1、MBBR技術紹介

移動床生物膜反応器プロセス（MovingBed Biofilm Reactor、MBBR）は1980年代末ノルウェーに起源し、現在国際的に成熟した汚水生化学処理技術であり、生化学池の深さの窒素除去リン除去を強化し、経済的、持続可能な安定的な基準達成を実現することを目的とし、汚水工場の基準引き上げ、量引き上げ改造に広く応用されている。1989年にノルウェーのSTENSHOLT市政汚水場プロジェクトがMBBRを初めて応用して以来、50カ国以上で数千セットの市政と工業廃棄物（汚染）水処理施設が建設され、良好な効果を得ている。このプロセスは懸濁充填剤を微生物に成長担体を提供し、懸濁充填剤の十分な流動化を通じて、汚水の効率的な処理を実現する。この技術は生物接触酸化及び生物流動床の利点を十分に汲み取り、その物質移動効率が低く、処理効率が悪く、流動化動力が高いなどの欠点を克服し、生物膜法の基本原理を用いて、活性汚泥法の利点を十分に利用して、生物膜技術の活性汚泥方式の運行を実現した。MBBRプロセスは、微生物の存在形態によって区分され、懸濁充填剤プロセス（MBBR）と活性汚泥−懸濁充填剤複合プロセスに分けられる。国内でのMBBRの市政汚水処理規模は2000万トン/日を超え、高排出基準の引き上げ改造の典型的な技術である。

MBBRプロセスは活性汚泥で運行するバイオフィルムプロセスであり、基本原理は曝気槽に水に近い量の密度の懸濁充填剤を投入し、下水が充填剤を流れる時、徐々に充填剤の内外表面にバイオフィルムを形成し、反応器内の微生物の種類と量を高め、下水を浄化させる。

MBBRプロセスは、通常、純膜MBBRと泥膜をブレンドしたMBBRに分けられる。初期のMBBRは純膜MBBRプロセスを指し、対流化床プロセスの改良であり、伝統的な重質フィラーの代わりに比重と水が近い懸濁フィラーを採用することにより、フィラーの流動化のエネルギー消費を節約した。純膜MBBR、システムは汚泥還流を設置せず、微生物は主に付着状態の形で懸濁充填剤上に存在する。

泥膜混合MBBRプロセスは、活性汚泥法と生物膜法を結合し、活性汚泥システムの処理効果をその場で強化することを目的とし、泥膜混合MBBRは懸濁態微生物もあれば、付着態微生物もあり、汚泥還流が必要である。国内の汚水工場はグレードアップ改造され、多くは既存の技術と結合し、泥膜混合MBBRを採用している。泥膜混合MBBRプロセスは、二重泥齢汚水処理技術であり、MBBRプロセスと活性汚泥プロセスを結合し、活性汚泥と生物膜の両方の利点を兼ね備え、曝気または攪拌作用によって充填剤を流動化状態にし、さらに懸濁成長した活性汚泥と付着成長した生物膜を形成し、反応器空間全体を十分に利用させ、付着状態と懸濁状態生物の両方の優位性を十分に発揮させ、伝統的な生物膜法の耐衝撃負荷、泥齢長、余剰汚泥量が少ない特徴を持つだけでなく、活性汚泥法の高効率と回転が柔軟な特徴を持ち、揚長短所を避け、相互に補充する。

2、MBBR技術原理

MBBRプロセスはバイオフィルム法の基本原理を用い、活性汚泥法の利点を十分に利用し、また伝統的な活性汚泥法及び固定式バイオフィルム法の欠点を克服した。

技術の鍵は、比重が水に近く、軽く攪拌すると水と自由に動きやすいバイオフィラーを研究し、開発したことにある。バイオフィラーは有効表面積が大きく、微生物の吸着成長に適した特徴がある。充填剤の構造は、保護された微生物成長可能な内表面積を有することを特徴とする。MBBRプロセス原理概略図は図2-1に示すように、エアレーションが酸素を充填すると、エアバブルの上昇浮力が充填剤と周囲の水体を押し出して流れ始め、エアフローが水流と充填剤の空隙を通過するとまた充填剤によってブロックされ、小気泡に分割される。このような過程で、充填剤は十分に攪拌されて水流と混合され、空気流はまた十分に細かい気泡に分割され、生物膜と酸素の接触と酸素伝達効率を増加させた。嫌/酸素欠乏条件下で、水流と充填剤は潜水撹拌器の作用の下で十分に分流し、生物膜と処理された汚染物が十分に接触して生物分解する目的を達成する。そのため、MBBRプロセスは伝統的な生物膜法（固定床生物膜プロセスの閉塞と配水ムラ、及び生物流動床プロセスの流動化限界）の制限を突破し、生物膜法が汚水の生物処理により広く応用されるために良い基礎を築いた。

（a）好気性反応器（b）嫌（欠）酸素反応器

図2-1 MBBRプロセス原理概略図

MBBRプロセスの核心は比重が水に近く、軽く攪拌すると自由に移動できる懸濁充填剤を研究開発したことにあり、それは比表面積が大きく、膜掛け速度が速く、生物親和性が良く、生物活性が高く、使用寿命が長く、高効率のアンモニア窒素除去能力、同期硝化反硝化能力及び有機物除去能力を有する。

懸濁充填剤を投入すると反応器中のバイオマス及び生物種を大幅に高めることができ、充填剤の密度は水に近いため、曝気又は攪拌の際、水と完全に混合状態になり、充填剤が池の中で自由に移動するにつれて、微生物と汚染物、酸素との間の物質移動効率を加速させ、それによって反応器の処理効率を高める。充填剤の水中での衝突とせん断作用により、空気の気泡がより細かくなり、酸素の利用率が増加した。

MBBRプロセスシステムの鍵は懸濁充填剤の十分な流動化を実現し、汚染物質の処理を強化する目的を達成することである。そのため、MBBRプロセスは高効率の生物懸濁充填剤、池体設計、充填剤遮断システム、曝気システム、充填剤誘導システム、遮断網自己洗浄システム、充填剤投入と知能管理制御システム、及び検修応急措置などのシステム的なプロセスを含む。下水の性質及びプロジェクトの状況に基づいてシステム内の各設備のパラメータを合理的に配置し、そのzuiの大きな効果を発揮し、安定的に基準の出水を達成する目的を達成する。この技術は応用性が強く、応用範囲が広く、有機物の除去に用いることができ、窒素除去リン除去に用いることもできる、好気環境下で運転することができ、嫌気、酸欠環境下で運転することもできる。

曝気領域内での生物懸濁充填剤の流動化は主に曝気システムによって実現される。好気区において、適切な曝気システムを通じて生物担体流動充填剤の流動化効果を確保し、流動充填剤が水体中で上下、前後の流動を行うことを確保し、充填剤と下水が十分な混合、衝突、接触を行うことを確保し、汚染物、水、ガスの3方向の接触、交換、吸着などの過程を効果的に完成する。穿孔管曝気を用いて曝気を行うことにより、生物流動化充填剤の上下の流動化運動及び充填剤の脱膜掛膜プロセスを促進することができる。充填剤の比重は0.94-0.97 g/cm 3を選択し、菌培養期間中、充填剤の表面に大量の生物膜が徐々に付着し、付着量が大きいほど比重が徐々に増加し、充填剤上の生物膜が一定の厚さになると、その比重は1より大きくなり、充填剤は非曝気区から池の底部に沈み、曝気区の底部の衝撃力zuiが強く、充填剤上の残留生物膜を迅速に洗い流すことができ、脱膜後の充填剤の比重もそれに伴って1以下に低下し、曝気区で上昇する。膜掛け前後の比重変化の特徴に基づいて、充填剤は水の流れに従って曝気区と非曝気区で反転することができ、それによって交互に生物膜の成長と脱落過程を完成し、生物膜の数量安定性と活性を保証し、プロセスの運行を比較的に安定させる。流動化懸濁充填剤が混合液とともに次の段階に入るのを防止するために、好気性区域内の適切な位置でスクリーンを用いて遮断と分離を設計した。スクリーンの材質はステンレス鋼304を選択し、型式は懸濁充填剤とセットになっている。

MBBRプロセスは新設された下水処理場に使用することができ、さらに既存の下水処理場のプロセスアップグレード改造と拡張に使用することができ、A 2 O、AO、酸化溝、SBRなどの既存のプロセスに組み込んで使用することができる。

3、MBBR技術の特徴

3.1同時強化可能な脱窒素リン除去：

活性汚泥−懸濁充填剤複合技術を用いて、同一反応器内の異なる機能微生物の汚泥齢分離を実現することができる。脱窒菌群（硝化菌群）は一般的に長泥齢細菌であり、長泥齢（15-25 d）が必要である、リン除去菌群（ポリリン菌）は一般的に短泥齢細菌であり、短泥齢（3-7 d）が必要である、泥齢が長すぎると、微生物活性が低下しやすい処理負荷が低下し、老化が集中しにくく沈降性能が低下するなど、実際の伝統的な脱窒素リン除去技術は汚泥齢に調和できない矛盾が存在する。複合技術は生物充填剤の投入により、硝化細菌の成長に担体を提供し、その汚泥年齢を延長し、脱窒効果を高める、同時に活性汚泥系を短泥齢に制御し、リン除去効果を増強することができる、泥−膜は曝気及び水流により十分に流動化し、生物膜の更新を促進し、泥齢が長すぎ、汚泥の老化処理性能が低下するのを防止する、冬季の水温が低く、活性汚泥システムが硝化菌群の成長に不利である場合、脱落生物膜は活性汚泥に持続的な接種作用を果たし、システムの硝化性能を低下させないように維持する。生化学段の出水TPは<1 mg/L、生化学段のTP除去率は90%を超え、アンモニア窒素除去率は99%以上に達することができる。

3.2負荷が高く、敷地面積を節約する：

反応池に生物充填剤を投入して原池の標識化改造を行うことにより、新たに土地を追加する必要はない。活性汚泥法と比較すると、有効生物量を著しく向上させることができ、生物膜法と比較すると、充填剤の流動化は物質移動効果を著しく向上させることができる。引き上げ、引き上げ、引き上げを同時に行うことができ、引き上げ可能量は100%を超える、負荷は伝統工芸の2〜5倍以上である。敷地面積は活性汚泥法に比べて30〜50%の用地を節約できる。

3.3土建の変更が少ない：

先進的な迎撃誘導システムの使用は、生物化学プールの土建構造を変更することなくアップグレード改造を実現することができる。

耐衝撃負荷能力が強く、劣悪な水質条件下でも良好な処理効果を示している：

衝撃負荷は主に通常の汚染物質水質衝撃、毒害汚染物質水質衝撃と水量衝撃であり、本質は単位時間内の単位表面積微生物に担持される汚染物質量の変化が処理効果に与える影響である。MBBRプロセスフィラー区の汚泥年齢は長く、微生物種群の存在度を増大させ、難分解有機物の処理に有利である。低温、高塩、低基質などの劣悪な水質条件の下で、MBBR長泥齢及び局所的に好酸素、無酸素微小環境が存在し、劣悪な水質条件の下で、微生物の選別と濃縮に適応し、好冷菌、耐高塩菌などの濃縮の馴化に有利である。生物膜の物質移動は活性汚泥より遅く、同様に生物分解による熱と水体の交換は比較的に遅く、微生物の局所環境温度を高め、細菌活性の維持に有利であり、マクロはMBBRが低温、高塩、低基質などの劣悪な水質条件の下で、依然として比較的に良い処理効果を示している。

3.4低温、貧栄養、高毒性、高塩素イオンなどの極端な水質に耐える：

充填剤上の生物膜は泥齢が長く、一般的に30 dを超え、硝化菌群の濃縮に有利であり、特に特殊水質条件下での関連高効率菌種の選別に有利である、北方の汚水工場は低温に悩まされ、MBBRzuiの低さは3℃の低温処理を実現することができる、MBBRはC/Nの低い下水処理や微汚染水処理に使用でき、塩素イオン5000-10000 mg/Lの脱窒処理も実現できる、これらはすべて活性汚泥プロセスが処理しにくい状況であり、MBBRはここで優れた性能を示し、関連する難題を解決した、

3.5持続可能なアップグレード：

技術の柔軟性が強く、拡張性がよく、懸濁充填剤には表面積と充填率が異なるため、進水指標の向上または出水指標の向上後、いかなる変更も必要なく、懸濁充填剤の置換または投入量の向上だけで実現でき、充填率は10-70%であることができる。

3.6投資省：

MBBRプロセスの主な投資源は懸濁充填剤であり、懸濁充填剤の使用量は水量、水質、出水基準、温度などの多種の要素と関係があり、市政汚水は50-800元/（m 3/d）からまちまちで、典型的な値は100-400元/（m 3/d）である。しかも使用寿命が20年を超え、懸濁充填剤の交換と補充が不要で、後続の追加費用がない。

3.7プロジェクトの実施期間が短い：

一般的に1組の池は3-15 dにあり、主に土建改動量が少ないかないため、付属設備はすべて事前に作られており、現場のモジュール式設置を直接実現することができる。

3.8低ランニングコスト：

懸濁充填剤の流動化は追加の曝気及び攪拌を必要とせず、正常曝気は懸濁充填剤の流動化要求を満たすことができ、充填剤の池中での絶えずの移動は、充填剤上の生物膜と水中の汚染物と酸素の物質移動速度と物質移動効率を高め、処理効率を大幅に高めた、同時に酸素の利用率を高め、エネルギー消費を低減する。迎撃誘導システムはすべてステンレス材質を採用し、耐用年数は15年以上、懸濁充填剤の耐用年数はさらに20年以上で、生物化学プールには修理を必要とする設備がほとんどなく、修理コストを節約する。

3.9汚泥の生産量が少なく、沈降性能が良く、汚泥処理費用を節約する：

懸濁充填剤上の生物膜微生物菌群は豊富で、生命周期が長く、生物鎖が長く、泥生産量が少なく、純膜MBBR技術を採用し、汚泥生産量は活性汚泥技術の30%以下にすぎない。スケールアップ改造プロセスにおいて、生物処理システム中の微生物量を10000 mg/l以上に高めた場合、二沈殿池の固体負荷は増加しない。また、生産泥量が少ないため、汚泥処理費用を節約することができる。

3.10運行管理は便利で簡単：

MBBRプロセスは既存の下水工場を改造する際、既存の運行モードを変更せず、既存の運行人員の技術に対する運行管理経験を継続することができ、調整運転後、充填剤上の微生物量は進水負荷の変化に応じて変化し、人工的な調整を必要とせず、出水の安定性を保証することができる。また、プロセスには特別なメンテナンスニーズがなく、運行管理が簡単である。

3.11不活性汚泥プロセスによる汚泥膨張の容易性などの問題：

純MBBRシステムを採用し、純膜法であるため、汚泥膨張問題がない、活性汚泥−懸濁充填剤複合技術を用いた場合、老化により脱落した生物膜の無機質割合が高く、密度が大きく沈降しやすい、また、生体膜細胞外ポリマーは活性汚泥より多く、接触凝集効果があり、汚泥凝集性能を高め、汚泥沈降性能を高める。

固定床の生物膜プロセスがないと詰まりやすく、逆洗浄が必要で、赤虫を繁殖させるなどの問題がある：

固定床プロセスでは、配水ムラが発生しやすくデッドゾーンが発生しやすく、定期的に逆洗浄する必要があり、追加のエネルギー消費及び付帯施設が必要であり、赤虫に悩まされて硝化性能を低下させるなどの問題がよく発生する。充填剤と水流は生物池の全容積内で混合することができるため、生物池の閉塞の可能性を根本から根絶し、池の容量は完全に利用され、逆洗を必要としない。揺蚊幼虫は、赤虫とも呼ばれ、後生動物であり、水流が比較的緩やかで、水質が比較的安定している地域で産卵・繁殖しやすく、また硝化菌群を主な食料とし、システムの安全と安定に不利であり、固定床プロセスでは特によく見られるが、生物膜法の活性汚泥方式は運行し、生存条件から赤虫の成長条件を抑制した。

3.12システム寿命長：

フィラーは耐摩耗耐久性があり、ミキサーはバナナ型の攪拌翼を採用し、外形輪郭線が柔らかく、フィラーを損なわない;全体の攪拌と曝気システムは維持管理が容易であり、充填剤の気泡に対する切断作用が酸素移動効率を高めるため、穿孔曝気を用いて曝気システムの安全性を高め、点検周期を延長することができる。

3.13下水処理場のグレードアップ改造及び立体拡張に適合する：

プロセスの運転柔軟性が高く、まず、プロセスの処理効果に影響を与えることなく、さまざまな池型（深さも浅くても方円でも可）を採用することができる、第二に、異なる比表面積フィラー及び異なるフィラー充填率を柔軟に選択することができる。実際の運転進水水質または水量が変化した場合、充填剤充填率を高めるだけで、原設計生物池の容積が変わらないことを保証することができる場合、原設計または標識化後の出水基準を満たし、体力拡張の目的を達成し、効率的な処理と長期的な処理規模の拡大を両立し、池の容積を増大させる必要がないことを達成する。zui後、移動床生物膜プロセスは便利に元のプロセスと有機的に結合し、活性汚泥-生物膜複合プロセスを形成することができ、伝統的な活性汚泥システムの監視制御及び制御方法（例えば、制御排泥、曝気など）はすべて複合プロセスの制御に用いることができ、システム機能、運行状況に基づいて柔軟に調整することができる。

4、メーカー紹介

大連宇都環境工程技術有限公司は2002年に設立され、MBBRプロセスに専念する環境保護企業、国内MBBRフィラー生産量zui大企業の一つ、国内MBBRフィラー輸出量zui大手の企業。