膜生物反應器在污水再生處理中的應用分析

崔瓊文

【摘要】膜生物反應器（Membrane Bioreaetor。簡稱（MBR）是一種新型高效的水處理技術。主要介紹了（MBR）工藝的原理、特點、分類及其在污水再生處理領域的應用情況。

【關鍵詞】污水處理 膜生物反應器

1新型膜生物反應器種類

1.1高截留膜生物反應器

高截留MBR是目前膜法水處理的一個研究熱點，包括正滲透MBR（FO-MBR）、納濾MBR（NF-MBR）、膜蒸餾MBR（MDBR）等。高截留MBR的特點是用截留分子質量小的膜（如FO膜、NF膜等）代替?zhèn)鹘y(tǒng)MBR中的微濾（Microfihration，MF）或超濾（Uhrafihration，UF）膜，因此出水水質優(yōu)良，在提升再生水水質中具有良好的應用前景。正滲透（Forwardosmosis，F(xiàn)O）是指水通過選擇性滲透膜從高水化學勢區(qū)域向低水化學勢區(qū)域的傳遞過程。由于FO膜出水中有機物含量很低，有利于減輕后續(xù)處理的壓力。Qin等將FO-MBR與RO工藝結合，既可以有效緩解RO膜污染，同時又解決了目前工業(yè)和市政污水處理排放中存在病原菌、微量有機物等問題。納濾（NF）膜具有很高的截留率，與RO膜相比其能耗較低。Yamamoto和Elimelech等課題組均對目前的MBR-RO工藝提出了新的改進方案，通過NF-MBR工藝獲得了較好的出水水質，但是還需要解決NF通量較低等問題H1;Elimelech等制備了復合NF膜，與傳統(tǒng)的PVDF膜相比，該種膜具有更高的通量，同時提高了膜的抗污染性能。Elimelech教授課題組還將碳納米管與制膜結合起來，制備了納米管膜。這種膜具有很高的鹽截留率，在凈化污水方面具有廣闊的應用前景。

膜蒸餾MBR（MDBR）也是一類近年來比較新的高截留MBR，該反應器需要較高的溫度環(huán)境（約50°C，可利用廢熱），以促使水通過膜蒸餾透過膜，出水純度高，污染程度輕，比傳統(tǒng)的MBR RO工藝運行費用低。Fane等利用MDBR處理污水，污泥濃度能穩(wěn)定在5g/L，通量穩(wěn)定在5L/（m²·h），污染輕。MDBR不僅出水水質極好，基本不含有機物，而且對于RO膜等難以去除的N一亞硝基二甲胺（ND-MA）都能有效去除。除此之外，能耗<1kW·It/m³。目前，MDBR還處于研究階段，如何使廢水生物系統(tǒng)適應較高溫度、高鹽度及提高通量等是MDBR今后必須解決的問題。高截留MBR中，由于對有機物截留程度高，有機物停留時間（ORT）要遠大于污泥停留時間（SRT）和水力停留時間（HRT），因此有機物能得到更多被降解的機會。在高截留MBR中普遍存在的問題是反應器內的微生物必須適應高鹽度或者高溫環(huán)境，其次是能否在較高通量下不出現(xiàn)嚴重的膜污染，因此保持長期穩(wěn)定運行的方法還需要進一步研究。但是作為一種低能耗、處理效果優(yōu)異的新工藝，高截留MBR具有極大的研究和應用價值。

1.2斜板膜生物反應器

Yamamow等Mo開發(fā)了缺氧/好氧MBR，即斜板MBR（ipM-BR），其該工藝缺氧池中污泥濃度較高，可以吸附進水中大部分有機物，通過在缺氧段設置斜板分離污泥，吸附大量有機物的污泥可以進行消化，回收生物質能。缺氧和好氧池的污泥濃度由缺氧池的上升流速和回流比確定，好氧池的污泥濃度控制在較低水平，

可以有效緩解膜污染。Chiemchaisri等利用該反應器處理垃圾填埋場的滲濾液，對BOD，和COD的去除率分別達到99%和60%以上，對總氮的去除率達80%以上。Fontanos等利用該反應器處理市政污水，通過調控回流比可以有效改變缺氧池和好氧池的污泥濃度，對于波動較大的進水具有很好的適應能力。MBR與活性污泥法中的AB法類似，進水中大多數(shù)有機物通過吸附先被去除，然后通過消化等過程回收其中的生物質能，后續(xù)的好氧生物處理工藝的負荷得到減輕，污泥濃度也可以降低，由此可以緩解膜污染。

1.3真空旋轉膜生物反應器

真空旋轉MBR與傳統(tǒng)浸沒式MBR（sMBR）的不同之處在于其膜組件是可以活動的，該組件以1～2r/rain的轉速旋轉。旋轉產生的剪切力與中央大氣泡曝氣產生的氣體對膜表面的沖刷作用可使組件任何部分都不聚集污泥，因此無需清洗。Keucken等對真空旋轉MBR進行了中試研究，膜組件由一中空的旋轉軸組成，周圍有6-8塊膜組件，膜材料是孔徑為0.04岬的聚醚砜膜。結果表明，長期運行過程中（尤其在低溫條件下）能保持TMP的穩(wěn)定。

2 MBR在污水再生處理中的應

城市污水的再生利用是實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用和城市可持續(xù)發(fā)展必不可少的環(huán)節(jié)，是解決水資源供需矛盾，減輕水體污染，改善生態(tài)環(huán)境的重要途徑。近年來MBR在污水再生利用中的應用越來越廣泛，并帶來明顯的經濟效益、可觀的環(huán)境效益和社會效益。

3國內應用狀況

大連香格里拉大飯店中水回用工程設計規(guī)模為60m³/d，來水為優(yōu)質雜排水，原有的中水再生回用系統(tǒng)是以接觸氧化池、沉淀池和砂濾罐為主體，共占地280mz，通過改造為以MBR為核心的中水再生回用系統(tǒng)后占地僅48m²，是原占地面積的17%，為酒店節(jié)省了寶貴的空間。核心處理區(qū)MBR由原水池改建而成，主要設計參數(shù)：有效水深為2.7m，有效容積為34.7m，，水力停留時間HRT為14h。改造后的系統(tǒng)集生物降解、沉淀、過濾為一體，減少了設備需求，降低了運行成本，減少了工藝故障點。該處理系統(tǒng)自2001年10月投產以來運行良好，出水水質達到《城市污水再生利用雜用水水質標準》（GB/T18920-2002）[sl。2002年鐵道部機關針對其辦公主樓、輔樓、調度樓、綜合樓、食堂、車庫等建筑面積共計約10萬m：的用水范圍，按照北京市建設中水設施的管理辦法，采用MBR技術進行生活污水的處理及回用。此工程的建成，有效處理了生活污水并得以回收利用，每年可節(jié)約用水7000m³，取得了較好的環(huán)境效益和經濟效益。2008年廣東某電裝公司采用水解酸化-MBR組合工藝處理其生產廢水，廢水經水解酸化T藝提高可生化性，再經MBR好氧處理后進人消毒環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)出水水質穩(wěn)定達標，且滿足廠方回用的標準。

4 MBR的應用愿景

隨著水資源短缺及水污染日趨嚴重，MBR作為一種水污染控制與污水回用的高新技術而受到越來越多的重視。結合目前的經濟水平和MBR工藝的特點，在以下方面加以推廣和應用具有極大潛力。（1）通過采用MBR工藝使污水處理廠的末端水成為可以回用的中水，實現(xiàn)城市污水資源化。（2）應用于高濃度、有毒、難降解工業(yè)廢水的處理。（3）適合城市生活小區(qū)等小規(guī)模、有機負荷不高的污水處理。

5總結

隨著MBR技術的不斷發(fā)展和完善，MBR在污水再生利用領域具有越來越廣闊的應用前景，將為實現(xiàn)污水資源化，緩解水資源緊缺矛盾起到重要作用。