膜分離技術在MBR出水深度處理技術中的應用

曲 磊，楊曉超

（1.天津現代職業技術學院 生物化工系，天津300350；2.西安華新能源工程有限公司，陜西 西安710054）

1 MBR技術原理

隨著人們環保意識的增強和對環境質量要求的提高，傳統生物處理工藝已難以滿足日益嚴格的污水排放及回用標準，而經濟的快速發展又對供水水質提出了更高要求。基于對污水處理工藝的改進，膜生物反應器（MBR）將傳統生物處理單元和現代膜分離技術相結合，開創了污水處理技術的新紀元。

膜生物反應器（MBR）將生物處理工藝與膜分離工藝有機結合，由膜組件代替二沉池進行固液分離，這樣不僅可以將二沉池無法截留的游離細菌和大分子有機物完全阻隔在生物反應池內，提高懸浮固體的去除效率，而且延長了硝化菌等生長緩慢的細菌在反應器中的停留時間。從而提高了硝化效率和難降解有機物的分解效率。該工藝克服了傳統工藝出水水質不穩定、污泥容易膨脹等問題。MBR相對于傳統方法的最大優點是可以有效地保持污泥活性，這是因為MBR對大于膜孔徑的高分子微生物和絮狀物顆粒等有很好的截流作用，有利于產生較高的污泥質量濃度從而加快生化反應速率。其優點主要體現在以下幾個方面：較好的出水水質。可以去除包含有機物和懸浮物在內的大量雜質和病毒、細菌等，具有優良的消毒特性；污泥截留容易控制，有效達到泥水分離的要求；水力停留時間和固體停留時間分離，使運行更穩定；MBR利用緊湊的膜組件代替占地面積較大的二沉池，大大減小了構筑物的占地面積；傳質效率高，氧轉移效率可高達60%左右；模塊化。容易升級改造，易于實現自動控制，操作管理方便等。用作污水處理的MBR工藝，是微濾（MF）或超濾（UF）膜分離技術與傳統活性污泥工藝有機結合而成的新型污水處理工藝，以出水水質好、結構緊湊和產泥率低等特點在污水處理及回用中發揮著越來越重要的作用。MBR對污染物的去除率分別為COD＞90%、BOD5＞95%、SS＝100%，出水濁度小于0.2NTU，可完全滿足RO或NF對進水水質的要求。

2 MBR出水回用的問題分析

但由于現有MBR中通常采用微濾或超濾膜，出水中存在的微量污染物等可能會對回用水的安全性帶來一定影響，而對MBR出水進行深度處理可進一步提高其安全性，拓寬回用水的應用范圍。但該法的處理出水不能夠滿足直接回用標準，需要針對生活雜用、市政雜用、工業冷卻等不同用水途徑，以城市污水及工業污水的二級處理出水為水源，以高效除磷脫氮、膜生物反應器、微濾膜、反滲透、化學絮凝、沉淀過濾、生物過濾、電聚浮等單元技術為核心，通過不同組合方式，將現有的成熟技術最大程度整合，集中突破技術整合過程中的技術難點和關鍵技術，研究開發或同時滿足生活雜用、市政雜用、工業冷卻水質要求的城市污水再生利用工藝技術及配套設備。使處理后的再生水達到市政雜用、生活雜用、園林綠化、生態景觀、工業冷卻、回注地下水、發電廠鍋爐補給水等多種用途要求。

3 膜分離技術的應用

在廢水處理中應用的膜分離過程主要有微濾、超濾、納濾和反滲透，這些分離過程都是以壓力為驅動力，廢水流經膜面的時候，廢水中的污染物被截留，而水透過膜，實現了對廢水的處理。

膜分離技術的高效截留作用使其在污水深度處理中占據重要地位，但存在預處理要求高等缺點。膜生物反應器能截留污水中幾乎全部的生物量，出水水質穩定，能夠為膜分離技術的使用提供良好的水質環境。因此，膜分離技術與膜生物反應器的結合在污水處理中有著良好的發展前景。

3.1 超濾

垃圾滲瀝液中長期大量存在的腐殖酸（Humic substances，HS）是導致滲瀝液處理難度大、出水不易達標的一個重要原因，生物處理（如MBR）出水中有機物主要由HS組成。HS是飲用水消毒副產物的重要前體物之一，同時它也是良好的土壤保肥劑，如果能使滲瀝液中HS與無機鹽類、重金屬有效分離，則不僅可避免HS進入地表水體，還可以將其作為液態肥料加以利用。

針對滲瀝液中腐殖酸（HS）濃度高而導致膜生物反應器（MBR）出水難以達標，以滲瀝液MBR出水為實驗對象，采用超濾技術對其中的HS進行分離濃縮實驗。結果表明：濃縮液中總有機碳（TOC）、腐殖酸（HS）濃度均隨濃縮倍數升高而明顯增加［1］。

3.2 納濾處理

納濾膜能夠截留分子質量為200～2 000的有機物，并且對無機離子也有一定的截留，適合于對MBR出水的深度處理。

3.2.1 印染廢水

Rozz i等［2］指出，MBR－NF組合應用時出水水質高且穩定，各項回用指標優于傳統的生物處理－臭氧氧化－活性炭吸附組合工藝。

（1）采用MBR－NF工藝流程處理印染廢水。在 HRT為30h、MBR進水COD、（NH3－ N）和TN 分 別 為 372～1 121，16.17～26.85，19.18～46.54mg／L的條件下，出水 COD、ρ（NH3－N）和TN分別為94，0.93，8.88mg／L，平均去除率分別為87%、95.8%和70.2%。處理效果優于一般生物處理方法，出水水質可以滿足GB 4287－92《紡織染整工業水污染物排放標準》中的一級標準。

（2）MBR出水再經過NF處理，出水COD、色度、ρ（總Fe）、ρ（總 Mn）和pH 分別 為11～30mg／L、2.3～7.4倍、0.065～0.095mg／L、0mg／L 和8.06～8.21，水質可滿足印染工藝回用要求［3］。

3.2.2 生活污水

MBR－納濾組合工藝處理生活污水和超市廢水，對濁度物質、有機污染物和營養物都有很高的去除效果，對二價及多價離子的去除率也很高，并可部分去除單價離子。出水水質低于城市生活飲用水標準中絕大多數常規檢測項目中規定的限值，也可滿足循環冷卻水用再生水水質標準［4］。

3.2.3 衛生填埋場滲濾液

垃圾滲濾液不同于一般城市污水，是一種成分復雜、有機物濃度極高的廢水。早期的填埋場滲瀝液COD較高，可生化性較好；隨著填埋齡的增加，COD將逐漸降低，氨氮則逐漸升高，可生化性變差。傳統的垃圾滲瀝液的處理方法一般有物化法和生物法。

阿蘇衛垃圾衛生填埋場滲濾液在14年的運行過程中，水質即表現出了滲濾液典型特征。于1998年和2004年先后建成了氧化溝和碟式反滲透處理系統，基于實際運行中系統存在著操作壓力大，預處理作用不明顯等缺點，在2007年改擴建工程中采用了納濾膜技術。

在阿蘇衛垃圾衛生填埋場滲濾液改擴建工程中，以膜生物反應器（MBR）的出水為研究對象，考察了在一定的pH、進水流量、操作壓力下納濾膜對CODcr、NH3－N和電導率的去除情況。結果表明：在設備初期運行階段，在pH為7、操作壓力為0.5MPa時，納濾膜對CODcr的去除率達75%；對NH3－N的去除率較低，出水的NH3－N值略低于進水；對電導率的平均去除率達55%。

3.3 反滲透（RO）

從MBR膜池排出的水經UV消毒渠后，出水直接進入RO反滲透膜系統，反滲透膜幾乎能夠去除水中全部溶解性物質和微生物等，產生的優質回收（純）水可滿足工業用水和飲用水源補給水的要求。將MBR膜池作為RO工藝的預處理并與之結合構成MBR－RO組合工藝，既可有效保證RO系統連續運行、控制膜污染，還可獲得高質量的回收水。

3.3.1 造紙廢水

針對某造紙廠生產廢水SS及難降解污染物含量高的特點，采用強化物化預處理MBR－RO工藝。工程實踐表明，MBR出水達到《造紙工業水污染物排放標準》（GB 3544－2001）一級排放標準，RO深度處理出水可達到該廠回用水標準［5］。

3.3.2 污水處理廠

北京北小河污水處理廠根據出水6萬m3／d達到一次回用，其中1萬m3／d達到高品質再生水的要求，并滿足現況北小河污水處理廠占地面積要求，采用能大大節省占地且出水水質能達到一次回用要求的MBR工藝。

設計中采用了3種消毒工藝，即：紫外線先對MBR膜池出水進行整體消毒，殺滅水中病原微生物；而后，其中的5萬m3／d水量經過臭氧接觸池達到脫色、除味和消毒的目的，從而使出水水質在感觀上得到進一步改善，另外1萬m3／d的水量經過RO反滲透工藝，使水的品質進一步提高，成為高品質再生水；最后，由于紫外線和臭氧消毒均沒有持續殺菌的能力，所以需要加少量氯（采用二氧化氯）消毒，以保持管網的余氯，避免管網的二次污染。

MBR－RO系統既充分發揮了MBR工藝的高效生物降解優勢，又滿足了RO對原水預處理的要求，為污水回收提供了一種新的選擇途徑［6］。

3.3.3 醫院污水

Beier等利用MBR－NF／RO工藝處理醫院污水［7］，結果表明RO膜的處理效果要優于NF膜，經過RO膜處理后，11種藥品的出水濃度均在檢測線以下；RO膜比高級氧化法的效率更高。

3.4 超濾－反滲透聯合處理技術

建立了以混凝－超濾－反滲透組合工藝處理MBR出水的研究設備。研究表明，該組合工藝具有分離有機污染物和脫鹽效果，對 TOC、電導率、CODMn、UV254、濁度、總堿度、總硬度的去除率分別達到93.95%、98.94%、90.69%、99.83%、93.41%、89.21%、97.94%。產水電導率≤10μS／cm，可滿足部分行業的純水使用要求。同時，在線投 加 7mg／L FeCl3和 0.35mg／L 聚 丙 烯 酰 胺（PAM）時，超濾對濁度、UV254、CODMn的去除率分別為82%、20.5%、32.2%，跨膜壓差增長趨勢減緩，膜污染速率降低，節約了清洗膜的藥劑，延長了超濾膜使用壽命，對反滲透膜也具有保護作用［8］。

4 結語

水污染的現實和水質標準的提高，使全球水資源的供需矛盾日益尖銳化，MBR因其獨特的優勢在水處理領域得到推廣。MBR的處理對象由污水處理擴展到給水處理，應用地域也從北美、日本過渡到其它地區。未來MBR與傳統工藝的競爭能力日益增強，在當前未涉及的工業廢水和飲用水預處理方面，應加快MBR的研究開發及應用推廣。處理后水質可以達到自來水標準。通過膜生物反應器（MBR）技術建設小區中水回用工程以及對工業和市政污水處理裝置進行技術及規模升級。膜分離技術成功應用于對MBR出水進行深度處理可提高排放水質并擴大回用范圍，進而實現節約用水和保護環境的雙重目的。

［1］苗豪梅，岳東北.滲瀝液MBR出水分離濃縮腐殖酸的超濾實驗研究［J］.環境衛生工程，2007，15（3）：37～40.

［2］Rozzi A F，Malpei，Bianchi R，et a1.Pilot－scale membrane bioreactor and reverse osmosis studies for direct reuse of secondary textile effluents［J］.Water Sci Technol，2000（4）：189～195.

［3］夏 炎，張林生.MBR－NF處理印染廢水［J］.化工環保，2010，30（1）：52～55.

［4］尹 星.MBR－納濾組合工藝在生活污水和大型超市廢水處理中的研究［J］.環境工程學報，2010，4（1）：120～124.

［5］張景麗，曹占平.造紙廢水處理及回用工程［J］.給水排水，2009，35（3）：69～71.

［6］沈維勇.MBR工藝在北小河污水處理廠改擴建工程中的應用［J］.市政技術，2010，28（2）：114～116.

［7］Beier S，Koster S，Velt m，et al.Treatment of hospital wastewater effluent by nanofiltration and reverse osmosis.5th IWA Conference on Membranes for Water and Waste water Treatment［C］.Beijing：IWA－MTC 2009Organising Committee，2009.

［8］夏四清，童 浩.在線混凝－超濾－反滲透組合工藝處理 MBR出水的中試研究［J］.給水排水，2008，34（12）：31～35.