ТЕХНОЛОГИЯ MBBR В БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД: ПРИНЦИП РАБОТЫ И ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ

MBBR TECHNOLOGY IN BIOLOGICAL WASTEWATER TREATMENT: OPERATING PRINCIPLE AND APPLICATION EXPERIENCE

Egor Lozhkin

student, Department of Water Use and Ecology, Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering,

Russia, Saint-Petersburg

АННОТАЦИЯ

Рассматривается технология биологической очистки сточных вод с использованием реактора MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor – реактор с подвижной био-пленочной загрузкой). Приведены подробные сведения о принципах работы MBBR, разновидностях носителей биоплёнки и особенностях процесса. Проанализирован международный опыт внедрения MBBR в Европе, Азии и США, включая эффективность очистки и соответствие нормативным требованиям.

ABSTRACT

The technology of biological wastewater treatment using the MBBR reactor (Moving Bed Biofilm Reactor) is considered. Detailed information on the principles of MBBR operation, types of biofilm carriers and process features is provided. International experience of MBBR implementation in Europe, Asia and the USA is analyzed, including the efficiency of treatment and compliance with regulatory requirements. 

Ключевые слова: MBBR, биоплёнка, очистка сточных вод, подвижная загрузка, активный ил.

Keywords: MBBR, biofilm, wastewater treatment, moving bed, activated sludge

Биологическая очистка сточных вод является ключевым этапом для защиты водоёмов от загрязнения органическими веществами, биогенными элементами и другими примесями. В конце 1980-х годов в Норвегии была предложена инновационная технология MBBR, сочетающая преимущества взвешенного и прикреплённого роста микроорганизмов. MBBR расшифровывается как Moving Bed Biofilm Reactor – реактор с движущейся (подвижной) биоплёнкой, в котором бионосители свободно перемещаются в потоке сточной воды. За прошедшие десятилетия MBBR получил широкое распространение по всему миру для очистки коммунальных и промышленных стоков, обеспечивая эффективное удаление БПК/ХПК, нитратов и аммония. Настоящая работа представляет всесторонний обзор технологии MBBR, включая ее принцип действия, международный опыт эксплуатации, соответствие современным экологическим нормативам, расчётные показатели эффективности и энергетической эффективности, сравнительный анализ с альтернативными методами, а также перспективы дальнейшего развития.

Принцип работы MBBR и виды бионосителей

MBBR — биореактор с плавающими пластиковыми носителями (плотность ~0.95 г/см³), на которых закреплена биоплёнка. Носители из HDPE равномерно распределяются в объёме за счёт аэрации (в аэробных зонах) или мешалок (в аноксидных/анаэробных). На выходе решётка удерживает носители в системе. Специальная форма носителей (цилиндры/диски с перегородками) максимизирует площадь для микроорганизмов.Позднее появились модификации с ещё большей площадью – например, носители Bio-Chip представляют собой тонкие изогнутые диски диаметром около 30 мм с пористой структурой, обеспечивающей экстремально высокую суммарную площадь (до ~3000 м^2/м^3) для роста биоплёнки.. Благодаря этому в MBBR реализуется механизм саморегулирования биомассы: избыточная биоплёнка постепенно слущивается при трении носителей и выносится из реактора потоком воды.

Для стабильной работы MBBR критичны перемешивание носителей и аэрация. Воздух от диффузоров не только обеспечивает кислород, но и перемешивает загрузку, повышая энергозатраты на аэрацию (часть энергии расходуется на движение носителей). Эксплуатация упрощена за счёт отсутствия рециркуляции (не требуется контроль илового индекса и MLSS). Технология устойчива к проблемам седиментации: даже при всплытии/вспенивании ила основная биомасса сохраняется на носителях, поддерживая качество очистки.

Международный опыт применения MBBR (Европа, Азия, США)

Европа стала пионером внедрения MBBR: первые установки появились в Норвегии (1990-е) под руководством Х. Эдегорда. Технологию распространила компания AnoxKaldnes (ныне Veolia Water). В Европе MBBR широко применяют как на новых, так и модернизируемых ОС, часто комбинируя с анаэробными/аноксидными зонами для удаления биогенных элементов и доочисткой фосфора. Норвежский опыт подтверждает эффективность нитрификации при 11°C (~1.2 г NH4–N/м²·сут) и денитрификации (~3.5 г NO3–N(экв.)/м²·сут), что делает MBBR популярным в холодном климате Северной Европы. Технологию также используют для промышленных стоков — от пищевых отходов до минерализованных вод нефтедобычи (крупнейшая установка Suez на Ближнем Востоке, ~700 м³/сут.). Азия активно перенимает опыт MBBR, часто для реконструкции перегруженных городских очистных сооружений. В Японии еще в 2000-х годах проведены масштабные исследования по модернизации существующих станций активного ила добавлением движущейся загрузки. Согласно данным, переход к MBBR в японских системах позволил достичь степени удаления БПК около 93% и суммарного азота ~75%. Это при том, что внедрение MBBR нередко осуществлялось в уже работающие системы (то есть по схеме IFAS – см. далее). В Индии MBBR получила широкое распространение благодаря компактности: к 2012 году действовало 300–400 установок. Технология подтвердила сокращение площади сооружений на 50+% при высокой эффективности очистки, но выявила проблемы: без должной предварительной обработки высокое содержание взвесей и жиров в стоках вызывало засорение носителей, что требует обязательного применения отстойников/фильтров и контроля за жирами. В США и Канаде внедрение MBBR шло медленнее Европы. Американские нормативы фокусируются на достижении вторичного уровня очистки (БПК5 ~30 мг/л, удаление 85% органики) с дополнительными требованиями к биогенам в экологически чувствительных регионах. С начала 2000-х крупные города США (Нью-Йорк, Чикаго) тестировали MBBR и гибридные системы для интенсификации удаления азота. Например, модернизация станции в Миссури снизила аммоний с ~15 мг/л до <3 мг/л, гарантируя соблюдение норм даже зимой. Мировой опыт подтверждает гибкость MBBR: технология эффективна для объектов любого масштаба — от малых автономных систем до крупных городских ОС и промышленных стоков (пищевых, нефтехимических, ЦБК).

Таблица 1.

Примеры применения MBBR и достигнутая эффективность очистки (обобщённо по литературным данным)

Список литературы:

1. Khafaji S.A. et al. (2023). A Comprehensive Review of Moving Bed Biofilm Reactor for Different Wastewater Treatment and Reuse. Eurasian Journal of Engineering and Technology, 16(March), 56 - 62.
2. SSWM/NaWaTech Project (2014). Factsheet: Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) – design, operation and global experiences. NaWaTech/SSWM Resource Centre.
3. Ødegaard H. et al. (2004). State of the Art in Europe of the Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) Process. Proc. Water Environment Federation (WEFTEC), New Orleans, 348–354.
4. U.S. EPA (1984). 40 CFR Part 133 – Secondary Treatment Regulation. Code of Federal Regulations, 49 FR 37006.
5. СанПин 2.1.5.980-00 (2000). Гигиенические требования к охране поверхностных вод. Москва.
6. Душенко А. (2018). Описание технологии MBBR (реактор с подвижной биопленкой) техническая записка ООО «ВодаСофт».