一种移动床生物膜反应器（MBBR）的设计与运营（上）

一、背景介绍

移动床生物膜反应器（MBBR）是一种新型的生物膜污水处理工艺，通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体，提高反应器中的生物量及生物种类，从而提高反应器的处理效率。

对于养殖用水的处理过程中，有多种不同生物膜系统均处于应用中，如滴流过滤器、旋转生物接触器(RBC)，固定介质淹没生物过滤器、颗粒介质生物过滤器、流体床反应器等。这些系统有各自的优点和缺点，例如滴流过滤器在体积利用上效率很低；旋转生物接触器（RBC）在使用过程中机械故障率较高；而在固定介质浸没式生物滤床中，很难实现整个载体表面的均匀分布；由于需要反向洗涤，颗粒介质生物过滤器必须间歇操作，而许多流化床反应器则表现出液压不稳定，直接影响硝化效率。为解决以上设备不足之处，提升水处理效率，移动床生物膜反应器（MBBR）于上世纪80年代末至90年代，在挪威得到很好开发利用。在欧美多个地区，移动床生物膜反应器（MBBR）已经取得商业上运营成功，基于此项技术，目前世界范围内，有超过22个国家和地区，400个大型污水处理厂得到很好应用。除此之外，还有数百个基于移动床生物膜反应器（MBBR）的现场处理单元，其中大部分位于德国。除了数百个用于观赏鱼的小型MBBR系统外，还有超过50个MBBR工厂正在商业鱼场中运行。

本文介绍了移动床生物膜反应器（MBBR）的基本原理，以及其在鱼类养殖场中的设计和应用。本文重点强调硝化作用，但简要地提到了有机物的去除和反硝化作用。本文介绍了小型MBBR测试的结果，以及全规模鱼类养殖场中商业运营的MBBR的结果。

二、卡德纳斯移动床生物膜反应器工艺

1. 反应器和生物膜载体的描述

卡德纳斯（Kaldnes）移动床生物膜反应器（MBBR）工艺的开发理念是采用活性污泥工艺和生物滤池工艺的最佳特性，与大多数生物膜反应器相反，MBBR利用整个罐体积进行生物质增长。此外，它还具有非常低的压头损失。与活性污泥反应器不同，它不需要任何污泥再循环。MBBR通过在反应器水体中自由移动的载体上培养生物质，并通过反应器出口处的筛网装置将其保持在反应器内。该反应器可以被应用于耗氧，缺氧和厌氧各个过程中，如图1所示：

 

a. 好氧反应器                  b.厌氧和缺氧反应器

图1.移动床生物膜反应器(MBBR)的在不同溶氧条件下得反应原理。

在好氧过程中，生物膜载体的运动是由空气产生的搅拌引起的，而在缺氧和厌氧过程中，混合器（通常为水平轴装香蕉形混合器）使载体保持运动。对于好氧反应器，有企业已经开发出一种特殊的粗气泡曝气系统。还开发了特殊的筛网装置以在反应器内保留生物膜载体。这可能是垂直安装的矩形网筛，但最近筛网更常被设计成圆柱形筛网，垂直或水平安装。曝气格栅和筛网的设计对移动床生物膜反应器（MBBR）工艺的优化性能至关重要。

移动床生物膜反应器的一个重要优点是反应器中生物膜载体的填充率可以根据需要进行选择。为了能够自由地移动载体悬浮物，建议填充率应低于70%。然而，人们可以在此条件下使用所需数量的不同载体。在每个生物膜过程中，化合物在生物膜内外的扩散都起着关键作用。由于扩散的重要性，有效生物膜的厚度（底物渗透的生物膜深度）很重要。由于底物完全渗透的深度通常小于100微米，因此移动床工艺中的理想生物膜是薄而均匀地分布在载体表面上的。为了获得这一结果，反应器中的湍流很重要，既可以将基质输送到生物膜中，也可以通过剪切力来保持生物膜厚度处于较低水平。

 

2.有机物的去除

在市政和工业废水处理中，MBBR工艺在处理高有机负荷和高基质浓度废水方面表现良好。由于维持高有机负荷的好氧反应器中（溶解氧3mg/L）所需的较高气流量引起的湍流，足以维持较薄的生物膜，并防止生物膜载体堵塞。

在鱼场中，除了去除有机物外，目标始终是高硝化反应效率。由于在高有机负荷下，去除有机物的异养细菌会与硝化细菌竞争，因此鱼场的MBBR工艺始终在非常低的有机负荷下运行。尽管我们知道MBBR工艺在鱼场装置中可以去除大量有机物，但在MBBR工艺中测量有机负荷、有机去除率和有机基质浓度不是优先事项。

3. 硝化作用

卡德纳斯移动床生物膜反应器中的硝化作用已通过合成废水和城市废水进行了深入研究。与其他所有生物膜反应器一样，硝化速率会受到有机负荷和反应器中溶解氧（DO值），总氨氮浓度，pH值，总碱度以及留存生物膜的影响。