基于MBBR工藝的服務區生態型模塊化污水處理系統研發

田冬軍

（山東高速材料技術開發集團有限公司，山東 濟南 250001）

0 引言

目前，高速公路生活污水處理設施沒有統一的設計規范，現有處理設施存在一些比較突出的問題，如大多使用二級生化處理，運行維護費用較高，出水不穩定，水質不達標，污水處理后大部分沿邊溝排放，沒有做到中水回用等。因此，根據高速公路服務區的相關特點，針對性研發污水處理系統十分有必要。高速公路服務區污水主要是生活污水和沖洗廢水，其水質水量變化較大，污染物濃度比城市污水低，污水可生化性良好，處理難度小。服務區污水處理常用的工藝有地埋式一體化污水處理設備（A/O）、曝氣生物濾池工藝（BAF）、膜生物反應器工藝（MBR）、人工濕地工藝等，但目前這些技術在服務區污水處理中大規模應用受限。

1 MBBR污水處理的工藝原理

MBBR為移動床生物膜工藝突破了傳統固定床生物膜法（MBR）易堵塞和配水不均等問題，解決了生物流化床工藝的局限性，為生物膜法更廣泛地應用于污水處理提供了條件。

MBBR工藝運用了生物膜法的基本原理，充分發揮了傳統活性污泥法及固定式生物膜法的優點，又克服了二者的缺點。其關鍵技術在于應用了比重接近于水，輕微攪拌下易于隨水自由運動的生物填料。

該填料具有有效表面積大，適合微生物吸附生長的特點。填料結構以具有受保護的可供微生物生長的內表面積為特征。當曝氣充氧時，在好氧條件下，空氣泡的上升浮力推動填料和周圍水體流動起來，當氣流穿過水流和填料的空隙時又被填料阻滯，并被分割成小氣泡。在這一的過程中，填料被充分地攪拌并與水流混合，而空氣流又被充分地分割成細小的氣泡，增加了生物膜與氧氣的接觸面積和傳氧效率。在厭氧條件下，水流和填料在潛水攪拌器的作用下充分流動起來，使生物膜和被處理的污染物充分接觸進而完成生物分解。其原理如圖1所示。

MBBR（移動床生物膜）工藝有以下創新點：采用REME-20新型氧化反應填料。該填料為懸浮型填料，具有較大的表面積，一般可達500m2/m3填料體積，可為微生物生長提供巨大的空間，因此污染物處理效率高；另外，由于填料對氣泡的切割作用，明顯提高了氧的轉移利用效率。

在泥水分離區選用輕濾料。輕濾料采用泡沫濾珠，濾料密度遠小于水，污水在向上流的過濾過程中，濾料受到水浮力作用擠壓密集在濾板下方，形成緊密的濾層。在反洗過程中水流自上往下沖散濾料，同時釋放截留的懸浮物。在排泥過程中，隨著污泥的排放，內罐水位下降形成對濾層的反沖洗。

采用沉淀過濾分層設計。常見一體化污水處理設備的沉淀過濾通常是由不同的水箱串聯在一起，運行過程獨立，排泥、反沖需要單獨操作完成。MBBR工藝的過濾分層設置，能夠使生化處理后的污水自流進入沉淀層，剩余污泥沉淀到泥斗中。沉淀后的水繼續向上流動，流經過濾層。同時，在水的浮力作用下，輕濾料聚集形成緊密濾層，從而有效地過濾去除了大部分懸浮物，進一步凈化水體。

污泥排放時產生對濾層的反沖洗作用。在泥斗內剩余污泥排放過程中，中心分離區內罐水位下降，向下的水流經過濾層時沖散濾料，隨即將過濾截留的懸浮物釋放出來，產生對濾層的反沖洗作用。

因此，基于MBBR工藝的服務區生態型模塊化污水處理系統突破了傳統生物膜法的限制，為高速公路服務區污水處理的進一步發展奠定了基礎。

2 基于MBBR工藝的模塊化污水處理設備的工藝設計

2.1 處理后的水質標準

污水處理后主要用于服務區沖廁、道路清掃及綠化用水，排放水質須符合《生活雜用水水質標準》（GB/T18920-2002）的相關指標要求。超出用量的處理外排水需滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）相關控制指標。原水、產水主要控制指標如表1所示。

表1 水質標準控制表

2.2 基本構造

模塊化設備采用立式罐組合方式，該方式具有良好的水力條件，并且便于檢修維護，其結構如圖2所示。

服務區污水經管道收集后進入污水預處理池，在污水預處理池進水口位置設置格柵截留雜物。污水預處理池在調節水質、水量的同時，可對污水實施初步的生化處理，降低后續工藝負荷及能耗。預處理池出水經污水泵提升進入MBBR模塊化污水處理設備，該設備結合生物移動床工藝、淺層沉淀工藝、輕濾料過濾工藝，集生化、沉淀、過濾于一體，結構緊湊，水力條件良好，運行穩定，方便管理。處理后的污水通過連通管道進入中間沉淀層，沉淀處理后的水在持續水壓的作用下，向上進入過濾層，過濾出水自流進入貯水消毒池，對貯水消毒池內的污水消毒處理后，達到水質標準，可用于服務區的綠化、衛生間沖洗和洗車用水等。泥斗內的剩余污泥定期排放回流到污水預處理池循環利用，最終結合中水站構筑物清淤時統一處理。服務區MBBR模塊化污水處理流程，如圖3所示。

圖2 MBBR污水處理設備構造圖

圖3 服務區MBBR模塊化污水處理流程圖-1-

2.3 主要參數

考慮到設備運輸尺寸限制及常規服務區的排水量，設計兩種規格的設備，可根據服務區不同的污水排放量組合相應數量的設備。根據現場條件及運行要求，設備可以在地面或地下設置。設備的主要參數如表2所示。

表2 模塊化設備規格型號一覽表

3 工程應用實例

本文以G25 長深高速山東濱州服務區為例，研發生態型模塊化污水處理系統。濱州服務區建筑面積為5600m2，日產生污水量約180t（單側）。該項目按照單側服務區200t/d的處理規模設計，模塊化污水處理布局如圖4所示。

圖4 長深高速濱州服務區MBBR模塊化污水處理布局圖

污水站建設投資約為60萬元，其中模塊化設備46萬元，土建構筑物14萬元，投資估算如表3所示。

表3 服務區生態型模塊化污水處理系統建設投資估算表

以G25長深高速濱州服務區為例，該系統自動化程度高，出水水質穩定，水力條件好，在日常使用過程中無需專人管理，可以節省人工費約3萬元/人·年。按照服務區日排水量400t（雙側）計算，全部處理回用可節約市政供水接近400t。該處理系統雜用水處理成本約0.5元/t（含人工費、電費和藥劑費等），而市政供水價格按3.0元/t；每天可以節約用水費用（3.0-0.5）×400=1000元，年節約水費約36萬元。經分析可知該系統具有較好的經濟效益、社會效益。

4 結論

本文以G25長深高速濱州服務區為例，進行了基于MBBR工藝的生態型模塊化污水處理系統的研究與開發。通過研究可知，該系統占地面積小，MBBR模塊化處理設備采用立式罐體布設，形式簡單緊湊，占地面積僅為其他工藝流程的1/3。投資費用低，設備的基礎投資費用低于其他常規工藝，且部分基礎設施可充分利用服務區現有設施。出水水質穩定，模塊化設備集生化處理、沉淀、過濾于一體，水力條件良好，處理效率高。運行管理簡單，設備采用模塊化設計，生產標準化程度高，安裝和運行管理簡單方便，且低溫適應性強。后期維護費用低，污水處理成本約0.5元/t，僅為工礦企業市政供水價格的六分之一。

在今后的應用中，建議在模塊化設備基礎上增加人工濕地工藝設計，不僅可降低前級的處理負荷、提高二次處理效果，而且可營造服務區生態景觀，實現污水處理、生態景觀、貯水回用一體化綜合功能。