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BBR 工艺原理及特点简析陈茂荣（福州城建设计研究院有限公司，福建福州350001）摘要：污水处理工艺决定了污水处理的效果以及经济性，而传统的污水处理工艺普遍存在处理效率不高而成本却较高的问题，高效脱氮除磷新工艺在解决上述问题时，发挥着重要作用。本文通过对 BBR 工艺的原理及特点进行分析，反映出该工艺相比传统污水处理工艺具有一定优势，具有广阔应用前景。关键词：BBR 工艺芽孢杆菌污水处理工艺原理中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1004-7050（2022）09-0163-031现代污水处理技术概况现代污水处理技术，根据作用机理可分为物理处理、化学处理及生物处理 3 类。经过近几十年的实践，生物处理法在城市污水处理技术中取得显著效果，但传统生物脱氮除磷技术受条件限制，其处理效果存在一定局限性，故在众多学者的探索中，高效、低耗、高质量的新型处理工艺不断涌出。近年来，一种以芽孢杆菌为优势菌的生物反应器污水处理工艺（简称 BBR工艺），因具有高效脱氮除磷效果，已在多个市政污水处理厂成功应用1-3。2BBR 工艺简介BBR 工艺是以芽孢杆菌为优势菌的生物反应器污水处理工艺，是由活性污泥法及生物转盘工艺演变而成的一种污水处理工艺。该工艺结合了附着型生物处理（生物膜）和悬浮型生物（活性污泥）处理技术，引入优势培养的芽孢杆菌菌属，配套投加营养液为芽孢杆菌的繁殖和优势化培养提供了微量元素，保证 BBR工艺系统内芽孢杆菌接种后无需反复投加补充，有效地解决了脱氮、除磷以及消除恶臭等诸多污水处理的难题。BBR 污水处理工艺的核心技术是 BBR 生物处理装置、芽孢杆菌、营养液；该污水处理系统主要由混合配水池、BBR 立体网状旋转接触体装置、BBR 限氧曝气池及沉淀池组合而成。其具体工艺流程如图 1 所示。3BBR 工艺原理3.1脱氮原理传统的生物脱氮工艺中，氮的去除是通过硝化与反硝化两个独立的过程实现，传统理论认为，进行硝化与反硝化的细菌种类和所需环境条件都不同，所以很难设想能在同一反应器中同时实现硝化与反硝化两个过程。BBR 工艺对氮的去除虽基于传统脱氮原理，但又不同于传统工艺，其脱氮原理主要有以下几部分：3.1.1BBR 设备中的同步硝化反硝化同步硝化反硝化是指在低氧（0.5 mg/L1.0 mg/L）条件下，一个反应器同时存在硝化作用和反硝化作用，实现一步污水脱氮。从物理学角度认为，产生该现象是由于在微生物絮体（生物膜）中形成了溶解氧梯度。在微生物絮体外表面溶解氧较高，微生物菌群以好氧菌、硝化菌为主；深入絮体内部，由于氧传递受限，以及有机物氧化、硝化作用的消耗，形成缺氧区，反硝化菌占优势；正是由于絮体（生物膜）内部存在缺氧环境，促使同步硝化反硝化现象的发生。BBR 网状旋转接触体转盘 40%浸没在水中，转速 2.5 r/min5 r/min，使生物转盘挂膜交替在空气中与水中形成了水上、水下的好氧区与缺氧区，同时也形成了生物膜的膜里膜外的好氧区与缺氧区环境，即系统中形成了水上水下及膜里膜外两级 AO。由于生物挂膜载量大，可在较短的停留时间下，在 BBR 设备中的两级 AO 内完成同步硝化反硝化，此反应类似于厌氧氨氧化。同步硝化反硝化见式（1）：枯草芽孢杆菌等NH4+NO2-H2O+N2.（1）系统以 NO2-为电子受体，NH4+为电子供体，进行反硝化；这种反应是目前最高效节能的脱氮方式，比传统脱氮节省 60%曝气量，属自养脱氮，无需外碳源，且污泥产量低。内回流的亚硝酸盐在 BBR 生物转盘中也发生式（1）反应，该过程利用无机氮源产能供微生物合成代谢使用。3.1.2芽孢杆菌异化作用脱氮（分解代谢）传统的反硝化过程，即反硝化菌在缺氧环境下将硝态氮转化成氮气的过程，而 BBR 工艺在优势芽孢收稿日期：2022-08-19作者简介：陈茂荣，男，1985 年出生，毕业于武汉工程大学，硕士学位，中级工程师，主要从事环境工程设计工作。总第 205 期2022 年第 9 期山西化工Shanxi Chemical IndustryTotal 205No.9，2022DOI:10.16525/14-1109/tq.2022.09.065图 1BBR 工艺流程沉砂池混合配水池装置限氧曝气池沉淀池消毒池出水粗、细格栅进水混合液回流污泥回流污泥池污泥脱水环境保护BBR山西化工第 42 卷杆菌作用下，可在生化池中发生短程硝化反硝化。短程硝化见式（2）：NH4+1.5O2NO2-+H2O+2H+巨大芽孢杆菌.（2）短程反硝化见式（3）：NO2-N2ON2传统反硝化菌及芽孢杆菌.（3）传统反硝化见式（4）：NO3-NO2-N2传统反硝化菌及芽孢杆菌.（4）此反应过程为异养反硝化，短程硝化反硝化和传统反硝化同时进行。当水温在 12 以上时以芽孢杆菌和传统脱氮菌协同完成脱氮；而水温低于 12 时则以芽孢杆菌为主，确保脱氮效果。因此 BBR 工艺在低温条件下亦有较好的脱氮效果。3.1.3芽孢杆菌同化作用脱氮（合成代谢）氮源因硝化反应转化成硝酸盐化合物时很多微生物以亚硝酸盐离子（NO2-）为氮源使用，但硝酸盐无论在微生物中，或是作为厌氧呼吸的最终电子受体，都需经还原后方可被使用。芽孢杆菌可分泌亚硝酸还原酶，将 NO2-还原成NH3，之后芽孢杆菌通过同化作用将 NH3进行吸收利用，转化为自身营养物质。传统脱氮还原机理见式（5）：NO3-NO2-N2同化硝酸还原酶同化亚硝酸还原酶.（5）芽孢杆菌还原见式（6）：NO3-NO2-NH3同化硝酸还原酶同化亚硝酸还原酶.（6）芽孢杆菌同化作用反应见式（7）：HOOC（CH2）2COCOOH+NH3+NADPH+H+HOOC（CH2）2（CH2）CH（NH2）COOH+NADP+H2Oglutamic 氢酶.（7）3.2除磷原理传统生物除磷是在厌氧条件下，聚磷菌体内 ATP进行水解，释放 H3PO4和能量形成 ADP；在好氧条件下，聚磷菌有氧呼吸，不断地放出能量，在酶的催化作用下利用能量，通过主动运输从外部摄取 H3PO4，其中一部分与 ADP 结合形成 ATP，另一部分合成聚磷酸盐（PHB）储存在细胞内，实现过量吸磷；但当聚磷菌进入内源呼吸阶段会将已吸收的磷重新释放，影响除磷效果4。BBR 工艺系统以芽孢杆菌为优势菌种，其类属革兰氏阳性菌（大量的芽孢杆菌混合菌 Bacillus spp.），细胞壁较厚而均匀，化学成分较单一，主要为肽聚糖和磷壁酸。磷壁酸是革兰氏阳性菌（G+）细胞壁特殊组分，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸，可储存大量磷元素，用于芽孢杆菌自身合成代谢。而传统活性污泥中细菌多为革兰氏阴性菌，如硝化细菌、反硝化细菌、聚磷菌等，细胞壁较薄，有多层构造，其化学成分包含肽聚糖、一定含量的脂类、蛋白质等成分，不含磷壁酸，合成代谢过程基本不利用磷元素。因此革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌含磷量高出很多，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，具有更高效的除磷效果。BBR 工艺系统内芽孢杆菌在二沉池中基本无有机物和溶解氧的条件下部分休眠，休眠过程中分泌大量 EPS 黏性物质，改善污泥絮凝性的同时吸附水体中磷酸盐，泥水分离过程能够额外去除一部分磷。BBR 工艺系统内芽孢杆菌为复合菌种，含有巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌等菌属，其中巨大芽孢杆菌是有机磷的分解菌，将水体中有机磷充分分解为磷酸盐，使其在好氧条件下被吸收。综上，BBR 工艺较传统工艺除磷效果更好，可减少深度处理中化学除磷药剂的投加。3.3除臭原理污水中的臭气主要成分是由蛋白质、脂肪、碳水化合物等经微生物呼吸、发酵的产物和不完全产物，主要为硫化氢、甲硫醇、甲基硫醚、氨、胺类等。而BBR 工艺所采用的芽孢菌属在污水中的氮、硫成分被氧化前摄取氨、氨盐、硫化氢等物质，进入合成代谢过程；另外，芽孢杆菌分泌大量 EPS 黏性物质，具有强吸附能力，可将硫醇、胺等恶臭物质吸收去除，整个工艺具有良好的除臭效果。通过将 BBR 系统产生的污泥含有芽孢杆菌，回流至预处理前端，与原水充分混合，当原水中所带臭气与芽孢杆菌接触时极短时间内被吸收，不继续往空气中释放臭气；其次在生化池中，芽孢杆菌与水体及污泥处于完全混合状态，生化处理过程中产生的臭气与芽孢杆菌接触时在极短时间内即被吸收，从而达到除臭的效果，改善污水处理厂环境。因此 BBR 工艺可以从源头上对污水进行高效除臭，无需另外设置除臭系统。4BBR 工艺特点1）BBR 工艺的核心是使用芽孢杆菌属作为系统的优势菌属，芽孢杆菌脱氮除磷能力强；另外，芽孢杆菌生长环境也不像一般的专属好氧菌和专属厌氧菌那么严格，其在 6 43 水温均具有高效的处理能力，故 BBR 工艺整体耐冲击能力强，且具有高效脱氮除磷效果。2）BBR 工艺前端的 BBR 装置可实现同步硝化反硝化反应，在工艺前端即可去除大量的 COD、BOD、氨氮，使进入后端生化池的污染物量减少，所需的溶解氧也较低，约 0.1 mg/L1.0 mg/L 即可4；且 BBR 工艺1642022 年第 9 期Study on Heavy Metal Monitoring and Control Countermeasures in Industrial WaterPollution Environmental TreatmentChen Hui（Consulting Service Company of Shandong Public Environmental Protection Technology Group Co.,Ltd.,Jining Shandong 272000）Abstract:The detection of heavy metal components in water resources is an extremely important work.Based on existing research,thispaper expounds the harm of industrial water pollution,analyzes the phase of heavy metal treatment in industrial production,and putsforward effective prevention and control points according to heavy metal detection methods.Key words:industrial water pollution;environmental governance;heavy metal monitoring;prevention and control points资源保护，加强工业废水污染重金属检测力度，做好废水治理，这是保护水环境的有效方式。水土流是会使得河流中的泥沙含量不断增高，同时水土流失携带大量的农药和化肥残留，加剧了工业水污染环境治理难度。开展水土保持工作，能有效地杜绝水土流失，缓解污染物进入到水生态系统中实现水源的涵养与调节。在工业水污染环境治理、重金属检测过程中。还需要加大环保宣传力度，尽可能的加大水资源保护，进一步的提高公众对水资源防护的重要性，自觉地参与到水资源保护过程中，进一步的树立生态文明以及人水和谐的理念，使生活用水更加的清洁、安全。参考文献1姜领燕，耿维顺.工业水污染环境治理中的重金属监测与防治对策研究J.探索科学，2020（8）：196-197.2陆雅燕，费春娟.浅析重金属检测技术在环境水质分析中的应用J.探索科学，2021（7）：304-305.3宋赛虎，孟繁华，郝艳，等.东北及黄淮海平原农产品产地土壤污染风险及防控对策J.环境科学研究，2018，31（10）：1662-1668.4柳亚杰，汪冀.浅谈水源污染与区域健康关系保定地下水污染及与环境健康分析C/第七届环境与发展论坛论文集，2021：514-517.5曹昕鑫.基于 APPI 指数系统的旱作农田面源污染发生潜力及优