染物控制指标，纯膜MBBR固液分离和深度除磷工艺的选择是工艺应用的工艺的选择。①固液分离:泥膜复合MBBR在工艺中，生物膜的核心功能是硝化，主要是为了丰富自养菌。由于自养菌泥浆年龄长，脱落少，污泥产量低，混合在普通污泥中的比例很低，对后续固液分离没有影响；泥膜复合MBBR工艺中有两段固液分离工艺：二沉池和深度处理。SS彻底去除。而在纯膜MBBR在工艺中，生物膜不仅要完成硝化，还要实现脱氮脱碳、出水的功能SS与传统传统活性污泥法的特点：以市政污水处理为例，一方面，脱落的生物膜含水量低于活性污泥，易于聚集和沉降，同时脱落的生物膜EPS含量高，停留时间长，内源反硝化易导致产气上升；另一方面，纯膜MBBR工艺系统SS增量在50～150mg/L，致使其出水SS浓度高于一般深度处理工艺的进水值(10~50mg/L），远低于传统二沉池的进水值(4000~6000mg/L）。因此，固液分离过程不仅需要较快的沉降时间，而且需要较高的固体通量，以实现稳定的泥水分离过程。因此，固液分离过程不仅需要较快的沉降时间，而且需要较高的固体通量来实现稳定的泥浆和水分离过程。国内外试图采用传统的沉淀、气浮等工艺，但难以单独使用SS稳定低于10mg/L其他固液分离工艺需要结合，类似于活性污泥法。②除磷:因为纯膜MBBR虽然没有厌氧区，但没有传统的生物除磷工艺.5%-1.0%的同化除磷过程主要取决于化学除磷，因此需要、高排放标准的化学除磷过程。磁混凝沉淀工艺具有固液分离效果好、污泥沉降速度快、固体通量负荷高等优点MBBR固液分离工艺选择较好。该工艺可以通过加载磁粉获得TP
来源：中国给水排水

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