通往效率時代：污水處理MBBR技術的創新、靈變與恪守

時間：2023-09-18 09:27

來源：產品化研究中心

作者：郭永偉

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從發明到推廣到創新迭代，從北歐到中國到反哺世界，從純膜到泥膜到生物集效，本文閱讀污水處理MBBR技術在中國20年發展中的“新、變、守”，思考環保創新如何擺脫囧境、跳脫困局，探尋小歷史啟示下，技術、工藝、工程的戰略關系和系統邏輯。

通往效率時代：污水處理MBBR技術的創新、靈變與恪守

01 MBBR：分類、起源與發展

02 破壞式創新——中國第一個一級A

03 靈變與恪守——標準、成本、穩定性

04 生化效率的持續提升

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煙臺辛安河污水廠“主流厭氧氨氧化”現象級再現的消息，讓我又一次關注到創新，關注到破壞式與顛覆式。

當我終于站在考察現場時，卻并沒有過多尋問“紅菌”如何如何，被勾起的曾經作為一個“工程師”少年的心，癡迷在了“環保工藝”最純粹的感官享受中。

什么是工藝？

“工藝”大概就是“工程+藝術”吧？那細長的一柳黃土綠地、18個一體化罐子的瓦黑、65%填充率填料的棕白、和25%貢獻率紅菌的灰紅，交相掩映著，29天的建設期、1417m2萬噸水占地、2mg/L總氮指標、0.34元/噸費用節約，面子、里子都很美。

工藝Process，講究的既非結果也非數據，而是居間過程，是時間之上、空間之中、反應之前、分離之后的過程，我思來想去，和“MBBR-BFM”創新的系統邏輯竟一模一樣。

MBBR：分類、起源與發展

“2008年無錫蘆村，我們磕磕絆絆中了標，又稀里糊涂成了光桿司令，為了信譽只好硬著頭皮生干，從填料生產到安裝調試，能照貓畫虎搞出來，是老天賞飯吃，對此我非常感激”。作為中國最能代表MBBR的發言人之一，思普潤創始團隊在回憶時，一點也不愿意將這事業開端做些粉飾，偶然、山寨、砸錢、反復返工，潛意識中要對結果負責到底的態度是他們咂摸在嘴邊的津津樂道，“中國MBBR的開始是被動的、模糊的，一路發展也是摸著石頭過河，但未來是清晰的、篤定的”

MBBR(Moving Bed Biofilm Reactor)移動床生物膜反應器技術，起源于20世紀80年代，由挪威科技大學Hallvard ?degaard(哈爾瓦·歐德格)教授等原創發明，其初心是探索利用更緊湊的生物膜法減少點源向北海的氮排放，后來于1989年，最早的Kaldnes移動床工藝獲得專利并開始商業化推廣。(有趣的是，從這一起始，MBBR就與厭氧氨氧化產生了時間線的重疊，又是偶然？還是一種必然？)

21世紀初，人們以合資、代理、模仿等方式將MBBR引入中國，20年里逐步發展成為主流生化工藝的代表，不同構型和組合工藝廣泛用于降解COD、氧化氨氮和脫氮除磷中，是我所觸及拿來主義、后發先至、破壞式創新的最典型例子。

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掛膜紅菌的MBBR填料照片，取自思普潤公司

世界上污水生化技術只有兩種，生物膜法是比活性污泥法更古老、生化效率更高的技術，其起源可以追溯到19世紀90年代，活性污泥則于稍晚的20世紀初發明。

但在很長一段時間內，活性污泥法都是更有光環的那一極。國內常見生物膜法如曝氣生物濾池、生物轉盤等已有了相當一定的市場成果，多用在高難工況、深度處理或相對小眾的需求場景。于二級中心版塊，則只有MBBR取得了可觀份額，而等它真正長成為一款大眾普適技術，要到開篇所述2008年蘆村項目的10年之后。

MBBR有兩種主要應用形態：1是泥膜，在市政污水廠提標改造中應用非常廣泛；2是純膜，在國內屬于新型應用，目前多在極致用地和微污染水場景。

泥膜MBBR因為在無錫蘆村的成功應用而順理而成了主流，在行業里慢慢形成了路徑依賴。這種形態也可歸為一種復合品類IFAS(Integrated Fixed-film Activated Sludge)，可以看作是對活性污泥法進行的生物膜改造：將掛膜載體持留在反應器中，形成活性污泥(懸浮生長)與生物膜(附著生長)共存的復合系統，泥、膜呈全混合流化態，各自養成專性優勢菌群，期待可以大幅度升級污染因子去除的能力。

實際應用效果卻1+1遠遠小于2，一方面活性污泥嚴重阻礙了生物膜捕捉水中的介質，相當于在生物膜面前掛了一層薄紗；另一方面有研究者認為填料會將污泥絮體打散，影響活性污泥性狀。

挪威科技大學?degaard教授最初發明時，MBBR本就是純膜為主，引入中國后卻更多走了泥膜路線，有三個主要原因：一是于北歐的水質和氣候特點，純膜的優勢更明顯；二是最普遍的場景--原位原池改造，泥膜能發揮泥、膜兩種特長；三是純膜MBBR擁有更極端的效率，需要微生物學、材料學、流體力學、計算機信息學等四門跨學科聯合，特別是計算機信息學的控制系統必須基于污水生化技術的底層邏輯，使這一路線的技術壁壘既多又高。

MBBR具有高效、緊湊、穩定、靈活多樣性和經濟有效性等優勢，可在不增加池容和污泥產率的設計條件下，以最少工程量和投入達到一級A、準四類甚至準三類等嚴格排水標準。尤其應充分開發它在“效率”上的空間，諸如基于“純膜”的“集效”類工藝，為未來污水廠的建設、運營描繪了一種理想形態。

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