BBR生物反应器工艺解析：原理、流程与芽孢杆菌应用

BBR生物反应器，又称BBR生物转盘或BBR装置，是一套集成于钢结构一体化污水处理设备中的生化处理系统，主要面向生活污水处理场景。经其处理后的出水水质清澈，可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。

设备结构与特点

BBR生物反应器的核心部件是盘片，即生物载体，它为芽孢杆菌提供生长与繁殖的附着空间。在BBR装置内，芽孢杆菌保持足够数量，并持续吸附、分解污水中的污染物。该设备的主要特点包括：

• BBR盘片采用优质材料聚乙烯基树脂PVDC制成，具有特殊网状结构。
• 装置空隙率在97%以上，比表面积大，水和空气易于进出，在均一好氧条件下处理效果稳定。
• 盘片质量轻，密度在0.05-0.06g/cm³之间，不吸水，因此电机功耗较低，日常保养和操作也较为简便。
• 独特的网状结构使微生物能够维持较高密度的附着率，约为10,000～30,000mg/L，可适应流量和有机物负荷变化造成的冲击，对低温环境也有极高的适应性。
• 采用优质材料及高强度机械结构，装置能够长期稳定运行。

BBR工艺在城市生活污水处理中的特点

BBR生物反应器应用于城市生活污水处理时，主要体现以下三个特点：

1. BBR工艺的核心是使用芽孢杆菌（芽孢杆菌属）作为系统的优势菌属。
2. 为满足芽孢杆菌的生长环境条件，BBR工艺采用生物膜法（BBR装置）与活性污泥法（BBR生化池）相结合的组合生化处理工艺。
3. BBR生化工艺出水可满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。

BBR生物反应器工艺流程

经过预处理的污水首先进入BBR装置（生物膜法装置）。在BBR装置中，附着在载体表面的芽孢杆菌对进水中的有机物、氨氮和磷酸盐进行吸附和分解，对有机物的去除率一般可达40-75%。随后，污水自流入BBR生化池。在生化池内，通过控制溶解氧等条件，保证芽孢杆菌处于优势地位，最大程度发挥其去除有机物、磷和氮的能力。BBR生化池出水自流入二沉池，在二沉池内进行泥水分离，上清液达标排放。

根据芽孢杆菌生长的需要和工艺特点，系统需要将沉淀池污泥回流（污泥回流）和BBR生化池出水回流（内回流），二者均回流至BBR设备前。同时，为保持芽孢杆菌的高活性，需在BBR设备之前投加促进微生物生长和繁殖的营养剂。

BBR工艺主要特点

BBR生化工艺具有以下显著特点：

1. 采用生物膜法（BBR生物转盘装置）与活性污泥法（BBR生化池）的组合工艺，以保持芽孢杆菌去除各种污染物的高性能。
2. 处理城市污水时，通过污泥回流保持芽孢杆菌的数量满足去除有机物的要求；通过内回流保持芽孢杆菌的高活性和对各种污染物的高去除率。
3. 为保持芽孢杆菌处于优势地位和对氮、磷较高的去除效率，BBR生化工艺将溶解氧控制在较低水平（DO不高于1mg/L）。与传统生化工艺（一般溶解氧控制在2-4mg/L）相比，BBR生化池所需空气量少很多，可有效降低能耗；加上BBR装置采用自然通风，该生化处理工艺相比传统生化处理工艺的能耗约低30-50%（仅对生化部分比较）。
4. 采用芽孢杆菌作为系统优势菌属，由于其对有机物、氮和磷的独特去除机理和较高的去除率，通过合理设计，出水可以满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。
5. 芽孢杆菌本身具有除臭能力，其生化工艺段、污泥处理段可以不需要进行额外的除臭处理，从而减少污水处理厂对除臭系统的投资和运行费用。
6. 芽孢杆菌本身具有自我消毒能力，系统产生的污泥中大肠杆菌属等指标可以较容易达到污泥消毒的要求，对污泥后续的最终处置（资源化）创造了较好的条件。
7. BBR生化系统整体建设用地少于传统工艺。

芽孢杆菌的使用

芽孢杆菌介绍

芽孢杆菌（Bacillus）是细菌的一科，指能形成芽孢（内生孢子）的杆菌或球菌，包括芽孢杆菌属、芽孢乳杆菌属、梭菌属、脱硫肠状菌属和芽孢八叠球菌属等。它们对外界有害因子抵抗力强，分布广泛，存在于土壤、水、空气以及动物肠道等处。BBR生物反应器利用的芽孢杆菌主要包括地衣芽孢杆菌、苛性芽胞杆菌、球形芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、浸麻芽孢杆菌等。

芽孢杆菌去除污染物机理

• 有机物的去除：芽孢杆菌中对蛋白质、淀粉和脂肪有较高的分解能力。
• 脱氮机理：同传统的硝化、反硝化脱氮原理不同，芽孢杆菌直接吸取胺（有机氮）、氨氮以及铵盐，为微生物所利用，从而进行脱氮。氮元素部分以有机氮的形式进入污泥中，并通过剩余污泥的排放从系统中去除，部分转化成氮气排入空气中。
• 除磷机理：芽孢杆菌属于革兰氏阳性菌。与革兰氏阴性菌相比，革兰氏阳性菌细胞壁比革兰氏阴性菌（在一般活性污泥工艺中使用的菌类）的细胞壁厚而均匀，主要通过肽键来连接肽聚糖构成细胞壁。革兰氏阳性菌的细胞壁包含了大量的磷壁酸。也就是说，在微生物的合成反应中，磷酸盐以磷壁酸的形式进入芽孢杆菌的细胞壁中，最后通过剩余污泥的排放从系统中脱磷。通过芽孢杆菌除磷一般去除率在50%以上，为了保证达标，采取辅助化学除磷。
• 除臭机理：芽孢杆菌可将污水中的氨、氨盐、硫化氢等状态的物质吸收，去除臭气产生成分，大大降低系统臭气产生量。
• 消毒机理：芽孢杆菌在生长代谢过程中，可以溶解或杀灭处理水中的大肠杆菌及一般细菌等。由于系统具有自我消毒能力，剩余污泥基本上不需要进行稳定化就可以进入最终的处理和处置过程。

芽孢杆菌的特点

• 具有超强的繁殖能力，在低温、高盐度、高压等严酷极限环境中也具有适应能力。
• 可分解蛋白质和将淀粉分解至葡萄糖的能力。
• 可分解脂肪酸。
• 可吸收转化增殖分解后的物质。
• 芽孢杆菌属适氮和硫磺素菌种，可将污水中氮素被氧化前的氨、氨盐、硫化氢等状态的物质吸收，去除臭气产生成分，降低系统臭气产生量。
• 具有孢子形成能力，在恶劣环境中能保持活性菌种增殖数量，维持处理能力。
• 可以分泌抗生素，具有杀菌灭菌的功效。