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來源：中國水網(wǎng)

導讀

2018年7月19日，住建部網(wǎng)站掛出了《室外排水設計標準》（以下簡稱標準）的征求意見稿，經(jīng)過多方修訂，最終版于2021年4月9日發(fā)布，2021年10月1日正式實施。本文重點分析，新標準中對于移動床生物膜反應器部分的描述，以期為各位同行提供有價值的參考。

01 MBBR已成為主流工藝之一

標準中表述，“刪除了塔式生物濾池和土地處理等工藝，補充了膜生物反應器（MBR）、移動床生物膜反應器（MBBR）和人工濕地等應用廣泛且運行可靠的工藝?！睋?jù)不完全統(tǒng)計，截至2020年底，MBBR在國內(nèi)市政污水處理領(lǐng)域應用規(guī)模超過2000萬噸/天，考慮工業(yè)、微污染水領(lǐng)域應用合計規(guī)模超過2500萬噸/天。中國是全世界MBBR工藝應用規(guī)模、數(shù)量最多的國家，思普潤也是國內(nèi)外完成MBBR項目數(shù)最多的企業(yè)，業(yè)績規(guī)模近1500萬噸/天。結(jié)合多個統(tǒng)計資料可知，國內(nèi)市政領(lǐng)域MBR和MBBR應用規(guī)模相當，分別約占總處理規(guī)模的0.4%。MBBR在大規(guī)模推廣應用過程中，隨著設計施工運營經(jīng)驗的不斷積累，相關(guān)從業(yè)人員對工藝標準化、規(guī)范化的設計訴求呼聲也越來越高，最終使得MBBR工藝得以列入新標準中。

02 表面負荷和有效比表面積構(gòu)建了MBBR生化技術(shù)體系

各生化工藝均有自己的特點特征，并依據(jù)關(guān)鍵特征進行設計?；钚晕勰喾ㄒ晕勰嘭摵勺鳛樵O計指標（kg污染物/kgMLSS/d），是基于單位質(zhì)量活性污泥處理能力相對穩(wěn)定。而MBBR工藝，不論是泥膜復合MBBR應用形式，還是純膜MBBR應用形式，其懸浮載體上生長的微生物膜，其單位質(zhì)量生物量處理能力差異較大，和活性污泥有較大差異性，不能照搬活性污泥法的污泥負荷設計方法。生物膜處理性能的限制性因素為傳質(zhì)，包括基質(zhì)傳遞和溶解氧傳遞，而傳質(zhì)與生物膜表面積密切相關(guān)，故MBBR以懸浮填料的表面負荷（g污染物/m2/d）進行設計。以表面負荷設計，可直接得出生化系統(tǒng)所需的生物膜面積，然后根據(jù)懸浮載體的有效比表面積（單位體積懸浮載體填料能實現(xiàn)良好傳質(zhì)傳氧，且能生長有效微生物的受保護的表面積，通常為懸浮載體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)外壁及外部類齒輪狀突起的凹陷處）進行選型，進而得出特定型號懸浮載體的體積。

這種設計及選型方法原因：

1）表面負荷取值是基于有效比表面積，而非總比表面積；有效兩個字至關(guān)重要，懸浮載體有效比表面積/總比表面積在0.6-0.9，與產(chǎn)品本身密切相關(guān)，若混淆兩個概念，可能面臨有效生物膜面積不足、出水不達標風險；2）市面上懸浮載體多樣化，且多為專利產(chǎn)品，以有效生物膜面積作為量化依據(jù)，而非體積，既有利于規(guī)避產(chǎn)品單一來源問題，同時又可鼓勵創(chuàng)新，鼓勵研發(fā)有效比表面積更大的產(chǎn)品，為懸浮載體的多樣化奠定基礎，而非指定固定型號；3）需要的有效生物膜面積一定時，有效比表面積越大，懸浮載體體積越小，對于池容的占用越小，應鼓勵研發(fā)和應用有效比表面積較大的產(chǎn)品。表面硝化負荷范圍較大，主要影響包括：有機負荷影響、出水氨氮濃度影響（出水標準）、污泥濃度影響、系統(tǒng)分級影響、懸浮載體承擔進水硝化負荷影響、設計DO影響、抑制性因素影響。具體取值宜現(xiàn)場試驗，不具備條件時，可咨詢委托專業(yè)廠商進行設計計算。

插播誤區(qū)排雷：依賴于懸浮載體表面增加粗糙度，進而增大有效比表面積的說法，看圖就知道，所謂的粗糙都會被生物膜填平的哦。

懸浮載體選型依據(jù)有《水處理用高密度聚乙烯懸浮載體填料》（CJ/T 461-2014）作為選型依據(jù)，CJ/T 461-2014規(guī)定了懸浮載體基本性能參數(shù)，尤其是有效比表面積。

新型懸浮載體的開發(fā)，應朝著有效比表面積更大的方向發(fā)展，提高效率。開發(fā)新填料的時候，需要解決兩個矛盾：第一，空隙率和有效比表面積的矛盾。有效比表面積越大，空隙率可能會越低，對于池容的占用越多，縮減構(gòu)筑物有效池容。根據(jù)標準，若選型的懸浮載體空隙率為90%，MBBR區(qū)填充率為60%時，所在區(qū)域池容占用將達到6%；若懸浮載體質(zhì)量達不到行業(yè)標準要求，空隙率僅能達到80%時，此時60%填充率對于池容占用率將驟增至12%，這點容易被忽視。如何找到空隙率與有效比表面積的平衡，在填料的結(jié)構(gòu)開發(fā)上具有極高的難度第二，壁厚和有效比表面積的矛盾。為簡化描述，將懸浮載體流道抽象為圓形，以流道直徑2.5mm為例，壁厚每增大0.5mm，則流道直徑將縮小0.5mm，流道周長縮小20%，即有效比表面積縮小20%；流道孔徑越小，毛細作用越顯著，實際有效比表面積將縮小更多。同時，流道變小，對于傳質(zhì)影響更大，不利于微生物代謝。應確保懸浮載體理化要求的前提下，盡可能縮減懸浮載體壁厚。

03 MBBR表面反硝化負荷并未被遺忘

新標準中給出了表面有機負荷和表面硝化負荷的建議取值范圍，但并未給出表面反硝化負荷的建議取值范圍，原因包括：1）國內(nèi)MBBR多為泥膜復合系統(tǒng)，即懸浮態(tài)活性污泥和附著態(tài)懸浮載體生物膜復合系統(tǒng)。強化反硝化有兩個途徑，增加反硝化菌生物量、提高碳源利用效率。當進水碳源充足時，增加反硝化菌生物量對于提高反硝化效果顯著。但國內(nèi)污水絕大多數(shù)屬于碳源不足類型，此時提高碳源利用效率對于強化反硝化更有效率。提高碳源利用效率的途徑，即延長缺氧停留時間，增加碳源水解效率，同時為中慢速碳源利用增加時間。此時，缺氧區(qū)投加懸浮載體效率不如擴大缺氧區(qū)，增大缺氧區(qū)停留時間方式。設計中，首先進行池容核算，優(yōu)先滿足缺氧反硝化池容，缺氧池容不足的部分切割好氧池容予以補足，好氧區(qū)池容不足的部分，通過在好氧區(qū)投加懸浮載體補足好氧硝化池容，“移好補缺，載體硝化”技術(shù)路線更為合理和經(jīng)濟，也經(jīng)受住了大量工程案例的考驗；2）反硝化負荷受碳源類型影響較大，受污泥濃度影響較大。原水碳源組成復雜，不同水質(zhì)表面反硝化負荷差異較大, 數(shù)值上一般低于表面硝化負荷；外投碳源時，表面反硝化負荷較高，數(shù)值上一般高于表面硝化負荷。

因此，表面反硝化負荷數(shù)值范圍并未列入新標準。但不可否認的是，部分項目由于池容受限，當好氧區(qū)所需懸浮載體超過最大填充率，或考慮水力布置因素好氧區(qū)難以投加更多懸浮載體時，為不進行生化池的擴建，也可在缺氧區(qū)投加懸浮載體，強化反硝化效果，此類情形已有相關(guān)工程案例支撐，但要關(guān)注：

1）缺氧流化的水力流態(tài)設計，較好氧區(qū)實現(xiàn)流化難度更大；

2）缺氧攪拌器必須使用專用設備，防止與懸浮載體互相磨損；

3）缺氧攪拌器布置應科學合理，降低功率密度，建議輔助水力模擬進行流態(tài)優(yōu)化；

4）若缺氧池容缺口較大，可考慮使用純膜MBBR工藝，純膜MBBR無需與活性污泥競爭，懸浮載體反硝化負荷反而比泥膜復合系統(tǒng)更高，同樣實現(xiàn)縮減池容的目的。

04 MBBR水力學特性不能忽視

“懸浮填料的填充率不應得超過反應池容積的2/3；懸浮填料投加區(qū)域應設攔截篩網(wǎng)；移動床生物膜反應器池內(nèi)水平流速不應大于35m/h，長寬比宜為2:1~4:1；當不滿足此條件時，應增設導流隔墻和弧形導流隔墻，強化懸浮填料的循環(huán)流動?！敝砸?guī)定填充率不超過2/3，因為當填充率超過此值后，流化所需的最小曝氣強度迅速增大，會增加懸浮載體流化能耗，不經(jīng)濟。而對于水平流速的要求，同樣是考慮對于一般生活污水條件下，保證豎向曝氣流速/反應池水平流速>3，防止末端擁堵。

MBBR能夠成功實施有兩個關(guān)鍵，一則為生化方面，生物膜滿足處理負荷要求，達到處理效果；二則為水力方面，確保系統(tǒng)流化良好，生物膜傳質(zhì)良好。而水力系統(tǒng)最終會影響傳質(zhì)，進而影響生化性能，可以說水力流態(tài)是MBBR的重中之重。

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