MBBR是如何实现同步硝化反硝化的？看完你就明白了！

一、什么是MBBR？

MBBR工艺是运用(yòng)生物(wù)膜法的基本原理(lǐ)，通过向反应器中投加一1定数量的悬浮载體(tǐ)，提高反应器中的生物(wù)量及生物(wù)种类，从而提高反应器的处理(lǐ)效率。由于填料密度接近于水，所以在曝气的时候，与水呈完全混合状态，微生物(wù)生長(cháng)的环境為(wèi)气、液、固三相。

载體(tǐ)在水中的碰撞和剪切作用(yòng)，使空气气泡更加细小(xiǎo)，增加了氧气的利用(yòng)率。另外，每个载體(tǐ)内外均具有(yǒu)不同的生物(wù)种类，内部生長(cháng)一些厌1氧菌或兼氧菌，外部為(wèi)好氧菌，这样每个载體(tǐ)都為(wèi)一个微型反应器，使硝化反应和反硝化反应同时存在，从而提高了处理(lǐ)效果。

二、MBBR的同步硝化反硝化是如何实现的？

1、同步硝化反硝化生物(wù)脱氮( SND)的概念

同步硝化反硝化脱氮技术( SND) 是在同一个反应器内同时产生硝化、反硝化和除碳反应。它突破了传统观点认為(wèi)硝化和反硝化不能(néng)同时发生的认识，尤其是好氧条件下，也可(kě)以发生反硝化反应，使得同步硝化和反硝化成為(wèi)可(kě)能(néng)。

硝化过程消耗碱度，反硝化过程产生碱度，SND故能(néng)够有(yǒu)效地保持反应器中pH值稳定，无需酸碱中和，无需外加碳源；节省反应器體(tǐ)积，缩短反应时间，通过降低硝态氮浓度可(kě)以减少二沉池污泥漂浮，因而 SND 成為(wèi)生物(wù)脱氮的一个研究热点。对于 SND 生物(wù)脱氮的可(kě)行性，目前有(yǒu)以下主要三种从不同角度出发得出的观点：

宏观环境角度：该观点认為(wèi)完全均匀混合状态是不存在的，反应器内 DO分(fēn)布不均匀能(néng)够形成好氧、缺氧、厌氧區(qū)域，在同一生物(wù)反应器缺氧/厌氧环境条件下可(kě)以发生反硝化反应，联合區(qū)段内好氧环境中有(yǒu)机物(wù)去除和氨氮的硝化，SND是可(kě)以实现的。

微环境角度：该观点认為(wèi)微生物(wù)絮體(tǐ)内的缺氧微环境是形成 SND的主要原因，即由于氧的扩散( 传递) 限制，微生物(wù)絮體(tǐ)内存在溶解氧梯度，从而形成有(yǒu)利于实现同步硝化反硝化的微环境。

生物(wù)學(xué)角度：该观点认為(wèi)特殊微生物(wù)种群的存在被认為(wèi)是发生 SND的主要原因，有(yǒu)的硝化细菌除了能(néng)够进行正常的硝化作用(yòng)还能(néng)够进行反硝化作用(yòng)，有(yǒu)荷兰學(xué)者分(fēn)离出既可(kě)进行好氧硝化，又(yòu)可(kě)进行好氧反硝化的泛养硫球菌；还有(yǒu)一些细菌彼此合作，进行序列反应，把氨转化為(wèi)氮气，為(wèi)在同一反应器在同一条件下完成生物(wù)脱氮提供了可(kě)能(néng)。

目前对生物(wù)脱氮的微生物(wù)學(xué)研究和解释较多(duō)，但都不够完善，对 SND 现象的认识仍在发展与探索之中。微环境理(lǐ)论是被普遍接受的，由于溶解氧梯度的存在，微生物(wù)絮體(tǐ)或生物(wù)膜的外表面溶解氧浓度高，以好氧 硝化菌及氨化菌為(wèi)主；深入内部，氧传递受阻及外部溶解氧大量的消耗而产生缺氧區(qū)，反硝化菌為(wèi)优势菌种，故可(kě)导致同步硝化反硝化的发生。该理(lǐ)论解释了在同一反应器中不同菌种共同存在的问题，但也存在一个缺陷，即有(yǒu)机碳源问题。有(yǒu)机碳源既是异养反硝化的電(diàn)子供體(tǐ)，又(yòu)是硝化过程的抑制物(wù)质，污水中的有(yǒu)机碳源在穿过好氧层时，首先被好氧氧化，处于缺氧區(qū)的反硝化菌由于得不到電(diàn)子供體(tǐ)而降低了反硝化速率，可(kě)能(néng)影响SND的脱氮效率，故同步硝化反硝化的机理(lǐ)仍需要进一步完善。

2、MBBR生物(wù)移动床同步硝化反硝化脱氮机理(lǐ)

MBBR是结合悬浮生長(cháng)的活性污泥法和附着生長(cháng)的生物(wù)膜法的高1效新(xīn)型反应器，基本设计原理(lǐ)是将比重接近水、可(kě)悬浮于水中的悬浮填料直接投加到反应池中作為(wèi)微生物(wù)的活性载體(tǐ)，悬浮填料能(néng)与污水频繁多(duō) 次接触，逐渐在填料表面生長(cháng)出生物(wù)膜( 挂膜) ，强化了污染物(wù)、溶解氧和生物(wù)膜的传质效果，即而 MBBR被称為(wèi)“移动的生物(wù)膜”。基于迄今SND机理(lǐ)研究，综合微环境和生物(wù)學(xué)理(lǐ)论，MBBR生物(wù)膜内SND可(kě)能(néng)存在的反应模式是，分(fēn)布于生物(wù)膜好氧层的好氧氨氧化菌、亚硝酸盐氧化菌和好氧反硝化细菌与分(fēn)布于生物(wù)缺氧层的厌氧氨氧化菌、自养型亚硝酸细菌和反硝化细菌相互协作，最终达到脱氮目的。

MBBR是依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用(yòng)使载體(tǐ)处于流化状态，进而形成悬浮生長(cháng)的活性污泥和附着生長(cháng)的生物(wù)膜，充分(fēn)发挥附着相和悬浮相生物(wù)两者的优越性，不仅提供了宏观和微观的好 氧和厌氧环境，还解决了自养硝化菌、异养反硝化菌与异养细菌的DO之争和碳源之争。故MBBR可(kě)实现硝化和反硝化两个过程的动力學(xué)平衡，具有(yǒu)同步硝化反硝化非常良好的条件，能(néng)实现MBBR同步硝化反硝化脱氮。

三、MBBR同步硝化反硝化的影响因素

实现 MBBR 同步硝化反硝化的关键技术是控制 MBBR 内硝化和反硝化的反应动力學(xué)平衡，解决自养硝化菌和异养细菌的DO之争及反硝化菌和异养细菌的碳源之争等，故实现其主要控制因素有(yǒu)：碳氮比、溶解氧浓度、温度和酸碱度等。

1、填料对MBBR法的影响

MBBR法的技术关键在于比重接近于水、轻微搅拌下易于随水自由运动的生物(wù)填料。通常填料由聚乙烯塑料制成，每一个载體(tǐ)的外形為(wèi)直径10mm、高8mm的小(xiǎo)圆柱體(tǐ)，圆柱體(tǐ)中有(yǒu)十字支撑，外壁有(yǒu)突出的竖条状鳍翅，填料中空部分(fēn)占整个體(tǐ)积的0.95，即在一个充满水和填料的容器中，每一个填料中水占的體(tǐ)积為(wèi)95%。考虑到填料旋转以及总容器容积，填料的填充比被定义為(wèi)载體(tǐ)所占空问的比例，為(wèi)了达到好的混合效果，填料的填充比大為(wèi)0.7。理(lǐ)论上填料总的比表面积是按照每一单位體(tǐ)积生物(wù)载體(tǐ)比表面积的数量来定义的，一般為(wèi)700m2/m3。当生物(wù)膜在载體(tǐ)内部生長(cháng)时，实际有(yǒu)效利用(yòng)的比表面积约為(wèi)500m2/m3。

此类型的生物(wù)填料有(yǒu)利于微生物(wù)在填料内侧附着生長(cháng)，形成较稳定的生物(wù)膜，并且容易形成流化状态。当预处理(lǐ)要求较低或污水中含有(yǒu)大量纤维物(wù)质时，例如在市政污水处理(lǐ)中不采用(yòng)初沉池或者在处理(lǐ)含有(yǒu)大量纤维的造纸废水时，采用(yòng)比表面积较小(xiǎo)、尺寸较大的生物(wù)填料，当已有(yǒu)较好的预处理(lǐ)或用(yòng)于硝化时，采用(yòng)比表面积大的生物(wù)填料。

2、溶解氧(DO)对MBBR法的影响

DO浓度是影响同步硝化一反硝化的一个主要的限制因素，通过对DO浓度的控制，可(kě)使生物(wù)膜的不同部位形成好氧區(qū)或缺氧區(qū)，这样便具有(yǒu)了实现同步硝化一反硝化的物(wù)理(lǐ)条件。

从理(lǐ)论上讲，当DO质量浓度过于高时，DO能(néng)穿透到生物(wù)膜内部，使其内部难以形成缺氧區(qū)，大量的氨氮被氧化為(wèi)硝酸盐和亚硝酸盐，使得出水TN仍然很(hěn)高；反之，如果DO浓度很(hěn)低，就会造成生物(wù)膜内部很(hěn)大比例的厌氧區(qū)，生物(wù)膜反硝化能(néng)力增强(出水硝氮和亚硝氮浓度都很(hěn)低)，但由于DO供应不足，MBBR工艺硝化效果下降，使得出水氨氮浓度上升，从而导致出水TN上升，影响最终的处理(lǐ)效果。

通过研究最终得出了MBBR法处理(lǐ)城市生活污水DO的一个佳值：当DO质量浓度在2mg/L以上时，DO对MBBR硝化效果的影响不大，氨氮的去除率可(kě)达97%-99%，出水氨氮都能(néng)保持在1.0mg/L以下；DO质量浓度在1.0mg/L左右时，氨氮的去除率在84%左右，出水氨氮浓度有(yǒu)明显上升。另外，曝气池内DO也不宜过高，溶解氧过高能(néng)够导致有(yǒu)机污染物(wù)分(fēn)解过快，从而使微生物(wù)缺乏营养，活性污泥易于老化，结构松散。此外，DO过高，过量耗能(néng)，在经济上也是不适宜的。

因為(wèi)MBBR法主要是通过悬浮填料来实现最终的污水处理(lǐ)，所以DO对悬浮填料的影响也是影响整个处理(lǐ)结果的关键。有(yǒu)研究表明反应器的充氧能(néng)力在一1定范围内随着悬浮填料填充率的增大而增大。在曝气的作用(yòng)下，水随填料一起流化，水流紊动程度较无填料时大，加速了气液界面的更新(xīn)和氧的转移，使氧的转移速率提高。随着填料数量的增多(duō)，填料、气流和水流三者之间的这种切割作用(yòng)和紊动作用(yòng)不断加强。但加入填料量為(wèi)60%时，填料在水中的流化效果变差，水體(tǐ)紊动程度也降低，使得氧的传递速率下降，氧的利用(yòng)率降低。所以针对不同类型的水质，控制好DO的量对整个工艺最终的处理(lǐ)结果是至关重要的。