環境工程污水處理中膜生物技術的應用研究

賀光祖

摘? 要：環境工程污水來源廣泛，傳統處理方式效果有限，膜生物技術能夠在分離膜組件與生物池的結合下構建出生物單元組合，提高污水的處理質量和效率。相較于傳統的污水處理技術，膜生物技術能夠及時攔截污水中的大分子有機物和活性污泥，從而提升活性污泥濃度，促進難降解物質的反應與降解。目前，各個國家都在大力推廣膜生物技術，相較而言，膜生物技術的污水處理效果更為理想。本文針對環境工程污水處理中膜生物技術的應用做出闡述與分析。

關鍵詞：環境工程? 污水處理? 膜生物技術? 應用

中圖分類號：X703? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）10（b）-0071-03

Abstract： Environmental engineering sewage has a wide range of sources， and the traditional treatment methods have limited effects. Membrane biotechnology can build a combination of biological units under the combination of separation membrane modules and biological pools to improve the quality and efficiency of sewage treatment. Compared with traditional sewage treatment technology， membrane biotechnology can intercept macromolecular organic matter and activated sludge in sewage in a timely manner， thereby increasing the concentration of activated sludge and promoting the reaction and degradation of refractory substances. At present， various countries are vigorously promoting membrane biotechnology. Compared with membrane biotechnology， the sewage treatment effect is more ideal. This article describes and analyzes the application of membrane biotechnology in environmental engineering wastewater treatment.

Key Words： Environmental engineering; Sewage treatment; Membrane biotechnology;? Application

在社會發展下，我國的環境工程污水污染問題日益嚴重，不僅嚴重影響著水質，也嚴重威脅著人體健康，環境工程污水處理的技術多種多樣，不同技術，各具優勢。在環境工程的污水處理中，膜生物技術占據著重要地位，與傳統污水處理技術相比，膜生物技術具有突出特征，也有更為完整的組合單元，該種技術設備運行穩定、操作簡單，處理的水質質量更高，使用范圍也十分廣泛。

1? 膜生物技術的發展

膜生物技術將生物反應器、膜分離技術相結合，利用膜分離裝置取代了傳統污水處理技術中的二沉池，從而提升分離效果。關于膜生物技術的應用，最早可以追溯至20世紀60年代的美國，在1968年，Smith將超濾膜、好氧活性污泥法應用在城市污水的處理中，這一技術占地面積小、能夠減少污泥產量，但是在當時技術條件的限制下，水通透量不大，壽命較短。進入了20世紀70年代后，日本開始推廣新型膜生物技術，并建立了包括淀粉廠廢水、蛋白工廠廢水、造紙術廢水、酒精發酵廢水等在內的污水MBR處理系統，取得了良好效果。后來，法國、澳大利亞等國家也大力發展膜生物技術，對于相關內容的研究更為全面。

進入20世紀90年代后，膜生物技術在各個國家都得到了推廣，也誕生了新型膜組件，如加拿大Zenon公司的超濾管式膜生物反應器、淹沒式中空纖維膜絲膜組件，進一步減小了污染。日本Kubota公司則研發出板式膜，具有工藝簡單、耐污染、流通量大的優勢，將其置入混合液后，出水更加穩定。我國在膜生物技術的研究上，起步相對較晚，于20世紀90年代末期開始，目前，這一技術已經在石化污水、生活廢水、食品廢水、港口污水、印染廢水的處理中得到了應用，但是在膜組件、膜材料的自主開發能力上，還相對較弱，膜性能還有待提升。

2? 膜生物技術的優勢與不足

膜生物技術在環境工程污水中的處理價值，表現在幾個層面：首先，提高了分離效率，膜生物部件不會涉及沉淀池、過濾單元，設備占地面積小，其MISS濃度較高，提高了系統的抗負荷能力，進一步提高了污水的處理效率;其次，活性污泥濃度更高，應用膜生物技術，可以優化生物反應能力，提高MISS濃度，適合高濃度有機廢水的處理，可以大幅減少污水懸浮物，提高降解率;再次，對微生物、有機廢水的分離具有很好的效果，可以有效提升處理效果，污泥的產率也不高，滿足了零排放要求。在實際運行中，剩余污泥總量不多，比起傳統的污水處理技術，污泥產率顯著降低;最后，有助于硝化細菌的生長，能夠避免硝化細菌數量減少，使得硝化細菌長期維持高濃度，提高了硝化效率。

而膜生物反應技術的應用也存在一些不足，生物膜的性質獨特，在處理污水時，也可能吸附各類有害因素與混合顆粒，因此，為了充分發揮出膜生物反應技術的價值，需要做好清理工作，如果清理操作不恰當，可能會帶來新的污染，降低透水量，這一問題，也是當前研究的重中之重。

3? 膜生物技術的常見類型

3.1 曝氣生物濾池

曝氣生物濾池屬于膜生物技術的常見技術，對于污水處理具有重要的輔助作用，膜生物技術融合了諸多技術類型，而曝氣生物濾池將生物濾池、氣浮工藝融合，提高了污水處理質量，能夠從源頭上凈化污染物，提高處理質量。不同的膜生物反應技術，適合應用的污水類型各有差異，相較而言，曝氣生物濾池技術適合應用在洗滌劑、膠體污染水體中，應用這一技術，在優化處理技術的同時，提高了處理效率，負荷消耗也不大。

3.2 動態內循環反應

動態內循環反應技術也十分常見，這一技術將環境工程污水技術與新型技術充分融合，借助膜生物反應裝置，降低了制造成本，通過對生物膜材料的改進，能夠制作出全新的微網材料，構建動態化的凈化處理系統。當前，在污水處理中，曝氣法是十分常見的處理方式，但是從技術層面來看，存在各種各樣的缺陷，對此，需要進一步優化曝氣裝置，解決傳統裝置中存在的缺陷。

3.3 生物流化床

生物流化床是利用活性炭、砂礫、焦炭等小顆粒物質作為附著載體，主要應用懸浮式填料，讓微生物處于流化狀態，讓生物膜、有機物、氧氣之間可以充分接觸。生物流化床適合應用在不同類型污水的處理，傳質效率高，能夠迅速降解污染物質，但是，這一工藝涉及的流化狀態水力特征復雜，如果反應器規格發生變化，就會增加反映能耗，為了提高傳質效率，對能耗的消耗也較高。

3.4 組合式處理技術

在膜生物反應技術的應用上，可選的技術類型較多，除了上述兩種技術之外，還可以采用組合式的處理技術，將曝氣生物濾池、動態內循環反應的優勢相結合，充分發揮出膜生物反應器的作用。膜生物反應器的污水處理實效非常高，同時，借助膨脹顆粒污泥床，在污水處理上，通過膨脹顆粒污泥床，能夠第一時間處理有機廢水，效果非常理想，膨脹污泥床的污水去除效應非常好，再借助膜生物反應技術，能夠彌補傳統技術的不足，進一步提升污水處理質量。

4? 環境工程污水處理中膜生物技術的應用

4.1 膜曝氣膜生物反應器耦合系統的應用

膜曝氣膜生物反應器屬于當前新型的膜生物技術，氣體分離膜的存在為微生物生長提供了有效的氧源支持，提高了氧氣利用率，適合應用在高濃度有機廢水中。研究顯示，在溶解氧為0.8mg/L時，這一技術對于污水中氮、氨、COD去除率可以達到86.6%、87.9%、87.6%，這就顯示，膜曝氣膜生物反應器耦合系統的負載率性能、脫氮能力理想。

在技術的成熟下，各類新型膜曝氣膜生物反應器耦合系統也相繼誕生，處理效率也更高，如，鐵-碳微電解-芬頓-膜曝氣膜生物反應器-臭氧耦合技術，利用鐵-碳微電解作用可以將有機物 分解，利用芬頓反應，能夠將混合融合中的有機物轉化為無機態，將其中的難降解物質去除。

4.2 厭氧膜生物反應器耦合系統的應用

厭氧膜生物反應器由膜分離、厭氧反應器之間耦合而成，是一種高效、新型的污水處理技術，利用這一技術，既能夠凈化污水，也可以生產沼氣，在膜的作用下，實現了污泥停留、水力停留的分離，大幅提升了負荷，與傳統技術相比，其出水水質更加優良，顯著降低了污泥產量，也提高了資源的利用率。就當前來看，制約厭氧膜生物反應器耦合系統推廣和應用的主要因素就是對氮、磷的去除率不高，因此，將其與厭氧氨氧化技術結合也是下一階段的研究熱點，這一新型技術能夠在缺氧環境下將氨轉化為氮氣與硝酸鹽，有著降低能源消耗、耗氧量低、工藝成本低廉的優勢，有研究人員應用厭氧膜生物反應器耦合系統與厭氧氨氧化技術成功啟動了厭氧氨氧化，總氮去除負荷可以達到0.49ks（m3·d），具有理想的預期脫氮效果，非常適合應用在高濃度氨氮廢水處理中。

4.3 移動床生物膜反應器的應用

移動床生物膜反應器是一種復合性的處理工藝，在填料作用下，與污水接觸，讓污水微生物附著在填料上，并形成生物膜，將污水中的污染物吸附、降解，以達到凈化水體的作用。與傳統處理工藝相比，移動床生物膜反應器不易堵塞、擴容簡單、空間小、維護難度低，在污水的處理和回收中，已經得到了廣泛應用。有研究人員將移動床生物膜反應器應用在印染工業廢水中，結果顯示，COD顯著下降。盡管該種技術對氨氮、COD的去除效果明顯，但在應用環節，啟動速度慢、處理量小、生物膜容易脫落等問題，因此，學界也在針對移動床生物膜進行改性研究。當前的主流研究認為，將碳纖維球填料與移動床生物膜反應器結合，可以優化生物膜形成速度，在不同的污水中，氨氮去除率也得以顯著提升。還有研究人員嘗試推廣改良蜂細胞媒介，在介質孔隙中置入了核桃殼、杏仁殼活性炭顆粒，有效優化了污水的處理效果。另外，研究顯示，利用外磁場作用，也能夠進一步提高污染物降解速率，形成的生物膜也更加穩定，在氨氮與COD去除率上，比傳統的載體要高出5%以上。

4.4 微生物代謝產物胞外聚合物的應用

微生物代謝產物胞外聚合物是由蛋白質、多糖組成，在側鏈中，有大量負電性基團，在中性條件下，能夠讓污染物水解，利用高價金屬離子絮凝劑，可以有效強化生物絮凝作用，改善污染物的處理效果，降低膜過濾阻力。近年來，將微生物代謝產物胞外聚合物與高價金屬離子的結合應用已經取得了突破性進展，但是，對于不同價態、不同類型金屬離子之間的協同和拮抗作用，現有的研究還不夠深入。相信在分子生物學技術的進一步成熟和發展下，現有的研究必然能取得突破性進展。

5? 結語

環境工程污水是我國污水的主要類型，包括工業污水污染、生活垃圾污染、城市徑流污染。在工業發展下，城市工業污水問題日益嚴重，工業污水類型較多、處理技術要求也較高;在生活垃圾方面，多數地區并未制定出完善的排水系統，大量污水直接排入河道、溝渠，致使水體惡化嚴重;而城市徑流污染則是由雨、雪沖洗地面、建筑物、廢渣、垃圾形成，有明顯的季節性，成分十分復雜。作為一種新型污水處理技術，膜生物反應技術受到了業界關注，膜生物反應技術融合生物處理單元與膜分離單元，有效提升了污水轉化率，彌補傳統污水處理技術的不足。本文針對膜生物反應技術的概念、優勢、不足以及具體的應用進行了闡述與分析，從當前的研究來看，膜生物反應技術在城市工業污水處理上，表現出良好的前景，但是從技術層面來看，還有一些部分尚未突破，在下一階段，需要結合環節工程污水處理要求進一步改善現有技術，以提高處理效果。

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