论文总字数：21858字

摘 要

移动床生物膜反应器（MBBR）作为一种新型的生物膜污水处理工艺，凭借它的自身特点以及优势，已经越来越受到人们的关注。MBBR是一种吸收结合了传统活性污泥法和生物接触氧化法两大污水处理工艺优点的新型、高效的复合型工艺处理方法。MBBR具有负荷大、效率高、剩余污泥量少、无污泥膨胀等特点。而且由于近年来污水中氮磷等营养物质的过量排放引起水体富营养化现象日益加剧，因此，污水脱氮除磷问题也成为了水污染控制环节中的重点。

本文主要以工业废水为研究处理对象，采用一套自行设计的MBBR污水处理系统，主要进行COD、TN和TP去除率的试验研究，并通过改变填充率、水力停留时间和曝气量等影响因素，研究了在不同条件下MBBR对污水中COD、TN和TP的去除能力，从而选择优化出反应器的最佳运行条件，并且为MBBR的实际生产应用提供有实际意义的参考。

在COD进水浓度为1000mg/L,总氮进水浓度为30mg/L,总磷进水浓度为10mg/L的情况下，研究考察各种条件下反应器的处理能力。试验结果表明：（1）在常温下，随着反应器内填料数量的增加，系统对各种污染物的去除效果也随之增加，在填充率为50％时为最佳条件，此时COD、TN和TP的去除率分别达到了94.32％、85.97％和89％。（2）研究水力停留时间对反应器去除能力的影响，发现整个系统的处理能力也随着水力停留时间的增加而不断增强，当水力停留时间达到16h时的去除效果最好，此时COD去除率高达91.34％，而TN和TP的去除率也达到80.07％和84.1％。（3）曝气量对于反应器处理能力的影响也是至关重要的。在考察研究曝气量对整个系统去除能力的影响时，发现增大曝气量，会促进水流紊动，有利于氧的传递，但过高的曝气量同时又会导致氧的利用率下降，从而影响污水处理能力，因此曝气量取0.1m3/h为最佳，此时COD、TN和TP的去除率分别达到了93.27％、86.17％和86.9％。

关键词：移动床生物膜反应器；脱氮除磷；工业废水；影响因素

ABSTRACT

MBBR is a new way of bio-film water treatments , which is got more and more attention for is advantages and characteristics . It is a new and efficient composite processing method which has absorbed the advantages of both the traditional activated sludge process and biological contact oxidation method . MBBR has many advantages , such as high treatment efficiency , less surplus sludge and no sludge fulmination bulking and so on . In recent years , the excess emissions of nutrients such as nitrogen and phosphorus cause the phenomenon of eutrophication growing , so , the problem of waster nitrogen and phosphorus removal has been comprehensive studied in control of water pollution.

A type of specific MBBR for the treatment of industrial waste-water was used to study the removal of COD , TN and TP. And through changing fill rate , HRT and aeration rate, we can research the removal efficiency of MBBR to COD , TN and TP on the different conditions , upgrade the operation condition of the reactor , so we can make a reference in practical application.

Under the condition of influence COD , TN and TP concentration of 1000mg/L , 30mg/L and 10mg/L respectively , the processing capacity of the reactor under various conditions was investigated . The results showed that , (1) at ordinary temperatures , the processing capacity of the reactor was rising with the increasing of fill rate , the removal efficiency of COD、TN and TP were 94.32％、85.97％ and 89％when the fill rate was 50％ . (2) With the increasing of HRT , the processing capacity of the reactor was also growing , the removal efficiency of COD、TN and TP were 91.34％ , 80.07％and 84.1％ when the HRT was sixteen hours . (3) The aeration is important for the processing capacity of the reactor . When investigate the influence of aeration , find that with the increasing of oxygen supply , the use of oxygen was improved . But a strong aeration led to a decrease of oxygen utilization ratio . And the suitable aeration rate was 0.1m3/h .

Key Words: MBBR , Nitrogen and Phosphorus removal , Industrial Waste-water , Factors of Influence

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 IV

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 污水处理技术 1

1.2.1 活性污泥法 1

1.2.2生物膜法 2

1.3移动床生物膜反应器(MBBR) 2

1.3.1移动床生物膜反应器简介 2

1.3.2 移动床生物膜反应器原理 2

1.3.3 移动床生物膜反应器的特点 3

1.3.4 移动床生物膜反应器在国内外研究状况及发展趋势 4

1.3.5 移动床生物膜反应器的影响因素 4

1.4 课题研究意义、主要内容 6

第二章 试验材料与方法 7

2.1 试验材料 7

2.1.1 试验用水 7

2.1.2 试验装置 7

2.1.3 悬浮填料 7

2.2 水质分析方法 8

2.2.1 总氮(TN)的测定 8

2.2.2总磷（TP）的测定 10

2.2.3 COD的测定 11

2.2.4 硝酸氮的测定 11

2.2.5 亚硝酸氮的测定 13

2.2.6 氨氮的测定 14

第三章 MBBR处理工业废水的效能研究 16

3.1 MBBR的接种与挂膜 16

3.2 试验结果及分析 16

3.2.1填充率对去除效果的影响 16

3.2.2 水力停留时间（HRT）对去除效果的影响 19

3.2.3 曝气量对去除效果的影响 23

3.3 本章小结 26

第四章 结论与建议 27

4.1 结论 27

4.2 建议 27

致谢 29

文献引用 30

第一章 绪论

1.1 研究背景

随着现代工业水平的发展和人民生活水平的不断提高，工业废水和生活污水的排放量逐年增加，导致可利用淡水资源越来越少，水污染问题已经成为社会焦点问题，水污染的治理已经迫在眉睫^[1,2]。而且，由于近年来污水排放中氮磷等营养元素含量超标导致水体富营养化现象的日益加剧，而水体一旦出现富营养化现象，将导致水质腐败、水体透明度下降^[3]等严重问题。因此，脱氮除磷已经成为污水处理的主要目的之一。

1.2 污水处理技术

污水处理的主要方法有化学法、物理法和生物法。而与物理法和化学法相比，生物处理法具有处理费用低廉，微生物培养简单、来源广泛、繁殖迅速，并且对环境适应力强等优点。生物处理技术无论从经济上还是技术上相较于其他两种方法都拥有无可比拟的优势。目前生物污水处理的方法主要有活性污泥法和生物膜法两大类。

1.2.1 活性污泥法

活性污泥法从20世纪初于英国开创以来，经过多年的改进发展，技术已经十分成熟，已然成为世界各国应用最为广泛的一种生物污水处理工艺。

原理：污水中的有机物在曝气池内停留一段时间后,由于曝气池内悬浮着大量肉眼可观察到的黄褐色的絮绒状污泥颗粒,叫做活性污泥絮体,每个絮体内包含着成千上万的活性微生物,污泥成分主要是由球菌、杆菌和丝状菌等组成的颗粒状结构,废水中主要污染物质的生物降解,也是在污泥颗粒中进行的。在活性污泥颗粒中,有多种微生物共同存在,它们之间通过相互协同作用,可以加快污染物的降解,尤其是对于污染物成分比较复杂的废水。当污水处于搅动紊流状态,微生物以细小的生物絮体悬浮于污水中,微生物与污染物紧密接触,吸附和分解水中的有机污染物,一部分被合成为新的细胞体或细胞内储存物质,另一部分被分解成水、二氧化碳、硝酸盐和磷酸盐等无机物质。

但由于现代工业的迅猛发展，工业废水的排放量日益增加，使得水质和水量的不稳定性逐渐加剧，废水中难降解的有机物种类和数量也不断增加，从而暴露出了传统活性污泥法的一些缺陷，如：（1）负荷能力较差，运行不够稳定；（2）污泥产量大，容易产生污泥膨胀；（3）曝气池中的生物浓度低。因此，活性污泥法逐渐被生物膜法所代替。

1.2.2生物膜法

原理：将微生物细胞固定在载体(即填料)上,微生物附着生长在填料的表面,细胞与载体间不发生任何化学反应,形成胶质相连的生物膜,微生物与污染物紧密接触,吸附和分解水中的有机污染物。它是利用固着在固体介质表面的微生物摄取污水中的有机污染物作为营养物质来净化废水的。

相较于活性污泥法，生物膜法具有许多优点，比如稳定性高、耐冲击负荷能力强、无污泥回流、无污泥膨胀、对污染物的去除率高、占地面积小等。但其缺陷也很明显，如生物滤池中的滤料易堵塞、需要周期性反复冲洗、固定填料下曝气设备更换较困难等^[4]。

鉴于上述两种方法的缺陷和不足，移动床生物膜反应器（moving bed bio-film reactor,简称MBBR)应运而生。

1.3移动床生物膜反应器(MBBR)

1.3.1移动床生物膜反应器简介

移动床生物膜反应器（moving bed bio-film reactor,简称MBBR)是最近30年兴起的一种新型污水处理工艺，目的是在原有活性污泥处理系统的基础上提高负荷率，从而增加脱氮除磷的能力。

该方法吸收结合了传统活性污泥法和普通生物膜法二者的优点，如处理负荷量大、占地面积小、无需污泥回流或反复冲洗^[5]、操作管理容易等，同时适用于改造工程^[6-8]。如今已经成为一个成熟的污水处理热点技术。

1.3.2 移动床生物膜反应器原理

MBBR工艺原理是通过向反应器中投加一定数量比重接近于水且具有较大比表面积的悬浮填料作为微生物的载体^[9]，填料随水流的提升作用而在反应器中不断移动,与污水混合均匀。污水连续进入装有移动填料的反应器时，大量生长在悬浮填料上的微生物对污水中的污染物进行吸附降解，从而达到净化污水的目的。微生物的生长环境为气、液、固三相^[10]。当填料表面的生物膜较厚时，老化的生物膜会由于水流和气流的冲刷而脱落，随水流冲走，使得填料表面的生物膜不断更新，始终保持较高活性^[11]。而载体在水中的碰撞和剪切作用，使得空气气泡更加细小，从而提高了氧气的利用率^[12]。另外，每个载体内外均长有不同的微生物种类，外部为好氧菌，内部生长一些厌氧菌或兼氧菌，这样每一个载体都作为一个微型反应器，使得硝化和反硝化反应同时进行，提高了污染物的处理效率。

1.3.3 移动床生物膜反应器的特点

MBBR法是在传统活性污泥法和生物接触氧化法的基础上发展起来的，它吸收了两者的优点，弥补了它们的不足之处，从而成为了一种新型高效的污水处理技术。MBBR具有一些独特的特点：

(1) 由于生物膜上的附着的微生物并不会受到强烈的曝气搅拌冲击，而且填料具有较大的比表面积，而较大的比表面积为微生物的生长繁殖提供了良好的环境条件，且填料表面上附着生长的微生物不但种类多，而且浓度很大，一般污泥浓度为传统活性污泥法污泥浓度的5-10倍，曝气池污泥浓度大约有30-40g/L^[13]。

(2) 因为填料表面上附着的生物膜具有一定的厚度，在填料的表层，它能与溶解氧进行充分接触，以此形成好氧区，便于附着好氧微生物；但是在生物膜内部，由于氧气的传递速率会受到一定的限制，这样就会产生厌氧区和兼氧区，从而使得生物膜上附着厌氧和兼氧微生物。这样的生物膜内外环境的差异就为同步硝化反硝化提供了条件，不但增强了氮的去除效果，而且也降低了反应所需要的时间。

(3) 反应器中的填料在曝气装置的作用产生的水流运动的作用下，一直处于自由移动状态。在自由移动过程中，填料与水流及气泡之间进行频繁的切割碰撞作用，从而增大了微生物与污水之间的相互接触面积，提高了氧气的传质速率。同时填料表面的生物膜也会相互摩擦，使得老化的生物膜脱落，因此填料上的微生物一直处于高活性状态，去污能力也得到加强。

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