三種膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝在中水回用中比較研究

盧 曠

（杭州天川環(huán)保科技有限公司浙江杭州310030）

1 概述

我國是一個水資源十分匱乏的國家，人均水資源占有量僅為世界人均占有量的25%，而且呈現(xiàn)出時空分布不均，開發(fā)利用難度大等特點，導(dǎo)致我國許多地域和城市面臨著嚴重缺水的現(xiàn)狀。據(jù)統(tǒng)計，我國三百多個大中型城市中有一百八十多個城市缺水，其中有五十多個屬于嚴重缺水型城市，這在很大程度上制約了這些城市的經(jīng)濟發(fā)展和人民群眾生活水平質(zhì)量的提高。我國萬元GDP用水量是美國的8倍、德國的11倍，是世界平均水平的5倍，而目前工業(yè)污水的再生回用率僅為6%，市政污水回用率更低。

中水又稱再生水，是指污水處理后，達到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，滿足某種使用需求可以進行再次使用的水，它是介于下水（污水）和上水（自來水）之間。中水具有很好的經(jīng)濟效益，一方面中水可以用于城市景觀和市政園林綠化、車輛沖洗、工業(yè)冷卻等各個方面，還可以大幅度減少對“上水”的消耗量，有效緩解水資源短缺問題，實現(xiàn)水生態(tài)的良性循環(huán)。而采用膜生物反應(yīng)器（MBR）污水處理新工藝處理污水的最大優(yōu)勢就是經(jīng)過處理后的排出水可滿足城市污水再生利用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)消毒后即可作為中水進行回用。

2 膜生物反應(yīng)器（MBR）簡介

膜-生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor,簡稱MBR），是以膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)有機結(jié)合的一種新型廢水處理系統(tǒng)，不同于活性污泥法，它是以膜組件代替以往傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)末端二沉池，在生物反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度，提高生物處理有機負荷，通過保持低污泥負荷減少剩余污泥量。通過膜生物反應(yīng)器工藝處理的廢水具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、良好，工藝簡單，占地面積少，模塊化設(shè)計易于根據(jù)水量情況進行自由組合，自動化程度高便于管理，出水細菌、懸浮物和濁度接近于零，還可以截留糞大腸菌等生物性污染物，處理后的出水經(jīng)消毒后可以直接回用。

3 膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝分類

膜生物反應(yīng)器根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，可以進行不同的分類（見表1）。根據(jù)膜組件在膜生物反應(yīng)器中所起得作用不同，可將MBR分為分離膜生物反應(yīng)器（BSMBR）、無泡曝氣膜生物反應(yīng)器（MABR）和萃取生物反應(yīng)器（EMBR）三類。根據(jù)膜組件和生物反應(yīng)器組合，MBR分為一體式膜生物反應(yīng)器、分置式膜生物反應(yīng)器和復(fù)合式膜生物反應(yīng)器；根據(jù)膜組件類型的不同分為中空纖維、管式、板框式（平片式）、卷式和毛細管式；根據(jù)膜材料點的不同可以分為有機膜和無機膜；根據(jù)壓力驅(qū)動形式的不同，可以分為外壓式和抽吸式；根據(jù)生物反應(yīng)器的不同，可以分為好氧型和厭氧型。

表1 ：MBR的分類

4 膜生物反應(yīng)器（MBR）應(yīng)用比較

根據(jù)膜組件與生物反應(yīng)器的物理位置的不同，膜生物反應(yīng)器的工藝類型可以分為一體式生物器（SMBR）、分置式生物反應(yīng)器（RMBR）、復(fù)合式膜生物反應(yīng)器（HMBR）。

4.1 分置式膜生物反應(yīng)器（Recirculated Membrane Bio-Reactor,RMBR）

原理及應(yīng)用：RMBR是將膜組件和生物反應(yīng)器分開設(shè)置，其中生物反應(yīng)器中的混合液經(jīng)循環(huán)泵增壓后打至膜組件的過濾端，在壓力作用下混合液中的液體透過膜而成為系統(tǒng)處理水。姚宏等采取中試規(guī)模（處理水量1.5t/h）缺氧-好氧（A/O）分置式膜生物反應(yīng)器來處理回用城市污水，通過實驗發(fā)現(xiàn)，COD去除率達90%以上，NH3N去除率達95%以上，出水中的水質(zhì)化學(xué)需氧量濃度小于20mg/L、氨氮的質(zhì)量濃度小于1mg/L，濁度小于0.1NTU。此外，在出水水質(zhì)中沒有檢測出懸浮物、大腸桿菌等。

優(yōu)點及不足：RMBR具有運行可靠穩(wěn)定，易操作管理，膜組件與生物反應(yīng)器間的相互影響小，單位面積膜的水通量大以及膜易于清洗、更換和增設(shè)等優(yōu)點；但不足之處在于：為了減少污染物在膜表面的沉積，一般對膜面流速要求較高，單位產(chǎn)水能耗就會相應(yīng)的提高，此外，這種工藝中的循環(huán)泵內(nèi)的高剪切力會導(dǎo)致生物絮體被破壞，生物活性大為降低等。

4.2 一體式膜生物反應(yīng)器（Submergered Membrane Bio-Reactor,SMBR）

原理及應(yīng)用：把膜組件置于生物反應(yīng)器內(nèi)部，通過泵的抽吸得到過濾液，膜表面清洗所需的交錯流由空氣攪動產(chǎn)生，曝氣器設(shè)置在膜的正下方，混合液隨氣流向上流動，在膜表面產(chǎn)生剪切力，其中大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在負壓作用下由膜過濾出水。白曉慧等選擇用一體式膜生物反應(yīng)器工藝對生產(chǎn)醫(yī)藥過程中的體酰氯廢水進行處理實驗后發(fā)現(xiàn)，原水COD為7000-51550mg/L，PH值為4-13時，厭氧池去除率在50%左右，采取一體式膜生物反應(yīng)器工藝處理中，膜生物反應(yīng)器處理效率在80%以上，COD去除率最高達96%，出水水質(zhì)的各項指標(biāo)均達到排放標(biāo)準(zhǔn)。

優(yōu)點及不足：采取一體式膜生物反應(yīng)器，由于膜組件直接放在生物反應(yīng)器內(nèi)，大大減少了占地面積，整體性強；膜表面的錯流是靠空氣攪動產(chǎn)生，不需要大功率的循環(huán)泵，運行動力費用大為降低；不足：一體式膜生物反應(yīng)器具有與生俱來的缺點，比如氧利用率低、膜污染嚴重、需要定期清洗等問題。此外，還存在出水不連續(xù)，單為膜面積的水通量較低，一般僅為5-10L/m2·h。

4.3 復(fù)合式膜生物反應(yīng)器（Hybrid MembraneBio-Reactor,HMBR）

原理及應(yīng)用：復(fù)合式膜生物反應(yīng)器實際上也是屬于一體式膜生物反應(yīng)器，所不同的是在生物反應(yīng)器內(nèi)加裝填料，形成微生物降解與膜的截留作用結(jié)合而形成復(fù)合式處理系統(tǒng)，這種處理工藝改變了反應(yīng)器的某些性狀，提高生物反應(yīng)器中的污泥濃度，以此來實現(xiàn)提升污水處理效率，在維持膜通量的基礎(chǔ)上可以延緩膜污染量。楊孟通過采用復(fù)合式膜生物反應(yīng)器去處理校園生活污水后得出：對氮的平均去除率達98%，出水氨氮濃度平均為0.40mg/L；對TN的平均去除率為21%；對COD、TOC、色度的平均去除率分別為90%、98%、98%，出水中的SS以及濁度幾乎為零。

綜上，由于膜生物反應(yīng)器的工藝類型不同而導(dǎo)致其對于軟件硬件設(shè)施的要求差別較大，工藝特點和優(yōu)缺點也不盡相同（見表2）。

表2 ：膜生物反應(yīng)器優(yōu)點與不足

5 結(jié)論

總之，由于膜生物反應(yīng)器（MBR）在污水處理中具有流程簡便、出水水質(zhì)好、耐沖擊負荷、剩余污泥少、占地面積少、易于管理等特點。但由于不同的膜生物反應(yīng)器有著各自不同的工藝特點，企業(yè)在選擇工藝時可以根據(jù)自身的物力、實際情況合理做出選擇。未來，對于那些居民點、旅游度假區(qū)等無排水管網(wǎng)系統(tǒng)的小區(qū)，現(xiàn)有城市污水處理廠的更新升級，洗車業(yè)、流動廁所等有污水回用需求的地區(qū)和場所，以及酒精、皮革等高濃度、有毒、難降解的工業(yè)廢水處理等領(lǐng)域，膜生物反應(yīng)器（MBR）有著廣闊的應(yīng)用前景和巨大市場潛力。

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