MBBR工艺在反硝化反应中的应用

反硝化

移动床反应器已经被成功应用于前置、后置和组合反硝化工艺中。与其他的生物反硝化工艺相同，在设计时必须考虑的因素有：

1)      反应器内有合适的碳源和恰当的碳氮比；

2)      所需的反硝化程度；

3)      污水温度；

4)      回流或上游来水的溶解氧。

前置反硝化的移动床生物膜反应器

当需要去除BOD、硝化和中等程度的脱氮时，前置反硝化的MBBR非常适合。为了充分利用缺氧反应器的容积，进水中的易生物降解COD和氨氮（C/N）比值应合适。因为MBBR的硝化阶段需要升高溶解氧，因此回流中的溶解氧对MBBR的性能有很大影响。由此在生产上产生了一个最经济回流比（Q_回流/Q_进水）的上限值。超过此值再增加回流时，反硝化的总体效率就会下降。如果污水性质适合前置反硝化，在回流比为（1:1）～（3:1）时，脱氮率一般在50%～70%之间。

在生产实践中，反硝化速率会受到以下因素的影响：地点、污水性质（比如C/N）的季节性差别、带入反应器的溶解氧浓度和污水温度等。

后置反硝化的移动床生物膜反应器

当污水中的可降解碳天然不足、或已被上游工艺所消耗，或污水处理厂占地受限需要简洁高速的反硝化时，可考虑后置反硝化的MBBR。因为反硝化性能不受内循环或碳源的影响，因此后置反硝化工艺可在较短的HRT下获得很高的脱氮率（>80%）。

如果出水BOD和硝酸盐的要求比较严格，在后置反硝化的后面或许会需要一个小型的曝气MBBR。运行经验表明，如果上游有沉淀工艺，则可能在后置反硝化中会出现磷浓度无法满足细胞合成之需，此时会使反硝化性能受到抑制。

当碳的投加过量时，外加碳源的最大硝酸盐载体表面积去除率（SARR）可大于2g/(m²·d)。图1-9给出了不同碳源和不同温度下的硝酸盐表面积去除率。

                                             图1-9 不同碳源的载体表面积去除率与温度的关系

前置/后置组合反硝化移动床生物膜反应器

可将前置和后置反硝化的移动床反应器组合起来，从而利用前置反硝化的经济性和后置反硝化的良好脱氮性能。设计时可考虑在冬季将前置反硝化反应器作为曝气池使用。这是因为：

1)      增加曝气反应池体积有助于提高硝化效果；

2)      较低的水温会导致溶解氧浓度上升和溶解性COD减少，从而影响前置反硝化的效能。

3)      冬季时，后置反硝化反应器可承担所有的脱氮任务。

反硝化的搅拌

在反硝化MBBR中，一直使用轨行潜水机械搅拌机来循环和混合反应器内的液体及载体。设计搅拌器时应专门考虑以下方面：（1）搅拌器的位置和方向；（2）搅拌器类型；（3）搅拌能量。

生物膜载体的相对密度大约为0.96，因此在没有外加能量时会漂浮在水中，这与活性污泥工艺不同。活性污泥工艺没有外加能量时，固体（污泥）会沉淀下来。由此，在MBBR中，搅拌器应放置在接近水面的位置但不能离水面太近，否则会再水面产生漩涡从而将空气带入反应器内。搅拌器应略微向下倾斜，这样可把载体推到反应器的深处。一般来说，不曝气的MBBR需要25～35w/m³的能量来搅动全部载体。

反硝化MBBR的搅拌应特殊考虑。并不是所有搅拌器都适合在MBBR内长时间地使用。搅拌器制造商（ABS公司），利用几个MBBR装置开发了专门适合移动床反应器的ABS 123K搅拌器。这种搅拌器采用不锈钢材质的、向后弯曲的搅拌桨，这样能够耐受载体对搅拌桨的研磨。为了防止破坏载体和磨损搅拌桨，ABS 123K搅拌器沿着螺旋桨的翼焊上了12mm的圆棒。用于移动床反应器时，ABS 123K搅拌器的转速相当低（50Hz时为90rpm，60Hz时为105rpm）。

搅拌反硝化MBBR所需的混合能与载体填充比和预期的生物膜生长情况有关。实践经验表明，低载体填充比（比如<55%）下搅拌的效率较高。填充比较高时，搅拌器很难将载体循环起来，因此应避免采用高的载体填充比。低填充比和相应的高载体表面负荷会加大生物膜浓度，从而使载体下沉，使搅拌器更容易搅动载体并使之在反应器内循环。从这个角度考虑，选择适当的反硝化反应器尺寸是非常重要的，因为合适的反应器尺寸能使填充比和机械搅拌相适应。