移動(dòng)床生物膜工藝(Moving Bed Biofilm Reactor，MBBR)已在世界上很多國(guó)家建成了數(shù)千套污(廢)水處理設(shè)施，取得了良好的處理效果。MBBR工藝運(yùn)用生物膜法的基本原理、同時(shí)結(jié)合活性污泥法的優(yōu)點(diǎn)，以懸浮填料作為微生物生長(zhǎng)的載體，通過懸浮填料在二級(jí)生化池中的充分流化，實(shí)現(xiàn)污水的高效處理。
一、工作原理
移動(dòng)床生物膜工藝需要具有比重接近于水，有效比表面積大，適合微生物附著生長(zhǎng)等特點(diǎn)的懸浮填料，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多家設(shè)備廠商開發(fā)成功，我國(guó)也頒布了相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范。懸浮填料在生化池中輕微攪拌即可懸浮起來，易于隨水自由運(yùn)動(dòng)，能夠很好的形成流化狀態(tài)。
在好氧條件下，曝氣充氧時(shí)產(chǎn)生的空氣泡上升浮力能夠推動(dòng)填料和周圍的水體流動(dòng)，當(dāng)氣流穿過水流和填料空隙時(shí)又被填料阻滯，并被分割成小氣泡。
在這樣的過程中，填料被充分地?cái)嚢璨⑴c水流混合，而空氣流又被充分地分割成細(xì)小的氣泡，增加了生物膜與氧氣的接觸和傳氧效率。在厭氧條件下，水流和填料在潛水?dāng)嚢杵鞯淖饔孟鲁浞至骰饋?，達(dá)到生物膜和被處理的污染物充分接觸而降解的目的。
MBBR工藝的核心是實(shí)現(xiàn)懸浮載體填料的充分流化，以達(dá)到強(qiáng)化處理污染物的目的。在MBBR工藝的實(shí)際應(yīng)用上，需要考慮的因素主要有生化池池型、懸浮填料投加量、曝氣系統(tǒng)、攔截篩網(wǎng)、推進(jìn)器等。
在曝氣區(qū)內(nèi)生物填料的流化是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)良好處理功能的關(guān)鍵。其主要依靠生化池的好氧區(qū)曝氣系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。在好氧區(qū)中適當(dāng)?shù)钠貧庀到y(tǒng)能夠確保生物載體流化填料的流化效果，保證流化填料在水體中做上下、前后的流動(dòng)，使填料與污水進(jìn)行充分的混合、碰撞、接觸，有效完成污染物、水、氣三向的接觸、交換、吸附等過程。
填料比重一般選擇為0.94-0.97，在培菌期間，填料表面會(huì)慢慢附著大量的生物膜，附著量越大，比重逐漸增加，當(dāng)填料上生物膜到一定厚度時(shí)，其比重大于1，填料從非曝氣區(qū)下沉到水池底部，曝氣區(qū)底部的沖擊力最強(qiáng)，能迅速?zèng)_洗掉填料上的殘余生物膜，脫膜后的填料比重也隨之降低到1以下，并在曝氣區(qū)上升。
根據(jù)掛膜前后的比重變化特點(diǎn)，填料可以隨水流在曝氣區(qū)和非曝氣區(qū)翻騰，從而交替完成了生物膜的生長(zhǎng)和脫落過程，保證生物膜的數(shù)量穩(wěn)定性和活性，使工藝運(yùn)行較穩(wěn)定。為了防止流化懸浮填料隨混合液進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)，在好氧區(qū)內(nèi)適當(dāng)位置設(shè)計(jì)采用篩網(wǎng)進(jìn)行簡(jiǎn)單攔截和分隔。篩網(wǎng)材質(zhì)選用不銹鋼，型式與懸浮填料配套。
MBBR工藝特點(diǎn)主要有如下幾方面：
1.可強(qiáng)化脫氮除磷
采用活性污泥-懸浮填料復(fù)合工藝，可實(shí)現(xiàn)同一反應(yīng)器內(nèi)不同功能微生物的污泥齡分離。脫氮菌群(硝化菌群)一般為長(zhǎng)泥齡細(xì)菌，需較長(zhǎng)泥齡(15-25d)；除磷菌群(聚磷菌)一般為短泥齡細(xì)菌，需較短泥齡(3-7d)；泥齡過長(zhǎng)，易導(dǎo)致微生物活性較差處理負(fù)荷降低、老化難以聚集降低沉降性能等，實(shí)際傳統(tǒng)脫氮除磷工藝在污泥齡上存在不可調(diào)和的矛盾。
復(fù)合工藝由于生物填料的投加，為硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)提供了載體，延長(zhǎng)其污泥齡，提高脫氮效果；同時(shí)控制活性污泥體系為短泥齡，可增強(qiáng)除磷效果；泥-膜在曝氣及水流帶動(dòng)下充分流化，促進(jìn)生物膜更新，防止泥齡過長(zhǎng)、污泥老化處理性能下降；冬季水溫較低、活性污泥系統(tǒng)不利于硝化菌群生長(zhǎng)時(shí)，脫落生物膜對(duì)活性污泥起到持續(xù)接種作用，維持系統(tǒng)硝化性能不下降。
2. 抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，處理效果好
沖擊負(fù)荷主要表現(xiàn)為常規(guī)污染物水質(zhì)沖擊、毒害污染物水質(zhì)沖擊和水量沖擊，本質(zhì)是單位時(shí)間內(nèi)單位表面積微生物所承載的污染物量的變化對(duì)處理效果的影響。MBBR工藝填料區(qū)污泥齡長(zhǎng)，增大微生物種群的豐度，有利于難降解有機(jī)物的處理。
低溫、高鹽、低基質(zhì)等惡劣水質(zhì)條件下，MBBR長(zhǎng)泥齡及局部存在好氧、缺氧微環(huán)境，有利于其對(duì)于惡劣水質(zhì)條件下，適應(yīng)微生物的篩選與富集，利于馴化嗜冷菌、耐高鹽菌等的富集。
生物膜傳質(zhì)比活性污泥慢，同樣生物降解產(chǎn)生的熱量與水體交換較慢，提高微生物的局部環(huán)境溫度，有利于細(xì)菌活性的維系，宏觀表現(xiàn)出MBBR對(duì)于低溫、高鹽、低基質(zhì)等惡劣水質(zhì)條件下，仍有較好的處理效果。
3.活性污泥不易膨脹
采用純MBBR系統(tǒng)，因?yàn)闉榧兡し?，無污泥膨脹問題；采用活性污泥-懸浮填料復(fù)合工藝時(shí)，由于老化脫落的生物膜無機(jī)質(zhì)比例較高，密度大易于沉降；且生物膜胞外聚合物比活性污泥更多，具有接觸絮凝效果，提高污泥聚集性能，提高污泥沉降性能。
剩余污泥產(chǎn)量較低，節(jié)約污泥處置費(fèi)用生物膜法的污泥產(chǎn)率僅為活性污泥工藝的一半，采用MBBR工藝可顯著降低剩余污泥產(chǎn)量，且污泥沉降性能的提升，易于降低污泥含水率，可節(jié)約污泥處置費(fèi)用。
4. 不易堵塞、無需反沖洗
固定床工藝經(jīng)常出現(xiàn)配水不均勻易產(chǎn)生死區(qū)、需定期反沖洗額外耗能及需配套設(shè)施、受紅蟲困擾降低硝化性能等問題。由于填料和水流在生物池的整個(gè)容積內(nèi)都能得到混合，從根本上杜絕了生物池的堵塞可能，池容得到完全利用，無需反沖洗。
5. MBBR懸浮填料系統(tǒng)壽命長(zhǎng)
填料耐磨耐用，攪拌器采用香蕉型的攪拌葉片，外形輪廓線條柔和，不損壞填料；整個(gè)攪拌和曝氣系統(tǒng)很容易維護(hù)管理，由于填料對(duì)氣泡的切割作用提高氧轉(zhuǎn)移效率，可使用穿孔曝氣提高曝氣系統(tǒng)安全性，延長(zhǎng)檢修周期。
6. 適用于污水處理廠升級(jí)改造及立體擴(kuò)容
MBBR工藝運(yùn)轉(zhuǎn)靈活性高，可以采用各種池型，而不影響工藝的處理效果；同時(shí)可以很靈活的選擇不同比表面積填料及不同填料填充率。當(dāng)實(shí)際運(yùn)行進(jìn)水水質(zhì)或水量發(fā)生變化時(shí)，只通過提高填料填充率，即可保證原設(shè)計(jì)生物池容不變的情況下，達(dá)到體力擴(kuò)容的目的，達(dá)到兼顧高效處理和遠(yuǎn)期擴(kuò)大處理規(guī)模而無需增大池容的要求。
二、MBBR工藝的應(yīng)用特點(diǎn)
由于MBBR工藝獨(dú)有的泥膜共生系統(tǒng)，能夠很好的將活性污泥法和生物膜法有機(jī)結(jié)合起來，具有泥膜共生技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)，將活性污泥法和生物膜法巧妙的結(jié)合在一起。
該系統(tǒng)的主要目的就是利用生物膜法抗低溫效果好的特性，增強(qiáng)有機(jī)物和氨氮在好氧段的去除，使他們的去除率超過單獨(dú)使用混合液的相應(yīng)去除率。
MBBR懸浮填料中生產(chǎn)的生物膜內(nèi)存在硝化菌，生物膜的剝落會(huì)給混合液接種，與在同樣的混合液懸浮固體平均細(xì)胞停留時(shí)間下的單獨(dú)活性污泥法相比，這種生物膜剝落和接種會(huì)顯著增加混合液中的硝化菌比例，因此生物膜載體的存在有助于增加單位池子體積的硝化率，增強(qiáng)二級(jí)處理工藝的硝化能力，從而進(jìn)一步提高氨氮的去除效率。其主要應(yīng)用特點(diǎn)有以下幾方面：
1. 適用于進(jìn)水溫度極低的嚴(yán)寒地區(qū)
在我國(guó)內(nèi)蒙和東北地區(qū)，冬季寒冷季節(jié)一般要持續(xù)半年。污水進(jìn)水溫度持續(xù)低溫的情況下，對(duì)活性污泥的生長(zhǎng)和降解污染物的能力會(huì)受到很大的影響。而MBBR工藝系統(tǒng)中具有普通活性污泥法不具備的生物膜系統(tǒng)，抵抗低溫的能力更為優(yōu)秀，例如在我國(guó)的內(nèi)蒙赤峰縣污水進(jìn)水溫度最低時(shí)達(dá)到4℃，持續(xù)監(jiān)測(cè)出水水質(zhì)指標(biāo)1個(gè)月后發(fā)現(xiàn)，污染物指標(biāo)仍能夠滿足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
2. 適用于改擴(kuò)建工程
由于MBBR工藝向生化池中投加懸浮填料后，生化池中懸浮填料的活性污泥菌群可以在不影響原有生化池菌群的前提下生長(zhǎng)，這樣就可以在不動(dòng)土建的前提下實(shí)現(xiàn)處理水量的增加，極大的減少了擴(kuò)建工程的工作量，同時(shí)減少了建設(shè)用地。但MBBR工藝帶來極大便利的同時(shí)，也要注意設(shè)計(jì)上的問題。
在原有生化池中投加懸浮填料的比例要適中，過度的投加懸浮填料會(huì)導(dǎo)致填料的流化困難，根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，懸浮填料最大投加比例為好氧區(qū)池容的60%，通常設(shè)計(jì)時(shí)均留有余量，投加比例不會(huì)超過50%，否則填料流化困難將帶來填料堆積、堵塞篩網(wǎng)、生化池溢流等嚴(yán)重問題。
3. 應(yīng)合理設(shè)計(jì)篩網(wǎng)過流面積及曝氣系統(tǒng)
由于一般MBBR工藝懸浮填料尺寸為25mm的圓形多孔填料，懸浮填料在好氧區(qū)處于流動(dòng)循環(huán)狀態(tài)，為避免懸浮填料隨水流進(jìn)入下一個(gè)構(gòu)筑物導(dǎo)致填料的流失，在MBBR工藝懸浮填料區(qū)需設(shè)置攔截篩網(wǎng)對(duì)懸浮填料進(jìn)行攔截。
設(shè)計(jì)上需考慮在攔截填料的同時(shí)應(yīng)保證篩網(wǎng)孔眼的過流量，如過流量不足或底部曝氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，將導(dǎo)致懸浮填料在篩網(wǎng)處堆積，這將對(duì)過流量產(chǎn)生負(fù)面的影響，嚴(yán)重時(shí)懸浮填料會(huì)全部淤堵在篩網(wǎng)處，導(dǎo)致生化池內(nèi)的水量無法進(jìn)入下一單元，最終導(dǎo)致冒池現(xiàn)象的發(fā)生。
設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分應(yīng)用水力學(xué)原理，在篩網(wǎng)處設(shè)計(jì)單獨(dú)的穿孔曝氣管，使篩網(wǎng)處的懸浮填料處于流化狀態(tài)，從而發(fā)揮懸浮填料正常的處理功能。