序批式生物膜移動床反應器污水處理工藝設計要點
摘要：序批式生物膜移動床反應器在污水處理中具有處理效果穩定、營養物去除效果好、占地面積小等特點，是中小型污水處理廠新建和現有污水處理廠改擴建適用工藝。本文總結了序批式生物膜移動床反應器工藝設計要點，包括設計負荷、填料填充率、每周期各階段時間和剩余污泥量在內的相關設計參數等，并分析了設計中應注意的技術問題和解決措施，包括水質、填料選擇及填料補充率等。
關鍵詞：序批式生物膜移動床反應器 污水處理 工藝設計 技術要點
一、緒論
序批式生物膜移動床反應器（Sequencing Batch Moving-bed Biofilm Reactor，SBMBBR）是序批式活性污泥法（SBR）的變形。由于在SBMBBR中投加了一定比例的填料，使得活性污泥以生物膜的形式附著于填料上，填料在處理過程中隨水流在反應器中呈現流化態，因此，SBMBBR除了具備SBR的優點外，還具備以下突出優勢：(1)微生物含量高、生物相多樣化，可有效控制污泥膨脹；(2)硝化效果好、傳質效率高、氧利用率高；(3)剩余污泥產量少；(4)基建費用少；(5)抗沖擊負荷能力強。
SBMBBR適用條件廣泛，不僅可用于中小型污水處理廠新建和現有污水處理廠改擴建，也適合于與城鎮污水水質類似的工業廢水處理。但SBMBBR目前缺乏相關的工藝設計規定，因此限制了該項技術的有效應用。本文重點總結和探討該反應器的工藝設計要點和需注意的問題。
二、設計要點
1、設計負荷選取
當系統有要求生物脫氮除磷時，對于典型城鎮污水水質，SBMBBR的設計有機負荷取0.2-1.0kgBOD5/(kg MLSS?d)；容積負荷取0.4-1.4 kgBOD5/(m3?d)。當進水的有機物組成中易降解成分比重較大或主要用于生物除磷時，宜選取高負荷參數；在進水流量小、負荷變化大的小規模工業設計中，宜選取低負荷參數。
2、填料填充率選取
填料填充率對SBMBBR的處理效率起著重要的影響。低填料比造成膜上的微生物群落生存空間不足，使得污泥濃度偏低；高填料會獲得較高的污泥濃度，但單個生物膜上的生物量會減小，同時會對反應器內的攪拌、液體流動以及生物膜穩定性等產生不利影響。從實際運行情況考慮，SBMBBR中填料填充率的取值范圍為30%-60%，對于氨氮去除要求較高時，填充率宜取高的數值。
3、污泥濃度
在SBMBBR的設計中，由于加入了填料，SBMBBR的污泥濃度主要集中在生物膜上。生物膜折合的污泥濃度通常為3000-5000mg/L。設計中，進水有機物濃度大時宜選取高污泥濃度參數；反之則宜選取低污泥濃度參數。
4、周期時間及各階段時間的選取
SBMBBR一個工作周期時間可在4-24h之間取值。一個周期內的工作狀況可以分為進水、反應、沉淀、排水排泥、閑置等階段。在設計中，由于除反應階段外的其余階段時間相對固定，因此周期時間的長短往往取決于反應時間的長短。進水時間宜取0.5-1.0h。反應時間作為生物處理工藝的關鍵，其數值取決于運行過程中進水水質、反應器污泥濃度和曝氣方式等因素。在設計中，為更好地脫氮除磷，反應時間又細分為厭氧、好氧和缺氧三個階段，其時間比一般為1:2:1。SBMBBR的反應時間通常為2-10h，實際應用中常取6-10h。當工藝重點是脫氮處理時，應選擇較大的反應時間。沉淀時間可取1.0h。閑置時間的選定一般小于2h。
5、膜的脫落量及剩余污泥量
生物膜法除磷主要通過生物膜脫落來實現。SBMBBR穩定運行期間，可在每個周期好氧階段末端對填料進行反沖洗后排泥，脫落的生物膜隨污泥一同排除，每周期膜的脫落量可按不小于40mg/L考慮, 在這一數據下反應器的除磷效果較好。
SBMBBR反應器中，剩余污泥產率系數取值范圍為0.2-0.8 kgMLVSS/kg BOD5，與SBR相比更低。設計中若主要用于去除氨氮，宜選取較小的污泥產率系數；若同時用于生物脫氮除磷則宜選用較大值，剩余污泥中的含磷量一般在0.04-0.08kg TP/kg MLVSS范圍內。
6、污泥齡
由于SBMBBR絕大多數微生物群落附著在填料上，造成事實上的泥水相對分離，使得其污泥齡不易準確控制。較好的SBMBBR工藝污泥齡范圍在10-20d左右。
7、反應池容積的確定
對于SBMBBR的反應池容積與通常的污水生物處理相同，采用負荷設計法確定，SBMBBR反應池深度的選擇應與具體曝氣設備的形式相關。
8、曝氣系統選擇
在SBMBBR的設計中，較常采用射流曝氣。與其他適用的曝氣方式相比，射流曝氣對氧的傳輸效率可提高20%左右。需注意的是，由于SBMBBR中加入了填料，應在射流泵上加裝鋼絲網以防止吸入填料。反應器溶解氧濃度為2.5-4.0mg/L，以脫氮為重點時可選取較低值，以除磷為重點時可選取較高值。
9、排水系統的設計
SBMBBR排水一般采用潷水器排除處理后的上清液。設計時應設置事故用排水裝置，同時在上清液排出裝置中加設防浮渣及填料流出的機構，如鋼絲網等。
10、排出比設計
排出比的大小決定了反應初期反應器中有機物濃度的高低。排出比的選擇與SBMBBR設計時選用的污泥負荷率、污泥濃度等相關。實踐表明，較好的排出比取值為1/3-1/5，進水污染物濃度較大時可采用較大排出比，反之則宜采用較小的排出比。
三、設計需要注意的其他問題
1、進水攪拌
盡管SBMBBR反應器由于存在填料的原因使得污水和膜上微生物的接觸較為充分，并且也有研究和應用證明，過于強烈的攪拌會導致填料上的生物膜在非正常狀態下物理性脫落，但SBMBBR反應器仍然需要設置攪拌裝置才能保證水質的均勻性與和溶解氧接觸的充分性。一般情況下，攪拌功率輸入應高于10W/m3。
2、水溫及pH
對于SBMBBR反應器而言，pH值和水溫是影響其處理效果的重要因素。反應環境控制在pH值6.0-9.0，水溫20-30℃左右是好氧生物處理的理想條件。在低溫時（12℃），設計或運行負荷可以參照正常負荷的80%取值。
3、填料選擇
填料的選擇原則主要有：強度大、化學和生物穩定性好、比表面積大、空隙率大、水流阻力小、與水的密度相差不大、價廉易得、運輸儲存和安裝方便、不易堵塞等。同時，填料的具體選擇還要考慮進水水質和處理要求的限制。填料可選用軟纖維填料、聚乙烯填料等惰性顆粒填料，海綿或其他固定性生物載體，一些形狀特殊的塑料類填料等也可以選用。填料通？蛇x擇的粒徑范圍宜為2-8mm，未掛膜填料比重為0.95-0.97。
4、填料補充率
在實際的污水處理中，即使裝有濾網等防止填料流失的設置，但仍有少量的填料會隨出水流失掉，日積月累將會影響到處理效率。因此，定期按填料流失率補充填料是保證工藝正常運行的重要因素。填料補充率的大小要考慮排水設備、填料大小材質等諸多因素，同時需要依照具體情況的不同而靈活變化，一般可按照每年5%的填料補充率考慮。
四、結語
SBMBBR同時具備了SBR和生物膜法的優點。由于SBMBBR具有高效穩定的處理特點，隨著國家對污廢水排放要求的不斷提高，相信該項技術不僅在中小型城鎮和農村的污水處理中會日益受到重視，同時在工業廢水處理上也具有廣闊的發展前景。
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