悬浮填料生物膜工艺的研究与进展

悬浮填料生物膜工艺的研究进展1

摘要悬浮填料生物膜工艺又称为移动床生物膜反应器工艺，是上世纪九十年代初发展起来的一种新型水处理工艺，发展十分迅猛。它既可以作为独立的生物处理系统，也能够与活性污泥法组合以增加后者的处理效能，还可以作为中高浓度工业废水的生物预处理手段。本文总结了悬浮填料生物膜工艺的流体力学、生化动力学规律、悬浮填料的开发现状，探讨了工艺在市政生活污水、工业废水、低污染物浓度的水处理领域的研究和应用进展。进一步开发高效、廉价的功能型悬浮填料，提高填料的有效比表面积，优化与确定工艺和运行参数将推动悬浮填料生物膜工艺在我国的全面应用。

关键词悬浮填料生物膜生物处理生活污水工业废水

Progress of the Study on Suspended Carrier Biofilm Process

Abstract

Suspended carrier biofilm process(SCBP), also named as moving bed biofilm reactor (MBBR), developed very fast since it is invented in early years of 1990s, which can not only be an independent biological treatment system, or combined with activated sludge process(ASP) to increase the capacity and efficiencies of ASP, but also be used as a biological pretreatment unit of moderate- or high-strength industrial wastewater. In this article, the characteristics of the hydromechanics and biochemical dynamics of SCBP are summarized, the development of suspended carrier, study and application of SCBP treating different kinds of wastewater are discussed in detail. To broaden the application of SCBP, it is necessary to develop large effective specific surface area, high-efficient and cheap functional suspended carrier，optimize the design and operation parameters.

Keywords:Suspended Carrier, biofilm, biological treatment, municipal wastewater, industrial wastewater.

悬浮填料生物膜工艺（suspended carrier biofilm process，SCBP）又称移动床生物膜反应器（moving bed biofilm reactor, MBBR），由挪威Kaldnes Mijecpteknogi公司与

SINTEF研究所共同开发，目的是在原有活性污泥处理系统的基础上提高负荷率、增加脱氮除磷的能力[1,2,3]。经过十多年的发展，悬浮填料生物膜处理工艺无论是理论研究还是在水处理领域的应用均取得了快速发展，成为当今水处理领域的热点。

本文从技术原理、动力学、填料开发以及不同水处理领域的研究与应用等方面探讨工艺的特点与发展趋势。

1、工艺原理

悬浮填料生物膜工艺是指在水处理构筑物中直接投加密度与水相近的轻质填料，利用附着生物量或者生物膜与活性污泥共同除污染。填料在池内能够停留于任何位置，曝气时随水流动或自由流化，这种现象又称为“移动的生物膜”。悬浮填料生物膜工艺本质上仍属于生物膜法，但是在运动特性、运行方式以及生物膜状况等方面具有独特的性质和特点。

1.1 运动特性

悬浮填料生物处理池的构筑物与曝气池相同，曝气方式以穿孔管曝气或微孔曝气为主，仅在出水端设置筛网或栅栏防止填料流失。池内一定范围内水、气、固之间混合充分 [4,5]：在曝气管的周围，水、气和悬浮填料呈现漩流状态，出气孔的上方的空气推动填料和水快速上升，并将上方的填料推向周围区域，随着填料体积的增多，部分填料被推向池底，参与第二轮循环。其流态和流场的变化可用N-S二维方程来解析，数值模拟与实测结果基本吻合[6]。池内的漩流区域大小以及填料的流化程度与曝气强度、填料的投配率（即填料的投加体积占池体有效容积的比例）、池体结构和曝气管的间距均有密切关系。朱文亭认为反应器的长深比为0.5有利于填料的流化[5]。对于填料粒径不大于15mm的小型悬浮填料，投配率受曝气方式、曝气管间距以及曝气强度的影响较小，只要不超过70％则易于流化；随着填料粒径增大，曝气管的间距、曝气强度以及填料的形状对流化的影响也愈大。孙华[7]研究了Ф50×50mm的圆柱状填料的投配率对流化和充氧的影响，填料的投配率达到60％时流化就存在困难，充氧效率反而不如投配率为50％。笔者同样采用Ф50×50mm的圆柱状悬浮填料试验发现，穿孔曝气管的间距为40cm时填料无法流化；管间距达到60cm，即使曝气强度仅有2.80m3/m2.h，填料就开始移动。悬浮填料合理的投配率和曝气管间距，能够仅根据微生物代谢所需要的空气量来确定曝气强度，而不需要额外的空气量维持填料的流化。

可见,与生物流化床相比，在达到同样传质的条件下悬浮填料生物膜工艺能大大降低能耗。

1.2 曝气和充氧

池内投加悬浮填料后，空气泡上升过程中被填料切割、穿刺和分散，而且由于填料的流