移動(dòng)床生物膜工藝(MovingBedBiofilmReactor，MBBR)是國(guó)際上成熟的污水生化處理技術(shù)。MBBR工藝汲取了生物接觸氧化及生物流化床的優(yōu)點(diǎn)，以懸浮載體為微生物提供生長(zhǎng)載體，通過(guò)懸浮載體的充分流化，使其既具有傳統(tǒng)生物膜法耐沖擊負(fù)荷、泥齡長(zhǎng)、剩余污泥少的恃點(diǎn)，又具有活性污泥法的高效性和運(yùn)轉(zhuǎn)靈活性，最終實(shí)現(xiàn)污水的高效處理。自1989年挪威Stenshoh市政污水廠工程首次應(yīng)用MBBR以來(lái)，全球已在50多個(gè)國(guó)家建成了超過(guò)600座市政和工業(yè)廢(污)水處理設(shè)施，取得了良好的效果。MBBR因其生物系統(tǒng)的獨(dú)特性，對(duì)雌激素內(nèi)分泌干擾物為代表的痕量污染物去除效率也高于傳統(tǒng)污水處理工藝。四川某污水處理廠設(shè)計(jì)總規(guī)模12萬(wàn)m3/d，受周邊環(huán)境限制，建設(shè)用地有限，且進(jìn)水受雌激素內(nèi)分泌干擾物影響較大，因而采用了基于A2/O的MBBR工藝。本文通過(guò)介紹該污水廠MBBR設(shè)計(jì)和運(yùn)行，為相關(guān)工程提供技術(shù)參考。

　　一、工程概況

　　本項(xiàng)目設(shè)計(jì)總規(guī)模12萬(wàn)m3/d，分二期建設(shè)，一期工程規(guī)模6萬(wàn)m3/d，同時(shí)預(yù)留二期擴(kuò)建用地。污水處理廠進(jìn)水以生活污水為主，含有部分工業(yè)廢水，在設(shè)計(jì)中依據(jù)了污水廠服務(wù)范圍內(nèi)各污水排放口的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、充分考慮了城市的發(fā)展需要，以及西南地區(qū)城市排水管網(wǎng)特性和雨季泥沙進(jìn)入等的水質(zhì)特點(diǎn)，確定的設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)詳見(jiàn)表1。設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，出水就近排人?江。

　　在本工程用地紅線范圍內(nèi)，圍墻內(nèi)用地37498m2，若按總規(guī)模12萬(wàn)m3/d規(guī)模布置污水處理廠，需將生化池水深由常規(guī)的6.0m增加至9.0m，將較大的增加土建成本和污水廠的運(yùn)行能耗。因此本工程在設(shè)計(jì)時(shí)選擇了占地面積小、運(yùn)行能耗低，運(yùn)行成本少、處理效果穩(wěn)定的工藝進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，并最終選擇了MBBR生化池+二沉池+D型濾池+紫外線消毒主體處理工藝，如圖1所示。MBBR工藝所需占地面積小，能強(qiáng)化脫氮除磷，且生物膜系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)可以有效避免活性污泥中惰性成分過(guò)高。D型濾池同樣具有傳統(tǒng)快濾池的主要優(yōu)點(diǎn)，且節(jié)省占地面積，抗沖擊負(fù)荷。污水廠噸水占地僅為0.31m2/(m3?d)，與國(guó)內(nèi)其他同類型污水廠相比，優(yōu)勢(shì)明顯，如表2所示

　　二、MBBR工藝設(shè)計(jì)

　　MBBR工藝并不是簡(jiǎn)單的懸浮載體投加，而是一個(gè)完整的系統(tǒng)。設(shè)備上包含了懸浮載體、進(jìn)出水系統(tǒng)、流化系統(tǒng)等，設(shè)計(jì)上包括懸浮載體有效生物膜面積的確定、懸浮載體投加區(qū)域的確定、推流攪拌器選型等。在實(shí)際工程中，容易出現(xiàn)局部懸浮載體堆積，或懸浮載體難以形成流化狀態(tài)，或懸浮載體流失等現(xiàn)象，因此需在原生化池設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上基于MBBR工藝的特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　2.1 生化池設(shè)計(jì)

　　生化池設(shè)計(jì)通過(guò)準(zhǔn)確確定硝化速率和反硝化速率，計(jì)算出硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)所需容積，并將池體分為預(yù)脫硝區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)(加懸浮載體)和好氧區(qū)(無(wú)懸浮載體)五個(gè)區(qū)，如圖2所示，其容積分別為1262、2590、7529、9338及1606m3。

　　好氧懸浮載體區(qū)采取完全混合流態(tài)，中間設(shè)置導(dǎo)流墻，以保證懸浮載體在池中流態(tài)好，避免懸浮載體堆積。污泥回流比100%，混合液回流比200%，厭氧反應(yīng)區(qū)接受來(lái)自沉淀池的回流污泥，在該區(qū)域完成磷的釋放;缺氧反應(yīng)區(qū)接收內(nèi)部硝化液回流，主要作用是反硝化脫氮。參考同類型污水廠的MLSS值并通過(guò)實(shí)地應(yīng)用，最終確定MLSS為4.0g/L。在缺氧區(qū)與好氧懸浮載體區(qū)間及好氧懸浮載體區(qū)與非懸浮載體區(qū)間的孔洞處設(shè)置攔截網(wǎng)，保證懸浮載體與混合液正常分離，出水口不堵塞，不堆積。最后，為滿足除臭要求，池體頂部加蓋，覆土并種植草坪，池頂布置通風(fēng)除臭管路系統(tǒng)及放置除臭設(shè)備。

　　2.2 懸浮栽體選擇

　　懸浮載體是微生物棲息的場(chǎng)所，是生物膜的載體。懸浮載體應(yīng)具有密度稍小于水、有效比表面積大、空隙率高、表面積粗糙且利于微生物附著的特點(diǎn)。Odegarrd等的研究表明，為了使懸浮載體能在反應(yīng)器內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)，從流化角度考慮，生物懸浮載體的最大填充率應(yīng)小于70%。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)各式懸浮載體的對(duì)比，得出影響運(yùn)行效果的主要因素為懸浮載體的有效比表面積(即單位體積懸浮載體懸浮載體能實(shí)現(xiàn)良好的傳質(zhì)傳氧，且能生長(zhǎng)有效微生物的受保護(hù)面積)，其典型值為450~1200m2/m3。懸浮載體的材質(zhì)以有機(jī)材料為主，綜合考慮材料重量、密度、耐老化性、耐磨性等因素，多采用高密度聚乙烯(HDPE)作為MBBR工藝處理污水的懸浮載體，并實(shí)現(xiàn)了工程化應(yīng)用。目前，HDPE扁圓柱狀懸浮載體，如圖3所示，已成為MBBR工藝懸浮載體主流應(yīng)用，在國(guó)外應(yīng)用超過(guò)25年，國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)也超過(guò)10年，效果良好。

　　本工程在好氧區(qū)放置懸浮載體，選用SPR-II型HDPE懸浮載體，其直徑為25mm±0.5mm，高10mm±1mm，掛膜后比重與水接近，有效比表面積大于620m2/m3，符合《水處理用高密度聚乙烯懸浮載體》(CJJ461-2014)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。由于其掛膜前其密度略小于水(0.94~0.97g/cm3)，掛膜后與水接近(1.000±0.003g/cm3)，可以依靠微小擾動(dòng)使載體流化。HDPE懸浮載體具有抗老化及耐磨性強(qiáng)等特點(diǎn)。從流化角度考慮，好氧池填充率應(yīng)<67%，從運(yùn)行能耗及運(yùn)行維護(hù)管理角度考慮，一般要求填充率>15%。實(shí)際工程中，好氧池懸浮載體填充率一般為25~60%，在團(tuán)島和鹽城城東污水處理廠好氧池MBBR好氧池中的填充率分別為29%和30~40%。綜合考慮，本次工程好氧池懸浮載體的設(shè)計(jì)填充率約為25%。好氧MBBR區(qū)采用循環(huán)流動(dòng)池型，該池型利用原有氧化溝廊道使懸浮載體在池內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。為防止懸浮載體在末端堆積，通過(guò)加裝推流器同曝氣產(chǎn)生的剪切力共同實(shí)現(xiàn)懸浮載體流化，該池型具有水力條件好、無(wú)水力死角等特點(diǎn)。

　　2.3 曝氣系統(tǒng)

　　對(duì)于MBBR系統(tǒng)，DO濃度與曝氣強(qiáng)度之間相互影響。在曝氣作用下，水流紊流程度與無(wú)懸浮載體時(shí)相比更大，氧的傳遞速率提高，氧的利用率也隨之提高。同時(shí)，反應(yīng)器中的懸浮載體依靠曝氣和水流的提升作用處于流化狀態(tài)。但隨著曝氣強(qiáng)度的增大，強(qiáng)烈的流化作用反而會(huì)導(dǎo)致懸浮載體上的生物數(shù)量減少，進(jìn)而影響污水處理效果。在保證供養(yǎng)充分的情況下，合理減少曝氣量，從而保證懸浮載體合適的流化狀態(tài)。因此，曝氣量的設(shè)計(jì)需要綜合考慮需氧量及懸浮載體流化。張忠華等在研究移動(dòng)式生物膜反應(yīng)器啟動(dòng)掛膜的影響因素中得到，DO質(zhì)量濃度在5.0mg/L時(shí)，紊流劇烈，不利于掛膜，而在掛膜前5天調(diào)節(jié)DO質(zhì)量濃度為1.5mg/L，有利于微生物在懸浮載體表面粘附及膜的生長(zhǎng)和形成，之后調(diào)節(jié)DO質(zhì)量濃度為3mg/L，有利于掛膜和縮短啟動(dòng)時(shí)間。王學(xué)江等在對(duì)DO對(duì)MBBR同步硝化反硝化生物脫氮影響研究中表明DO質(zhì)量濃度為2mg/L、水力停留時(shí)間為8h、懸浮載體填充率為50%時(shí)，MBBR工藝可通過(guò)同步硝化反硝化實(shí)現(xiàn)90%以上的脫氮效果。

　　項(xiàng)目的曝氣設(shè)計(jì)需氣量為360m3/min，鼓風(fēng)機(jī)選用空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)3臺(tái)(2用1備)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q=180m3/min，可滿足設(shè)計(jì)需要風(fēng)量。采用盤式橡膠膜微孔曝氣器，單盤供氣量Q=0?5.0m3/h，共計(jì)7024套。另外，為避免懸浮載體堆積，另設(shè)輔助穿孔曝氣系統(tǒng)2套，安裝于好氧懸浮載體區(qū)，ABS材質(zhì)。

　　三、運(yùn)行效果

　　根據(jù)污水廠2018年6月至12月的實(shí)測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，污水廠出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，污水廠進(jìn)出水C0D(>、BOD5、氨氮、總氮、總磷和雌激素(雌酮、雌二醇和炔雌醇)的進(jìn)出水濃度和去除率如圖4所示。

　　設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)C0Dcr、B0D5、氨氮、總氮、總磷分別為400、200、35、50和3~4mg/L，但實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)C0Dcr、B0D5、氨氮、總氮、總磷分別為134±36、40±12、22±7、2.5±0.5和27±5mg/L，其值都低于設(shè)計(jì)值，且B0D/TN和B0D/TP值分別為1.48和15.8，均不利于生物脫氮除磷。但從處理效果來(lái)看，出水C0Dcr、BOD5、氨氮、總氮和總磷的濃度均值分別為12.73、2.52、0.31、11.40和0.28mg/L，平均去除率分別為89.9、93.3、98.6、57.3和88.7%，可以穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。這說(shuō)明懸浮填料上的附著生物系統(tǒng)增強(qiáng)了生物脫氮除磷效果。MBBR工藝填料區(qū)污泥齡長(zhǎng)，增大了微生物種群的豐度，同時(shí)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。特別是在冬季溫度較低不利于硝化時(shí)，污水廠的出水各指標(biāo)的濃度也無(wú)明顯的提升，這表明MBBR工藝在添加懸浮填料后形成的泥膜復(fù)合工藝增加了系統(tǒng)內(nèi)菌群的多樣性，而生物膜傳質(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，在宏觀上表現(xiàn)出了MBBR對(duì)于低溫的適應(yīng)性。

　　實(shí)際工程中，懸浮載體對(duì)系統(tǒng)硝化的貢獻(xiàn)率可以達(dá)到70%，投加懸浮填料增強(qiáng)生物硝化能力也使MBBR工藝在去除雌激素有著良好效果。經(jīng)檢測(cè)楊灣污水處理廠雌酮(E1)、雌二醇(E2)和炔雌醇(EE2)獲得的總雌激素濃度(以雌二醇為當(dāng)量，TE=[El]/3+[E2]+10[EE2])，進(jìn)水平均總雌激素濃度為110.5ng/L，經(jīng)過(guò)MBBR生化池處理后的中間出水平均總雌激素濃度為15.8ng/L，而經(jīng)過(guò)D型濾池過(guò)濾之后，總雌激素濃度降為了7.1ng/L(詳見(jiàn)圖4)。對(duì)比西南地區(qū)長(zhǎng)江流域某采用卡魯賽爾氧化溝工藝的污水廠，其總的雌激素進(jìn)出水濃度為112.8和24.8ng/L。這表明采用MBBR工藝是可以有效提高雌激素去除效果的，而且在雌激素進(jìn)水濃度差別不大的情況下，MBBR工藝對(duì)雌激素的去除效果略優(yōu)于采用卡魯賽爾氧化溝工藝。說(shuō)明采用懸浮填料的強(qiáng)化硝化工藝可提高污水處理過(guò)程中的雌激素去除能力，而且D型濾池的深度處理則進(jìn)一步加強(qiáng)了該痕量有機(jī)物的去除效果。

　　四、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

　　本工程總投資約1.8億元，工程直接投資約1.4億元，噸水基建投資為2300元，單位處理成本1.04元/m3，單位經(jīng)營(yíng)成本0.63元/m3，工程投資及運(yùn)行費(fèi)用均較低。

　　五、結(jié)語(yǔ)

　　四川某污水處理廠是西南地區(qū)幾個(gè)采用MBBR工藝的大型污水廠之一，結(jié)合深度過(guò)濾采用D型濾池，占地僅0.31m2(m3?d)。該廠采用SPR-II型懸浮載體，填充率為25%，運(yùn)行效果良好，出水主要水質(zhì)指標(biāo)均穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，且較常規(guī)污水處理工藝對(duì)雌激素內(nèi)分泌干擾物有良好的去除效果。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)對(duì)現(xiàn)有污水廠的挖潛改造及污水廠新建有重大的參考意義。(來(lái)源：中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司;重慶大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院)