摘要
介绍了纯膜MBBR工艺的应用特点，系统不设二沉池，无污泥回流，以附着态形式存在的悬浮载体生物膜完成污染物的去除，生物膜在流化的作用下实现动态更新，无需反冲洗。总结了纯膜工艺污染物的去除特性，描述了该工艺脱碳、硝化和反硝化过程。介绍了国外Lillehammer、Gardermoen、Sjolunda、Phillips Petroleum Borger、TAU五个污水厂纯膜MBBR的设计和应用情况。该工艺具备极佳的抗低温性能，处理负荷高，停留时间短，可灵活应用于污水厂各工艺段，从而获得优良的出水水质。回顾了国内纯膜MBBR工艺应用于微污染水、工业废水、市政污水、高氨氮废水的应用情况，纯膜工艺应用领用广泛。典型的纯膜MBBR工艺流程包括强化预处理以及深度处理，结合更加紧凑的深度处理工艺，该工艺流程最大可节约80%的占地。纯膜MBBR工艺具有去除负荷高、工艺流程短、占地省、投资低、运行简便等优势，适用于污水厂新建以及扩容提标，具有极大的发展空间和广泛的应用前景。
关键词：移动床生物膜反应器，纯膜MBBR工艺, 悬浮载体生物膜，脱氮除磷，占地，抗冲击，国内外，工程应用
移动床生物膜反应器（Moving Bed Biofilm Reactor, MBBR）起源于20世纪80年代末的挪威，是一种新型的生物段强化处理技术。工艺基于生物膜机理，通过向反应器中投加悬浮载体提高了系统生物量，丰富了微生物种群结构，从而实现了污染物的高效去除。1991年，首个以MBBR为概念的专利成功申请，同年第一座应用MBBR工艺的污水处理厂Lardal WWTP在挪威顺利投入使用，掀开了MBBR工艺全球推广的序幕。MBBR工艺于2000年初引入国内，开展了一系列工艺研究及小规模的工程实践，但受限于工程经验不足，工艺落地推广受阻。2008年，国内首个大型MBBR项目在无锡芦村污水厂成功实施，标志着悬浮载体流化与拦截等工程难题得以解决。在此后的10余年间，MBBR工艺逐步发展并成为了污水厂新建和升级改造的主流工艺。目前，国内应用MBBR工艺的市政污水处理厂数量在250座以上，总规模超过1500万t/d，同时在工业废水处理、给水预处理、河道水净化、农村点源治理等领域有着大量应用。MBBR工艺分为泥膜复合MBBR工艺和纯膜MBBR工艺两种形式。在我国城镇污水厂提标改造政策实施的大背景下，泥膜复合MBBR工艺以其与原工艺紧密结合、原池改造无需新增用地等方面的优势，得到了广泛应用；而纯膜MBBR工艺的大规模应用尚处于起步阶段。本文主要介绍了纯膜MBBR工艺对污染物的去除特性，介绍了纯膜MBBR工艺在国内外的应用情况，以期为我国污水厂的新建及升级改造提供技术支撑和经验参考，也为纯膜MBBR工艺在国内的应用发展提供借鉴。
1 纯膜工艺及污染物去除特性
1.1 纯膜MBBR工艺简介
泥膜复合MBBR工艺中，微生物同时以悬浮态活性污泥和附着态悬浮载体生物膜形式存在、两者协同完成对污染物的去除。而纯膜MBBR工艺不富集活性污泥，污染物的去除全部依赖于附着态生物膜，系统不设置污泥回流，如图1所示。微生物存在形式上，纯膜MBBR工艺更接近曝气生物滤池（BAF）工艺，但进水不受有机物和SS浓度影响，生物膜在流化的作用下实现动态更新，无需反冲洗，停留时间不受滤速限制。功能区域布置上，纯膜MBBR工艺可应用于好氧和缺氧系统，如图2所示。好氧、缺氧纯膜MBBR工艺，即可独立使用，分别用于强化硝化和反硝化，也可以联合使用，形成A/O，A/O/A/O工艺，用于污水脱氮。
图1 泥膜复合MBBR工艺（A）和纯膜MBBR工艺（B）运行示意图
在好氧系统中，曝气具有双重功能，一方面负责悬浮载体的流化，另一方面负责向好氧微生物提供氧气，用于有机物的去除及硝化反应。曝气系统一般平铺于反应器池底，由微孔或者穿孔曝气组成。在缺氧系统中，悬浮载体通过专用推流搅拌器实现流化。无论是在好氧区还是缺氧区，均需在出水口设置拦截筛网以持留悬浮载体，保障悬浮载体在专性区域内培养。
图2 好氧以及缺氧系统纯膜MBBR的工艺应用形式
1.2 纯膜MBBR工艺用于脱碳
纯膜MBBR工艺对生活污水中有机物的去除效率与传统活性污泥法相似，可达95%以上。其系统处理能力主要与投加悬浮载体的总有效表面积相关。用于脱碳的MBBR反应器停留时间较短，一般在15~90min。表1列举了挪威4座采用纯膜MBBR工艺污水处理厂的有机物去除效果，4座污水厂均采用两级纯膜MBBR，设计水温为10℃。从表中可以看到，纯膜MBBR工艺对于BOD7的处理能力可以达到97%以上，且系统抗冲击负荷能力强。
表1 挪威四座污水厂的有机物去除效果
1.3 纯膜MBBR工艺用于硝化
硝化菌属于自养菌，生长速率较慢。在以活性污泥法为核心工艺的污水厂中，其相对丰度一般不大于2%，生物量低且极易受低温、高盐等特殊水质的影响。导致了污水厂出水氨氮难以稳定达标，是污水厂运行的核心难点。MBBR工艺悬浮载体生物膜泥龄较长，可达30d以上，实现了对于硝化菌等长泥龄菌的高效富集；通过悬浮载体的专性培养，实现了微生物的专性富集和定向筛选，在应对高盐、低温、有机物冲击等特殊水质及冲击时同样能够获得较好的处理效果，保障出水氨氮的稳定达标。表2对比了泥膜复合MBBR工艺中悬浮载体生物膜和活性污泥对于硝化菌的富集能力。从表2可以看出，悬浮载体生物膜对于硝化菌的富集能力远高于活性污泥，且优势硝化菌属为硝化螺旋菌（Nitrospira）。最新研究表明，部分Nitrospira菌种兼具AOB和NOB的功能，具有全程氨氧化的能力，即一类微生物可以完成氨氮氧化成硝酸盐的过程。Nitrospira比生长速率低，对基质的亲和力更强，在氨氮浓度较低的环境中更具竞争优势，可作为高排放标准污水厂稳定运行的指示性微生物。进一步的追踪表明，随着运行时间的延长，悬浮载体生物膜更加成熟，Nitrospira的相对丰度随之升高，保障了系统氨氮在极端条件下的稳定达标。
表2 悬浮载体生物膜和活性污泥系统微生物对比
1.4 纯膜MBBR工艺用于反硝化
根据功能区的布置，纯膜MBBR工艺用于反硝化可以分为前置反硝化、后置反硝化以及同步硝化反硝化三种过程。
1）前置反硝化，反硝化区位于执行硝化功能的MBBR区的前端，通过硝化液回流至缺氧反硝化区进行脱氮。前置反硝化区的脱氮能力有限，主要与回流比有关，一般控制在150%~250%，超过此值时会降低脱氮效率。硝化液回流会携带一定的溶解氧，从而抑制反硝化过程，因此通常在曝气区后设置脱气区以降低DO的不利影响。前置反硝化区利用的有机碳源主要是进水中溶解性的有机物。在无外加碳源的条件下，由于废水的特性、环境条件、运行参数等不同，可能会造成反硝化速率具有较大的差异性，如Gardermoen污水处理厂，在内回流比均值为111%的条件下，由于缺氧区C/N高且回流携带的DO低，所以反硝化速率可以达到0.295kgNO3--N/m3/d。而Frevar污水处理厂由于进水中可溶性有机物的浓度低，所以反硝化速率只有0.033~0.109 kgNO3--N/m3/d。
2）后置反硝化，反硝化区位于执行硝化功能的MBBR区的后端。与前置反硝化相比，采用后置反硝化需要在预处理段采用强化沉淀技术尽可能多的去除有机物，从而降低其对于好氧硝化过程的不利影响。后置反硝化主要通过外投碳源进行脱氮。由于碳源性质较原水好、利用率高，所以后置反硝化的脱氮负荷较前置反硝化更高，占地更小并且更加易于控制。唯一不足的是药剂消耗量大，如果能将预沉池的污泥进行碳源提取并用于反硝化，将实现污水厂的运行双赢，既节省了外投碳源，又实现了高效的脱氮。此外，需要注意的是，采用预沉淀工艺强化脱碳，需严格控制出水的磷酸盐浓度，以保障后续生化过程中足够的营养物浓度。
3）同步硝化反硝化过程（Simultaneous Nitrification and Denitrification, SND），SND是指在好氧区同时发生硝化和反硝化反应，是一种效率更高的脱氮工艺。对于MBBR工艺，悬浮载体生物膜受传质传氧的影响，易发生分层分布现象。溶解氧从悬浮载体生物膜表面向内层传递的过程中存在浓度梯度，表层DO较高为好氧区，以好氧硝化细菌为主，随着溶解氧传递受阻及外层DO的消耗，生物膜内层形成缺氧区，反硝化菌占据优势，从而实现MBBR同步硝化反硝化脱氮。国内有关于泥膜复合MBBR工艺的SND报道。北方某污水厂采用MBBR工艺，在好氧区内存在稳定的SND过程，TN去除率为15%~20%，经过验证，确认SND过程主要来自于悬浮载体生物膜。高通量测序结果表明，悬浮载体生物膜上的反硝化菌相对丰度为8.34%，硝化菌相对丰度为28.56%，保障了悬浮载体生物膜稳定的SND过程。南方某污水厂采用MBBR工艺，在好氧区发现了28%~46%的TN去除，SND的加持可节约碳源费用1343.2万元/年，在保障出水水质达标的基础上，大大降低了运行费用[。目前，尚未有纯膜MBBR实现同步硝化反硝化的工程报道。
2 纯膜MBBR工艺在国外的应用
MBBR工艺在国外应用超过30年，工程案例超过1000项，应用于不同体量、不同水质的污水厂，处理效果稳定。下面介绍几个典型的采用纯膜MBBR工艺的污水处理厂的实际运行效果。
2.1 Lillehammer污水处理厂
Lillehammer污水处理厂位于挪威利勒哈默尔市，原工艺为一级强化沉淀工艺，用于去除SS和TP，出水排入MJOSA湖。由于收纳水体逐步呈现富营养化，并且时值该市承办1994年冬季奥运会，因此，在1992年进行提标改造，升级为具备脱氮除磷功能的污水处理厂。因扩建场地有限，且冬季最低水温达到3.5℃，这就要求处理工艺必须高效紧凑且具备良好的抗低温冲击能力。经过多种工艺对比，最终选择纯膜MBBR工艺。
Lillehammer污水处理厂设计水量2.88万t/d，设计进出水水质见表3。生化池采用多级A/O纯膜MBBR，工艺流程见图3。纯膜MBBR池根据功能区共划分为9格，其中前2格为缺氧区；第3格为可调区，当冬季低温时，第3格按好氧运行，夏季时，按缺氧区运行；第4、5为好氧区；第6、7、8为缺氧区，硝化液内回流从第6格开始，减少回流所携带的DO，在第7格投加乙醇用于反硝化；第9格为好氧区，主要目的为充氧以及去除残留的有机物。该项目不设二沉池，总HRT仅为3.2h。
表3 设计进出水水质（mg/L）
图3 Lillehammer污水处理厂工艺流程
实际运行结果显示，该厂出水各指标稳定达到设计标准。由于在硝化前端有机物去除较为彻底，第4格的硝化速率较高，基本可以实现氨氮的去除，且运行不受低温的影响。缺氧区在外投碳源足够的情况下，几乎可以将硝态氮完全去除。2005年运行数据显示，该厂出水BOD7、COD、TN、TP分别为2.2 mg/L、35 mg/L、2.9 mg/L、0.12mg/L。碳源的消耗比率为3.3gCOD/gTN，碳源利用率高[20]。值得注意的是，该厂出水TN低于3mg/L，证明了MBBR工艺对TN的高效去除效果，为国内严格的TN排放标准提供了工艺借鉴。该厂自1994年通水以来，已稳定运行26年，中途未补投悬浮载体，出水水质稳定达标。
2.2 Gardermoen污水处理厂
Gardermoen污水处理厂位于挪威奥斯陆机场，为新建项目。处理水量2.21万t/d，于1998年通水运行，设计工艺流程见图4。Gardermoen污水处理厂采用多级A/O纯膜MBBR工艺，生化池停留时间6.3h，悬浮载体平均填充率58.5%。
图4 Gardermoen污水处理厂工艺流程
表4 污水厂实际运行进出水水质（mg/L）
污水厂实际运行效果见表4，生化段进水氮素升高主要是由于侧流污水回流所致。在冬季水温6~7℃的不利条件下，出水氨氮浓度0.26mg/L，TN浓度均值2.16mg/L，TN去除率达到95.5%，其中前置反硝化区可以去除85%~90%的硝酸盐。通过化学除磷作用，出水TP浓度低至0.15mg/L。该厂的运行结果表明，C/N是影响反硝化脱氮的重要因素，应保持gBSCOD/gNOX--N在4~5之间。此外，还应严格控制硝化液回流比。后置反硝化区通过外投碳源，使gBSCOD/gNOX--N达到3.8，此时TN的平均去除率可以达到98%，反应器硝态氮平均出水浓度为0.33mg/L。在运行费用方面，通过优化处理流程，减少了化学药剂和能源消耗，预计每年为污水厂节约12.5万~13.0万美元的运行费用，节能降耗效果显著。
2.3 Sjolunda污水处理厂
Sjolunda污水处理厂位于瑞典，处理规模15万t/d。该厂原有两条生化处理路线：其中一条路线为活性污泥工艺，另一条路线为生物滤池工艺，三级处理工艺为气浮。1996年，该厂要求执行新的排放标准，其中BOD7<12mg/L，TN<10mg/L，TP<0.3mg/L。为达到此标准需要对原工艺进行升级改造，要求能够充分利用现有的构筑物，采用紧凑型污水处理工艺并降低投资成本。最终改造实施路线为：1）升级原活性污泥工艺，并接纳全部的进水；2）将原生物滤池改为硝化池，接纳活性污泥工艺出水；3）增加纯膜MBBR工艺用于后置反硝化脱氮。改造后工艺流程见图5。
图5 Sjolunda污水处理厂工艺流程
MBBR区设计水温10℃，设两级反硝化区，填充率50%，采用甲醇为碳源，基于对MBBR进水硝酸盐浓度的在线监测控制碳源的投加量。长期运行结果显示，MBBR区进水硝态氮浓度在17~22mg/L，由于MBBR池的进水含氧量高（8~9mg/L），因此碳源的投加比例高于理论值，在3.5~4.0之间。在1.6h的停留时间内，TN的去除率>80%[27]。需要注意的是，如果进水中的磷酸盐浓度较低，会降低系统的反硝化性能，导致出水硝酸盐浓度升高，外投碳源得不到充分利用使得出水BOD7浓度增加，所以需要不定时根据水质投加磷酸盐。Sjolunda污水处理厂经过11年的运行，未置换或补充悬浮载体，运行效果良好。
2.4 Phillips Petroleum Borger 污水处理厂
Phillips Petroleum Borger 污水处理厂在运行过程中遇到的最大的问题是在满负荷运行工况下，出水氨氮始终难以达标。经过论证发现，进水有机负荷较高，影响了硝化过程。项目最终采用纯膜MBBR工艺，并置于活性污泥系统之前，提高系统对有机物的去除能力，从而发挥活性污泥系统硝化的性能，保障氨氮的达标。污水厂设计参数见表5，工艺流程见图6。
表5 Phillips Petroleum Borger 污水处理厂设计参数
该污水厂于1999年3月开始启动MBBR工艺。在有机物方面，进水COD为300~450mg/L的情况下，出水由原来的60~110mg/L降低至40~60mg/L。并且改造后实际进水流量超出设计值10%，而系统抗冲击性能良好，出水稳定达标。在氨氮方面，改造前系统的出水氨氮和进水氨氮呈正相关性，极不稳定，出水氨氮在1~9mg/L之间。而自运行MBBR工艺后，出水氨氮浓度就呈现下降趋势，1个月之后系统出水氨氮即稳定低于1mg/L，效果明显。
图6 Phillips Petroleum Borger污水处理厂工艺流程
2.5 TAU污水处理厂
挪威Tonsberg的TAU污水处理厂在升级改造过程中主要面临二级工艺扩建的问题。如果采用传统的活性污泥法，就需要新建大型的生化池以及二沉池，占地较大且工程量大；如果采用纯膜MBBR工艺，则通过现有池体的改造即可满足要求。此外，在8℃的低温条件下，纯膜MBBR的有机负荷高，通过提高填充率，也能满足远期进一步提标的要求，所以最终采用纯膜MBBR工艺实施改造。表6对比了采用纯膜MBBR工艺和常规活性污泥法进行升级改造的投资和运行成本。从表中可以看到，纯膜MBBR工艺的投资成本仅为活性污泥法的26.4%，管理和运行成本仅为活性污泥法22.5%，投资和运行管理费用极低。
表6 TAU污水处理厂MBBR工艺与活性污泥工艺相对成本（设定MBBR工艺的投资成本为100）
总结国外纯膜MBBR应用情况，具有以下特征：
1）耐低温能力强，典型案例中在生化池水温低至3.5℃的情况下，纯膜MBBR仍然维持了较好的脱氮性能；
2）出水效果好，能够实现污染物质的生化极限去除，远优于国内的一级A标准，部分指标如氨氮优于国内地表IV类水标准；
3）停留时间低，负荷高，属于节地集约型技术；生化池的停留时间可以基本在3~6h之间，与常规工艺相比，停留时间大范围缩短，大大节省了占地；
4）工艺应用灵活，既可作为主体生化功能实现脱氮，也可作为生化段的前预处理脱碳，或在生化段之后替代反硝化滤池强化总氮去除。纯膜MBBR工艺，虽然相比BAF工艺，不需反冲洗进行生物膜更新，但并不具备泥水分离功能，后端仍需要泥水分离工艺。一般情况下，纯膜MBBR工艺出水SS在300mg/L以下，且腐殖生物膜特性与活性污泥有一定差别，采用二沉池的设置方式并不适宜，可直接进行化学沉淀。纯膜MBBR工艺的泥水分离工艺，可采用混凝沉淀、气浮、滤池，单独使用或组合应用。虽然泥水分离工艺选择较多，但均借鉴了活性污泥法的泥水分离技术，并未针对腐殖生物膜特点开发针对性处理技术。
3 纯膜MBBR工艺国内应用情况
国内纯膜MBBR工艺的大规模应用尚处于起步阶段，表7列举了国内部分采用纯膜MBBR工艺的污水厂。
图7 国内纯膜MBBR工程应用
3.1 江苏某原水预处理厂
江苏某净水厂设计水量30万t/d，自运行以来，其水源地长期面临沿线农业面源、城镇化、工业化发展带来的污染，水质恶化严重，难以达到地表水Ⅲ类标准要求。尤其是高锰酸盐指数和氨氮等污染指标在7~9月份高达9.1mg/L和1.8mg/L，给水厂水质达标带来了很大的难度。因此本项目采用新建预处理厂来提升原水水质，设计规模30万t/d。综合进出水水质、投资占地等因素分析，经充分技术经济论证和方案比选，采用“高锰酸钾预氧化+纯膜MBBR工艺+中置式高密度沉淀池”组合工艺进行处理。核心MBBR生化段保障进水氨氮由1.8mg/L降低至1.0mg/L。实际运行结果显示，稳定运行期间出水CODMn和氨氮均值分别为4.5mg/L和0.2mg/L，稳定达到地表III类水体要求，其中氨氮最低可低于0.1mg/L，氨氮的去除率最高可达到85%以上。MBBR区实际气水比为1.0~1.3。全厂电耗平均值为0.052kw·h/t，以0.74元/kw·h核算，运行成本为0.038元/t。
图7 江苏某原水预处理厂运行现场
3.2 山东某石化污水处理站
山东某石化污水处理站设计规模5000t/d，采用氧化沟工艺，原出水执行《污水综合排放标准》（GB8978-1996）二级排放标准，随着收纳水体的逐步恶化，要求提高处理站的排放标准。所以对该污水处理站进行中水回用升级改造，使出水水质达到《山东省半岛流域水污染物综合排放标准》（DB37/676-2007）要求，并进一步处理达到回用水质要求，实现“零排放”。石化废水含盐、含油、含硫及碱渣等，可生化性较差，属于难降解废水。中水回用工程采用纯膜MBBR工艺对原氧化沟工艺出水进行深度生化处理，并在后续增加核桃壳过滤器、碳床+砂滤、UF+RO双膜工艺。其中MBBR工艺作为双膜法的预处理，要求实现稳定的深度生化处理，解决膜系统的有机污染问题，以保护后续双膜法的长期稳定运行和降低膜维保成本。MBBR池设计进水COD为120mg/L，氨氮40mg/L，实际运行效果显示，MBBR区氨氮去除率达到90%以上，出水稳定低于4mg/L，基本在2mg/L以下，出水COD保持在40mg/L以下。该系统抗冲击能力强，即使在进水水质严重超标的情况下，出水依然保持稳定，有效保障了后续双膜系统的运行。
图8 山东某石化污水处理站运行现场
3.3 广东某水质净化厂
广东某水质净化厂设计水量1.8万t/d，其中含氟废水4115t/d。2017年对该项目进行扩建，要求出水达到IV类水标准，原生化段采用多级AO工艺不变，在深度处理段加入纯膜MBBR，进一步去除有机物和氨氮，MBBR段设计进出水水质见表8。实际运行结果显示，该系统抗冲击能力强，处理效果稳定达标。
表8 广东某水质净化厂设计进出水水质（mg/L）
图9 广东某水质净化厂运行现场
3.4 广东省某应急污水处理厂
广东省某应急污水处理厂设计水量3万t/d。此为新建项目，面临的主要问题为所提供的占地较少、工期紧张，需要40d完成项目设计、建设与调试达标。综合考虑投资、占地、运行、工艺先进性等方面，最终采用了“预处理+纯膜MBBR工艺+超效分离”的组合工艺进行处理，项目设计进出水水质见表9。核心纯膜MBBR工艺停留时间仅1.99h，生化池占地为0.015m2/m3。深度处理采用超效分离工艺，通过磁加载沉淀技术，强化TP\SS的去除，保障出水各项指标稳定达到一级A标准。该项目全厂吨水占地0.067m2/m3，仅用时1周时间，出水稳定达到一级A标准。纯膜MBBR工艺的引入有效的解决了污水厂占地少、工期紧的问题。
表9 广东省某应急污水处理项目设计进出水水质（mg/L）
图10 广东省某应急污水处理项目运行现场
3.5 山东省某制药废水污水厂
将厌氧氨氧化工艺与MBBR相结合，形成基于MBBR的全程自养脱氮工艺，是纯膜MBBR工艺工程应用的一大创新。通过悬浮载体生物膜可以实现对硝化菌以及厌氧氨氧化菌的高效富集，从而实现单一反应器内的全程自养脱氮。山东省某制药废水处理厂进水氨氮浓度高达950mg/L，C/N较低，日常运行有机碳源消耗极大，所以急需运行控制简便、出水水质稳定且具备节能降耗功能的新工艺。通过升级改造，原池嵌入基于纯膜MBBR的全程自养脱氮工艺，保障出水氨氮氨氮低于50mg/L。该项目无新建工程、无有机碳源的投加、无厌氧氨氧化菌种的补投。采用自养脱氮工艺极大的削减了氮负荷，达到了节能降耗的目的。
图11 山东省某制药废水污水厂CANON填料
国内纯膜MBBR工艺应用较为广泛。在微污染水处理上，利用生物膜法能够在低基质条件下高效去除污染物的特性，可用于给水的预处理、河道旁位处理等；在工业废水处理上，利用纯膜MBBR工艺高负荷占地省的优势，在石化、制药等领域广泛应用；在特殊菌种富集上，利用载体选择性富集的特点，可作为厌氧氨氧化菌的培育载体，形成了基于纯膜MBBR的厌氧氨氧化技术，如ANITATM Mox ， Nauto®等，用于高氨氮废水处理；在生活污水处理领域，纯膜MBBR高效集约的特点，适用于污水厂，尤其是全地下污水处理厂新建、污水厂大规模提量提标改造等情形。
4 纯膜MBBR工艺流程
在纯膜MBBR的工艺流程上，从工程应用情况分析，其预处理与常规处理流程相同，包括格栅、沉砂池；同时，根据进水水质特点，可设置初沉强化沉淀工艺；强化沉淀的作用主要是去除颗粒物质和胶体物质。悬浮载体生物膜在动态更新过程中会脱落一部分生物膜流入后段工艺，所以深度处理的作用是针对纯膜工艺出水进行泥水分离，去除SS以及强化除磷；核心工艺应采用磁混凝或者溶气气浮（DAF）等效率较高、布置紧凑的工艺。典型的纯膜工艺路线如图12所示。
图12 典型的纯膜MBBR工艺路线
纯膜MBBR工艺最核心的优势即去除负荷高、工艺流程短、占地省。表10列举了目前常用的纯膜MBBR工艺、泥膜复合MBBR工艺、MBR工艺和普通活性污泥法AAO工艺在进水基本相同情况下的实际进出水水质和HRT。从表10可以看出，四种工艺都可以使出水达到较高的排放标准，但在占地方面，纯膜MBBR工艺远低于其他三种工艺，仅生化池就比普通活性污泥法节省50%以上。由于纯膜MBBR工艺不需要二沉池，故实际此比例将进一步提高。纯膜MBBR工艺后续泥水分离一般采用气浮工艺、磁混凝工艺等，整体占地更加紧凑，与传统工艺相比，最大可以节省80%的占地。需要说明的是，节省占地意味着高填充率，而在高填充率条件下如何保障悬浮载体流化是该工艺能否成功应用的前提，需要辅助水力模拟等手段进行针对性设计。
表10 不同污水厂生化段HRT对比[15,20,31,32]
5 结论
纵观国内污水厂提标改造或新建，所面临的共有问题即用地受限。在土地资源越来越稀缺的今天，急需集约、高效、稳定的污水处理工艺。纯膜MBBR工艺与活性污泥法相比，布置紧凑，无需污泥回流，无需二沉池，工艺流程短；与其他生物膜工艺相比，无需反冲洗，对于进水水质容忍度高；与MBR工艺相比，运行能耗低。对于新建污水厂，可以达到极简的工艺流程，运行控制简便。而对于改建工艺，则可以实现原池的提标提量，尤其是对于SBR类无二沉池工艺的污水厂的改建，将无需新增二沉池，工艺实施简单，投资成本低。在未来污水厂的实施过程中，纯膜MBBR工艺将会有更大的发展空间和更广泛的应用前景。
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