移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（MBBR）是在固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器和生物濾池的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種改進(jìn)的新型復(fù)合生物膜反應(yīng)器。它克服了固定床反應(yīng)器需要定期反沖洗，流化床反應(yīng)器需要使載體流化，浸沒式生物濾池堵需清洗濾料和更換曝氣器的復(fù)雜操作的不足，又保留了傳統(tǒng)生物膜法抗沖擊負(fù)荷、污泥產(chǎn)量少、泥齡長的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)活性污泥法相比，由于泥齡較長，可保持較多的硝化細(xì)菌，具有更好的脫氮效果。其主要原理是利用污水連續(xù)流過反應(yīng)器填料載體后，在載體上形成生物膜，微生物在生物膜上大量繁殖生長的同時(shí)降解污水中的有機(jī)污染物，從而起到凈化污水的作用，在懸浮床上的微生物經(jīng)水力優(yōu)選，優(yōu)勝劣汰，老化的微生物自然脫膜，從而在填料上持久保持污水處理的優(yōu)質(zhì)微生物組合。

MBBR填料是該工藝實(shí)施的關(guān)鍵材料，是保持微生物數(shù)量和菌群豐度的生物活性載體，它往往采用高分子材料，例如聚乙烯（PE）、高密度聚乙烯（HDPE）、聚丙烯（PP）以及聚氨酯（PU）等制備。這類高分子材料往往是疏水材料，要么彈性不足，要么不怎么親水，傳統(tǒng)上只是單純通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來提高填料的比表面積來提高微生物數(shù)量，材料本身的特性并沒有得到改善，比如材料的親水性差和生物相親性低。

北交源公司與中科院化學(xué)所通過近兩年的共同研發(fā)，在研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人楊海軍教授的帶領(lǐng)下，成功制備了改性氧化石墨烯（m-Go）摻雜的高密度聚乙烯（HDPE）為主體材料的MBBR二代生化填料，使用壽命延長可達(dá)20年，該二代MBBR生化填料具有如下技術(shù)特點(diǎn)：

首先，通過微量石墨烯的添加提高HDPE這種聚合物材料的力學(xué)性能，提高M(jìn)BBR的韌性和抗張強(qiáng)度；

其次，利用改性氧化石墨烯的親水性和生物相親性，加入到HDPE之中，改善MBBR填料的生物相容性，提高微生物附著力，進(jìn)而提高微生物菌群豐度。

再次，通過石墨烯在HDPE之中構(gòu)建3D網(wǎng)絡(luò)通道，通過微毛細(xì)管的拉普拉斯力作用，提高M(jìn)BBR材料的表面粗糙度的同時(shí)，提高微生物的附著力和促進(jìn)微生物基礎(chǔ)代謝能力，激發(fā)胞外聚合物的分泌滲透，進(jìn)而進(jìn)一步提高材料的表面親水性和生物相容性。

最終，利用石墨烯具有的獨(dú)特的富電子性和SP雜化軌道產(chǎn)生的原子級微磁場，氧氣分子具有的順磁性，可以實(shí)現(xiàn)在污水處理之中，氧氣富集于MBBR填料的表面，這樣減少M(fèi)BBR工藝的曝氣量，降低此工藝的運(yùn)行成本。同時(shí)，在MBBR中融入多種有利于微生物快速附著生長的微量元素（生長因子），通過37孔特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，讓填料具有比表面積大、親水性好、生物活性高、掛膜快、處理效果好、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

該類二代MBBR填料，添加微量的改性氧化石墨烯，成本并沒有顯著提高，性能卻得到明顯改善。

某污水處理廠日處理規(guī)模為2萬噸，在投加石墨烯MBBR填料后，氨氮去除率、COD去除率、總氮去除率較傳統(tǒng)MBBR工藝有明顯提高，反硝化過程更充分。處理結(jié)果和對比數(shù)據(jù)如下表所示。

某污水處理廠三種工藝處理效果對比表

北交源注重高科技研發(fā)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，從事生物膜材料與應(yīng)用研發(fā)已10余年，擁有一支經(jīng)驗(yàn)豐富、技術(shù)精湛的研發(fā)隊(duì)伍，形成了由博士、碩士等組成的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。組建了以楊海軍副研究員領(lǐng)銜的“生物膜水處理技術(shù)研發(fā)基地”，涵蓋了MBBR、一體設(shè)備及生物膜工程工藝設(shè)計(jì)等全套工藝技術(shù)鏈條。

旗下子公司——北交源生態(tài)環(huán)境科技（山東）有限公司作為華東地區(qū)生產(chǎn)基地，總占地面積10萬余平方米，擁有20條MBBR懸浮填料現(xiàn)代化生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力達(dá)400m/d。

擁有多項(xiàng)國內(nèi)外發(fā)明專利及實(shí)用新型專利。目前，公司已經(jīng)申請石墨烯MBBR填料的相關(guān)技術(shù)專利，其中包含《一種石墨烯MBBR填料的裝置ZL 2020 2 2000490.9（CN213085787U）》；《一種石墨烯MBBR懸浮載體填料及其制備方法（CN111849051A）》；《一種具有脫氮除磷的市政污水新工藝（CN110642379A）》等13項(xiàng)，已經(jīng)形成自主知識產(chǎn)權(quán)專利包。

目前石墨烯MBBR填料是公司開發(fā)的新一代生物兩親性生化填料，技術(shù)已經(jīng)走在行業(yè)前列，而要繼續(xù)保持技術(shù)創(chuàng)新地位，關(guān)鍵在于環(huán)保市場的普及，要得到大眾污水治理客戶的認(rèn)可，只有越來越多的石墨烯MBBR填料替代傳統(tǒng)MBBR填料走進(jìn)國內(nèi)市場，大范圍應(yīng)用，才能促進(jìn)中上游石墨烯粉體、石墨烯填料的成本下降，進(jìn)而增加中國原始技術(shù)創(chuàng)新的原動(dòng)力。這些技術(shù)完善和標(biāo)準(zhǔn)化工作除了企業(yè)家、行業(yè)協(xié)會(huì)的努力之外，更需要相關(guān)部門制定出臺(tái)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)扶持政策?？上驳氖?，國家出臺(tái)的《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》已將石墨烯作為重點(diǎn)發(fā)展的新材料，其行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)也納入規(guī)劃之中。

相信隨著中國相關(guān)政策，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，資本、技術(shù)的不斷投入突破，未來幾年，中國石墨烯MBBR填料產(chǎn)業(yè)化將加速發(fā)展。