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第52卷第4期 辽 宁 化 工 Vol.52，No. 4 2023年4月 Liaoning Chemical Industry April，2023
MBBR工艺在难降解污水处理的应用研究
张 桐
（沈阳建筑大学 市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168）
摘 要：研究了使用MBBR的城市污水处理工艺的早期开发、已确立的应用和最新进展。

概述了
MBBR技术早期发展的主要驱动因素，以及MBBR工艺的原理及处理流程，分析了MBBR工艺的优势。

介绍了常用生物载体的类型和特点，以及生物膜的形成和胞外聚合物（EPS）的作用。

此外，还调查了
MBBR工艺在处理生活污水、工业废水、河流治理及污水厂提标改造中的应用。

紧凑的占地面积和高
性能的碳和氮去除能力使MBBR成为小型分散设施或现有设施升级改造的重要选择。

关 键 词：污水处理；移动床生物膜反应器；提标改造；填料
中图分类号：TU991.21 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）04-0596-04
生物膜反应器主要用于去除有机物和营养物质（即氮和磷），在移动床生物膜反应器发展之前，有生物滴流过滤器、采用膨胀式生物膜反应器、流化床反应器和旋转式接触器。

此类体系都有诸如无效率工作容积的滴流式滤清器，或易于出现机械失效（RBC）等缺点。

另外，在海底膨胀式流化床中，存在着经常出现的水压不稳定现象，很难在支架上有均匀的生物膜分布[1]。

为了克服80年代末和90年代初的这些限制，挪威开发了移动床生物膜反应器（MBBR）。

它的发展源于挪威污染控制当局，以满足拥有小型污水处理厂的需要，易于在小社区（即20~2 000人）中安装和操作。

然而，对升级现有污水处理厂和扩大体积容量的想法是开发更可靠的生物膜技术的最主要驱动因素。

由于接触不良导致反应速率降低，生物膜技术必须面临强烈的扩散限制。

正是在这种情况下，自由漂浮移动载体的想法产生并被视为其他系统缺陷的有价值的替代方案和解决方案。

1 MBBR工艺简介
1.1 悬浮填料
悬浮填料是MBBR工艺的核心，生物膜主要生长在悬浮载体上，生物膜结构和微生物组成似乎也受到载体材料（例如聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、高密度聚乙烯（HDPE）、尼龙）的影响[2]。

序批式移动床生物膜反应器(SBMBBR)，是在移动床生物膜反应器中投加填料，实现同步脱氮除磷效果。

溶解氧的分布不均是发生同步反应的前提：即内部缺氧环境发生聚磷菌释磷，且外部好氧环境可发生硝化反应和聚磷菌吸磷。

同时内层为缺氧，反硝化聚磷菌可发生同步脱氮除磷。

由于其可塑性、密度和耐用性，高密度聚乙烯是生产生物载体的最优选材料。

然而，据报道高疏水性和低表面能（30 mJ·m-2）会限制HDPE载体中的初始微生物细胞附着并增加细菌附着率。

表1 常用填料种类及特点
填料种类 特点
聚乙烯 原料优良，可长时间浸泡在废水中，不会对微生物有毒害作用；易挂摸，生物膜易脱落，粗糙的内表面可增强为细胞粘附和快速形成生物膜，生物形成时间为3~15天，无需事先培菌；规格多样。

PPC 由聚氨酯及其他高分子材料复合而成,类似海绵状，具有巨大的比表面积，PPC高效生物载体亲水性极好，且吸水后变为凝胶状态，更易于挂膜,耐磨性增强，寿命更长久。

弹性填料 挂膜快、生物膜生长更新良好；耐有机高负荷冲击；COD去除率高，处理效果好；充氧性能好，可对气泡进行多次碰撞，大大提高了氧的转移效率及氧的利用效率。

聚丙烯 通量大、阻力小；分离效率高、操作弹性大。

因此，减少成熟的生物膜形成启动可以解决由物理和化学特性（诸如疏水和/或正电、表面官能基的种类或部位）以及生物方法对表面的塑胶支持物进行改性。

几种类型的工艺可以改变载体材料的表
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面特性：I）湿化学氧化； II) 聚合物接枝或共混；III) 异养生长。

Klaus等[3]证明通过不同的氧化工艺（即高锰酸钾KMnO4、芬顿试剂和臭氧）对 HDPE Anox K™5载体进行湿化学氧化。

Lackner S等[4]通过在PE和PP塑料载体上引入氨基官能团（—NH2），提高了硝化菌群落的生物膜厚度、密度、均匀性和剪切强度。

接枝的替代方法是聚合物共混（例如，与甲苯二异氰酸酯、聚醚多元醇、泡沫稳定剂等）以增加正电荷和疏水性[5]。

高密度聚乙烯生物载体以及细菌细胞表面带负电荷，因此可能导致静电排斥。

采用正电极对悬浮载体进行修饰，使其具有较高的生物浓度，而其层状的层状结构也能为硝化反硝化的同时进行好氧和低氧条件。

1.2 拦截筛网
拦截筛网侧面通常安装有空气喷射装置，主要对悬浮载体起阻截作用，防止流失。

它能有效地阻止悬浮物和纤维物的附着，从而降低过滤效率。

1.3 流化系统
MBBR流程的流程是采用底部曝气、液体循环和机械搅拌等方法进行的。

流动能促进生物膜的质量和氧气传递，并能有效地阻止悬液的阻塞。

1.4 MBBR工艺的优势
移动床生物膜技术相对于其他生物膜技术和传统活性污泥系统的优点是系统的优点包括施工成本低、占地面积小、操作简单[6]，并结合有效的去除生化需氧量（BOD）、悬浮固体和粪便大肠菌群。

提高目前污水处理厂的运行效率和容量处理容量的污水无需回收，因为生物质作为生物膜保留在载体上，与固定膜反应器相比，堵塞更少，无需反洗，该生物薄膜对入水性能的影响较大[7]。

比如冲击负荷，pH值，温度和有毒物质。

此外，用于传统处理技术的现有混凝只需进行相对较小的修改就可以修改为MBBR或集成MBBR 配置，由于这些优点，MBBR系统是目前欧洲和北美用于去除污染物的最流行的处理系统之一[8]。

MBBR反应器的多种池型[9]，如微动力混合池型,完全混合池型等,能够满足绝大多数池体的改造，拥有十分广阔的发展前景。

2 MBBR工艺处理生活污水的应用
2.1 污水厂的提标改造
近年来，MBBR工艺应用于传统污水厂的提标改造应用广泛，使用MBBR技术去除有机物（即COD和BOD）可广泛用于改善现有常规活性污泥的性能和容量。

MBBR与其它工艺组合的方式广泛应用于城市污水及工业废水处理，并且具有较高的脱氮除磷效果，具有广泛的应用价值[10]。

山西一座污水处理厂总容量20万m3，在改建之前，对其进行了二次处理，并对其进行了改进，以保证出水COD、NH3-N、TP三个指标均达到地表水环境V类标准，采用生物池改造，向A2/O工艺中好氧池投加高密度聚乙烯MBBR悬浮填料，挂摸稳定后，出水水质稳定达到一级A标准，处理效果良好且稳定运行[11]。

2.2 生活污水及工业废水处理
2.2.1 MBBR工艺处理油页岩干馏废水
目前，国内和国外处理油页岩干馏污水尚处在试验研究阶段，投入大、运营费用高，已建成的油页岩干馏污水处理厂难以投入生产。

开发低投资、低运行成本、高处理效率的污水处理技术，是目前石油页岩制取废水处理技术的关键。

李娜等[12]利用MBBR技术对油页岩干馏废水进行了处理，对比了两种驯化方法。

，在相同运行条件下得出结论为因此，MBBR处理油页岩废水的最佳启动模式使以20倍稀释后的油页岩废水为原料，模拟生活污水，进行连续流挂膜驯化。

2.2.2 MBBR工艺用于河流污水治理
Almomani F A 等[13]研究调查了安装MBBR升级装置以适应寒冷气候的泻湖，作为在寒冷（1 ℃）和温暖（20 ℃）温度下去除氨的后处理方法。

实验室MBBR反应器进行了6个月的研究。

结果表明，在1 ℃或20 ℃时，R1和R2的氨去除率分别为0.12和0.11 kgN/m3·d；表明与亚硝化作用相比，在实际泻湖稳定适应期后长时间暴露于低温并不会优先影响硝化作用的速率。

与亚硝化相比，从实际的冲击转变也没有表明对硝化速率的优先影响。

该研究还表明，温度变化或从实际的变化不会对MBBR载体上生物膜的总质量产生负面影响。

因此，根据研究的结果，得出的结论是，MBBR是一种有前途的脱氨和净化泻湖废水的技术。

2.2.3 MBBR工艺处理农村生活污水
农村生活污水处理具有规模小，出水氨氮高的特点。

因此，采用MBBR工艺处理农村生活污水具有一定的优势，沈烁等[14]采用MBBR-离子交换除磷工艺处理农村生活污水取得了理想的效果，出水水质达到一级A标准。

赵文斌等[15]采用MBBR工艺对低温处理农村厕所废水进行研究，研究了不同的温
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度、水力停留时间和曝气量对总磷、氨氮、COD和TN的去除率的影响；探讨了采用何种保温或加热的方法，可以保证乡村厕所在最小的气温下有效地正常工作。

2.2.4 MBBR工艺处理低温污水
Young B等[16]在研究脱碳后移动床生物膜反应器（MBBR）的硝化过程，从20 ℃到1 ℃的过渡以及在 1 ℃的长期运行过程中。

4个中试硝化MBBR反应器以不同的氨加载速率运行，以阐明温度对氨去除速率，细胞活力和细菌群落的影响。

在所有温度下的所有中试MBBR反应器中，亚硝酸单胞菌均被证明是占主导地位的氨氧化细菌（AOB），而硝化螺菌则被视为占主导地位的亚硝酸盐氧化菌（NOB）。

脱碳后硝化MBBR系统的性能在1 ℃下通过增加可行的嵌入式生物量以及更厚的生物膜而得到增强。

这有效地增加了低温操作过程中存在的活细胞的数量，这部分弥补了每个硝化池氨气去除率的显着降低。

与在1 ℃下较低的负载条件相比，测试的最高负载条件下操作（显示在1 ℃下）可降低氨去除率。

在1 ℃的较高负载条件下，较低的性能证明了系统的应力响应宏基因组学途径得到了丰富。

3 总结与展望
移动床生物膜技术已有近40年的历史。

几十年来，已经开发了几种类型的生物载体，以改善MBBR 技术的性能，它可以通过改进载体的形态、大小和理化性质来促进微生物的成长。

采用生物或化学方法对混合体系和生物载体进行预处理，可以缩短起始期，提高成长速度。

紧凑的占地面积和高性能的碳和氮去除能力使MBBR成为小型分散设施或现有设施升级（例如使用IFAS）的重要选择。

与混合特性和流体动力模式有关的改进可能会导致当前设计参数的优化。

此外，可以通过几种方法（例如厌氧或有氧处理）来解决减少或去除新出现的问题。

目前正在开发的MBBR技术有可能进一步减少，并将城市废水处理优化作为更先进的处理技术。

参考文献：
［1］何飞, 刘瑞娜, 李永峰. 内循环厌氧生物膜反应装置: CN210393884U[P]. 2020.
［2］贾光跃. 基于生物亲和性载体连续流MBBR的同步硝化反硝化性
能研究[D]. 大连理工大学, 2020.
［3］KLAUS S , MCLEE P , SCHULER A J , et al. Methods for increasing the rate of anammox attachment in a sidestream deammonification MBBR[J]. Water Science and Technology, 2016, 74 (1): 110-117. ［4］LACKNER S , HOLMBERG M , TERADA A , et al. Enhancing the formation and shear resistance of nitrifying biofilms on membranes by surface modification[J]. Water Research, 2009, 43 (14): 3469-3478. ［5］张晴晴，杨霞，孙宁，等. 甲苯二异氰酸酯生产工艺的绿色化分析[J]. 当代化工, 2020 (11): 6.
［6］李玮, 郑临奥, 白华清, 等. 新建污水厂移动床生物膜工艺的设计与运行[J]. 水处理技术, 2020, 46 (8): 7.
［7］COLLIVIGNARELLI M C, ABBÀA, BERTANZA G. Oxygen transfer improvement in MBBR process[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2019，26 (11)：10727-10737.
［8］XU X, WANG G, Zhou L, et al. Start-up of a full-scale SNAD-MBBR process for treating sludge digester liquor[J]. Chemical Engineering Journal, 2018, 343: 477-483.
［9］吴迪. MBBR在国内的工程应用与发展前景[C]// cqvip. cqvip, 2018:10.
［10］龚文静, 潘伟亮, 曹云鹏, 等. MBBR工艺的应用研究及发展前景[J]. 应用化工, 2021, 50 (3): 5.
［11］王莎. MBBR工艺在污水处理厂提标改造工程中的应用[J]. 现代工业经济和信息化, 2021 (7): 93-95.
［12］李娜, 邓一兴, 李国德, 等. MBBR处理油页岩干馏废水不同挂膜方式的性能比较[J]. 环境工程, 2021, 39 (6): 7.
［13］ALMOMANI F A, DELATOLLA R, Oermeci B. Field study of moving bed biofilm reactor technology for post-treatment of wastewater lagoon effluent at 1℃[J]. Environmental Technology, 2014, 35 (13-14): 1596- 1604.
［14］沈烁, 李海峰, 路卫卫. MBBR-离子交换除磷工艺处理农村生活污水的应用分析[J]. 安徽农业科学, 2018, 46 (22): 3.
［15］赵文斌, 迟光宇, 陈欣, 等. 低温条件下MBBR工艺处理农村厕所废水研究[J/OL]. 水处理技术: 1-5 [2022-04-08].
［16］YOUNG B, DELATOLLA R, KENNEDY K, et al. Low temperature MBBR nitrification: Microbiome analysis[J]. Water Research, 2017, 111 (mar.15): 224-233.
［17］FERRENTINO R, FERRARO A, MATTEI M R, et al. Process performance optimization and mathematical modelling of a SBR-MBBR treatment at low oxygen concentration[J]. Process Biochemistry, 2018,
75 (DEC.): 230-239.
［18］顾升波, 李振川, 李艺. A/O-MBBR组合工艺和A/O工艺处理市政污水的影响因素研究[J]. 给水排水, 2017, 43 (2): 7.
［19］LUCIANO D, STARLING M, DUTRA L C, et al. Enhanced biodiesel industry wastewater treatment via a hybrid MBBR combined with advanced oxidation processes: analysis of active microbiota and toxicity removal[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2018, 26: 4521-4536.
［20］刘永红, 党康, 王宁, 等. 基于新型载体AMC/UASB-SCMBBR生物工艺处理印染废水的中试研究[J]. 环境科学学报, 2019, 39 (10):
6.
［21］喆
张，傅金祥，朱京海. OPCRP填料的SBMBBR处理低温污水脱氮细菌多样性试验[J]. 环境工程, 2020, 38 (10): 6．
（下转第602页）
602 辽 宁 化 工 2023年4月
参考文献：
[1] 范一丁,杨丽娜.石油化工企业给排水管道工程设计[J].化工设计通讯，
2020，46（7）：162-163.
[2] 陈秋艳.浅谈石油化工企业给排水管道工程设计施工中所面临的问题
及对策[J].化工管理，2017（10）：173-174.
[3]夏青磊.石油化工企业给排水管道工程设计[J].石油石化物资采
购,2020(23):93.
[4]时珂.石油化工工程给排水管道设计[J].工程建设与设计, 2021 (1):
104-106.
[5]夏志.石油化工装置工艺管道的设计[J]. 现代盐化工，2022,49(2)：62-64. [6]张莉. 石油化工装置内地下工艺管道设计及防腐[J].当代化工，2021，
50（6）：1383-1386.
[7]苗士俊. 石油化工装置工艺管道设计的探讨[J].石化技术, 2020, 27 (11):
209-210.
[8]高畅宇.石油化工装置工艺管道设计的合理性分析[J]. 化工设计通
讯,2020,46(12):22-23.
[9]刘杰,潘辉.石油化工装置工艺管道设计探讨[J].石河子科技，
2021(2):13-14.
[10]魏铭辉. 石油化工装置工艺管道设计研究[J].清洗世界，
2020,36(11):83-84.
Analysis of Key Points in Design of Water Supply and Drainage
Pipelines in Petrochemical Enterprises
LI Dan-ni1,2
（1. Liaoning Talent Dispatch Co., Ltd., Shenyang Liaoning 110000, China;
2. Shenyang Branch of China Kunlun Contracting & Engineering Corporation, Shenyang Liaoning 110000, China）Abstract: Because the sewage involved in petrochemical enterprises contains a variety of corrosive and polluting substances, general pipeline materials and general design may affect the service life of pipelines and cause serious consequences for pipeline materials. Therefore, the design unit should take various measures based on the characteristics and main points of the drainage and water supply of petrochemical enterprises to ensure the rationality, scientificity and long-term use of water supply and drainage pipeline design. Based on the above background, according to the characteristics of the current petrochemical enterprises, the design points in the water supply and drainage pipeline engineering were analyzed.
Key words: Petrochemical enterprises; Water supply and drainage pipelines; Design points
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Research on Application of MBBR Process
in Treatment of Refractory Sewage
ZHANG Tong
（School of Municipal and Environmental Engineering, Shenyang Jianzhu University, Shenyang Liaoning 110168, China）Abstract: Early developments, established applications, and recent advances in municipal wastewater treatment processes using MBBR were discussed. The main driving factors of the early development of MBBR technology were outlined, as well as the principle and processing flow of the MBBR process. And the advantages of the MBBR process were analyzed. The types and characteristics of commonly used biocarriers were introduced, as well as the formation of biofilms and the role of extracellular polymers (EPS). In addition, the application of MBBR process in domestic sewage treatment, industrial wastewater treatment, river treatment and upgrading of sewage treatment plants was also investigated. The compact footprint and high performance carbon and nitrogen removal capabilities make MBBR become an important choice for small decentralised facilities or upgrading existing facilities.
Key words: Sewage treatment; Moving bed bio-film reactor; Upgrading; Fillers。