論MBR污水處理設施應用的優越性

李晗

澳洲新南威爾士大學 土木環境學院

MBR的中文釋義為膜生物反應器，主要應用膜高效分離技術以及生物降解作用，對污水進行處理以及回收利用的新型技術。MBR在進行應用時，設備總體一般有生物反應器、膜分離組件兩個部分。根據膜分離組件的設置位置差異，能夠將MBR分為一體式和分置式兩個類別。

一、MBR概述

1、分置式MBR構造及優勢

最先研發出的MBR為分置式，生物反應器中混合液體，在工藝泵壓力增強的情況下，使得液體通入膜組件。在力的作用下混合液水會通過膜成為處理完成水，其他物質則會被膜體截住，同時跟隨濃縮液返還流入反應器中。為了使得膜污染得到減緩，混合液需要將工藝泵以較高的流速壓入至膜組件，膜表面會形成錯流沖刷的效果。工藝循環泵在進行使用時，會使得系統能耗得到增加，膜孔徑不同時，每立方米中的能耗大約為2至10kw·h。相關研究者認為，分置式MBR在進行使用時，高模面的流速所產生的高剪切力，會導致污泥絮體平均尺寸較小，膜生物反應器是以生物反應為基礎的工藝技術，對于生物菌種活性造成破壞，即是使反應器的可應用性大打折扣，最終導致MBR在生物處理中的效果不理想。不過總體而言，分置式MBR在應用時，有運行較為穩定，且操作簡易，管理便利，膜增設及更換都較為容易的優點。

2、一體式MBR構造及優勢

一體式MBR設施則是將模組間在生物反應器中安裝，使用工藝泵負壓進行抽吸，能夠得到膜過濾出水。因為膜在反應器混合液中被浸沒，所以也被稱之為淹沒式及浸沒式。在一體式MBR中，膜組件常使用中空纖維超濾膜及平板膜，依靠水流及空氣擾動，來使得膜污染得到減少。為了對膜污染進行有效的預防，也會在反應器中加上中空軸的設計，通過中空軸旋轉，能夠使得軸上膜隨之進行轉動，從而形成有效的錯流過濾。與分置式相比較，一體式MBR在運行上成本較低、工藝更為簡單，出水工藝泵每立方米能耗僅為0.2至0.4kw·h，只有分置式MBR的10%。不過一體式MBR膜清洗、更換，操作及管理，運行的穩定性等都要差于分置式。

二、MBR在污水治理中的應用

1、城市污水處理

多座城市污水處理廠原本選擇傳統活性污泥法進行污水處理，但因為原污水處理廠的工藝無法達成要求，所以需要進行工藝的改造。在改造中常使用淹沒式MBR，即一體化MBR，以期能夠將出水水質進行提升。以法國某污水處理廠為例，在改造中將原廠曝氣池（容積：320m3）改造為生物反應器，并在其內設置膜組件（體積：8m3），由此構成了淹沒式MBR設施。原本貯泥池改造成缺氧池，對處理廢物進行脫氮，二沉池則改建為剩余污泥池。整體完成改造之后，化學需氧量（CODcr）去除率達到了96%、凱氏氮（TKN）去除率達到了95%，糞便大腸菌則減少了6個數量級，出水的水質能夠完全達成相應要求。

2、中水回用系統

中水回用系統的目的在于使建筑生活污水得到適度處理以后，能夠作為空調冷卻水、沖廁所、綠化、洗車等用水二次利用。因為受到城市建筑及使用目的限制，中水回用的水質要求較高，主要為了避免回用中的衛生問題，同時對于處理流程及占地規模要求越少越好，系統運行中應用穩定、在各種環境中都能適用，且管理性強。盡管在要求上較為苛刻，但MBR能夠完全達成，在上世紀八十年代之后，MBR設施在日本等國家的中水回用系統中的應用逐漸普遍。

3、高濃度糞便污水處理

糞便污水中的有機物含量相對較為高，BOD5含量常在10000mg/L，常規進行糞便污水處理的過程中，會先將污水稀釋后再進行處理。MBR設施使得糞便污水的處理過程中，在不進行稀釋的情況下，實現對其直接進行處理，且在處理效果上能夠達成相應的要求。日本對于膜分離技術的研發使得糞便污水處理技術更為先進，但其核心中仍為活性污泥結合超濾膜組件的MBR設施。比如在日本山梨縣的MBR污水處理廠，在上世紀八十年代末投入使用，該廠中進行糞便污水的處理工藝首先為活性污泥添加，其次進行膜分離組合工藝，之后進行混凝，再后進行膜分離組合工藝，最后的處理過程為活性炭吸附，完成后處理水流出。首段膜需要在1到2個月之內進行次氯酸鈉（200mg/L）的沖洗（1次），第二段膜則每兩周進行溴酸（500mg/L）沖洗（1次）。

4、其他廢水處理應用

MBR廢水處理設施在進行其他高濃度有機類型的廢水及垃圾滲濾液的處理時，有較多的應用實例。比如運用膜厭氧生物反應器進行玉米廢水處理試驗時，處理結果表明了CODCr去除率達到了97%。再比如膜厭氧生物反應器對35℃條件下，CODCr濃度極高的奶酪廢水進行處理時，去除率達到了95%至99%左右。這也說明，在進行應用的過程中，MBR的應用范圍較廣.

三、MBR在污水治理展望

在污水回用以及場地限制時，MBR技術應用中的優勢最大。在技術的應用中，使膜的性價比提升以及將膜污染減少，是推廣MBR應用的關鍵。MBR未來研究的主要方向為：對性能高、成本低的膜進行研究。在現階段中，盡管分置式MBR在性能上穩定、優越，但是運行的成本相對較高，甚至是較常規的處理方式更高。同時回流污泥泵對于活性污泥的性能影響較大。現階段一體式中空纖維MBR，能夠使得循環泵能源消耗降低，中空纖維在曝氣管上方進行安裝，這也會使得膜面上的污染相對更少。不過一體式MBR在進行化學清洗的過程中，相對較為困難，所以推廣應用受限，未來發展中期待有更為完善的一體式MBR.

結束語

膜分離能夠使得污水中難以降解的大分子，于一定體積的生物反應器中進行留置后，達成較好的去除效果。MBR設施系統能夠使高生物量濃度的污水具有較高成效的有機物去除效果。MBR能夠對污泥沉降性能及先關限制進行克服，去除設施中的二沉池，與此同時達成除菌及澄清的目的。若是在建設完成的污水處理廠中應用MBR，不使得反應器容積增加，也能夠達成處理水量提升的效果。