膜生物反應技術在環境污水處理中的應用

＊陳鴻浩

（廈門市翔安區環境衛生中心 福建 361100）

隨著近年來城市化進程的發展，雖然促使社會經濟水平有所提升，但同時也對環境質量產生較大的影響。尤其是污水排放，對環境生態產生嚴重污染，不僅嚴重影響經濟建設，還會威脅人類的生命健康。因此在當前新時代下，加強對環境污水的處理具有重要意義。而膜生物反應技術是環境污水處理的一種新型技術，能夠有效彌補傳統環境工程中污水處理工藝所存在的局限性，有利于在保護環境的基礎上，進一步提高環境污水凈化處理水平，進而提升水資源利用效率。不過現階段我國膜生物反應技術尚未在環境污水處理領域得到全面普及，并且存在一定的應用問題和不足，為此本文對膜生物反應技術的應用進行綜述，以此指導相關實踐，提升環境污水治理效果，推動生態文明建設進程加快。

1.概述

(1)膜生物反應技術原理

膜生物反應技術是當前污水處理領域內的重要手段之一，是指利用分離膜組件，構成生物單元組合，基于生物處理和二沉池技術形成新型的污水處理系統。其主要裝置為膜分離器、萃取反應器、膜分離反應器，通過生化反應對污水實施處理。通常膜生物反應器是利用膜分離設備將水中的活性污泥與大分子有機物進行截留，通過在生物反應器中保持高活性污泥濃度，以此提升生物處理的有機負荷，減少剩余污泥量。膜生物反應器具有良好的截留作用，可保留世代周期較長的微生物，進而實現污水深度凈化。并且硝化菌可在系統內充分繁殖，有利于實現深度的除磷脫硝作用。近幾年，為更好的適應污水處理要求，出現反應膜分離生物反應器與集成生物反應器，根據不同含氧量的污水處理環境，選擇好氧生物反應器或厭氧生物反應器。再通過結合膜分離與生物處理技術，提升污水凈化處理效果[1]。

相比于傳統處理方法，膜生物反應技術具有諸多優勢，一是降低污泥產率，該技術能夠利用膜生物反應器將污泥進行全部攔截，實現污泥零排放。二是可增強傳氧效率，即膜生物反應器中設置曝氣裝置，采用新型透氣膜可降低傳質阻力，不受氣泡大小和停留時間等影響，保證供氧系統正常運作，提升污水處理效率。三是在環境污水處理過程中，運用膜生物反應技術，能夠避免硝化細菌的流失，保證其處于高濃度狀態，有助于提升硝化速度。四是膜生物反應技術可有效分離微生物和廢水，通過膜將微生物攔截，分離廢水，能夠在根源上保障污水處理效果良好，盡可能提升水質轉化率。

(2)膜生物反應技術類別

由于現階段環境中存在多種類型的污水，為保障處理效果得到提高，應當注重運用不同類型的膜生物反應技術，因此在實踐中，可結合污水處理需求，采取適當的膜生物反應技術類別，具體如下。

①按照膜組件作用進行分類。一般情況下，根據膜組件不同作用可將膜生物反應技術分為三種，分別是固液分離膜、膜曝氣膜、萃取膜生物反應技術等。

②按照膜組件與生物反應器相對位置進行分類。通常可分為兩種型式，一是分置式膜生物反應技術，主要是將膜組件以及生物反應器進行分開設置，保證獨立運行。如將膜組件設計安置在反應器外部，有利于開展膜的清洗、更換和增設等。二是一體化膜生物反應技術，即在生物反應器中直接放入膜組件，利用泵將水中的過濾液有效吸出[2]。

(3)膜生物反應技術發展

在現階段環境污水處理中，較為常用的膜生物反應技術，包括曝氣濾池技術、動態內循環反應技術、厭氧生物濾池法、EGSB-MBR技術、DMBR技術等。

①曝氣濾池技術。利用分離反應器針對污水實施過濾，有助于對膠體以及洗滌劑等物質進行蒸發，再將空氣注入到相應的生物反應濾池中，可實現化學中和廢水沉淀，截留污染物，達到廢水的基本清洗要求。近年來，隨著生物膜技術的發展進步，曝氣濾池技術可與膜生物反應技術進行組合，有效解決生物膜降解問題，改善反應器的流動性，有利于提高經濟性優勢。同時在生物膜相互作用下，借助曝氣濾池能夠支持膜生物反應過程，從源頭上減少污染物總量，延緩對生物膜的污染。另外一方面，為保證污水中的雜質含量得到有效降低，可結合氣浮工藝，將膠體、生物洗滌劑等生產肥料有效沉淀，促進水質得到有效改善。

②動態內循環反應技術。其是膜生物反應技術中的重要組成部分，在實際應用過程中，該方法對于反應環境有一定的要求，相關人員需要針對反應器開展改造和優化，保障處理過程順利開展。當前階段應用該項技術，具有自動化的特征，無需人為重復操作。有利于對吸附能力相對較強的污泥開展反復過濾和處理。同時在生物膜反應中，利用實用性較強的微網材料，可進一步降低成本預算，促使經濟效益得到提升，并可組合側向曝氣法，減緩污水處理錯流速度，實現良好的處理效果。

③厭氧生物濾池法。其是借助內部帶有填料的微生物載體，對厭氧生物膜開展凈化處理。工藝流程是將污水引入到沉砂池、初沉池中，再對砂石和懸浮物進行清理，再排入到厭氧反應池中，有效降解有機物，實現污水凈化處理。最后經過沉淀實現固液分離，利用脫水設備針對剩余污泥開展處理，有效去除懸浮物。

④EGSB-MBR技術。是將膨脹顆粒污泥床技術與膜生物反應技術進行組合的方法，能夠提升污水處理效能。其中EGSB技術是第三代厭氧反應器，主要作用是對有機廢水進行處理，通過內部流體的融合，促使有機物和微生物混合具有靈活性。不過由于膜對生物反應會產生過度吸收等現象，促使大量雜質堆積，導致水流速度和流量下降。所以可組合利用膜生物反應技術，通過廢水與微生物的分離，保證污水凈化設備具有穩定性，有序進行污水凈化處理。

⑤DMBR技術。該方法是指微動力動態膜污水處理技術，基于生物膜相互作用的基礎上，對膜生物反應裝置實施改進，使其具有動態內旋處理效果，在污水傳導過程中，利用以有機過濾為主的動態膜，模擬超濾膜過濾方法，提升污水出水效率。通常情況下，可在反應器內設置大孔徑微網，實現動態內旋轉效果。在運用過程中該技術具有生產成本低、增壓污泥過濾性能好、處理效率高等優勢作用。對于污水處理后的出水，可進行循環利用，如在無害化處理后，可運用在道路、景觀凈化等方面，實現水資源的高效使用，盡可能節省資源消耗量。

2.環境污水處理存在的問題

(1)不夠重視污水處理可行性研究

隨著當前新時代的發展，環境污水問題日益嚴重，如工業企業數量大幅增加，致使污水類型以及性質有所增多，由于其成分差異相對較大，致使污水處理難度也有所提升。同時在居民生活方式更加豐富的背景下，生活污水排放量呈現大規模發展趨勢，為有效保障環境質量，應當合理選擇污水處理方式，控制污水污染影響范圍。因此在相關工程中，應當做好污水處理可行性研究。通過明確污水種類和組成提高處理效率。但在實踐過程中，往往不重視污水處理可行性的研究分析，造成項目運營方案存在缺陷，資金使用不合理等問題，影響污水實際處理效果。甚至個別企業為加快工程建設效率，隨意編造數據，導致可行性研究報告失真，促使污水處理項目的整體實施價值不高，效果不佳。

(2)污水處理資金不足

污水處理的主要目的是改善城市水質，合理控制水污染的蔓延，以此營造良好空間環境，并高效利用水資源，實現可持續發展。但在實際環境工程中，普遍存在資金投入不足的問題。這是由于當前大型污水處理項目的投資額巨大，而且城市污水處理廠的建設成本、維護成本等均相對較高，如果資金投入不足，將會影響各項處理裝置和系統的完善性，限制先進技術引進程度，很容易導致環境工程建設實效較低，污水處理效能不高，難以有效控制水污染現狀，出現水資源浪費等問題[3]。

3.膜生物反應技術在環境污水處理中的應用

(1)城市污水處理方面

膜生物反應技術作為當前有效處理污水的重要手段，在城市污水治理領域具有重要作用。結合廈門環境污水處理的現實情況，其主要是針對市政污水的處理，利用傳統凈化處理方式，對污水中含有的膠體、洗滌劑等清除不到位，嚴重影響排出水質，對周邊河流產生一定污染。為有效保證城市污水得到良好凈化，則應當采用創新性技術，如利用膜生物反應技術中的生物曝氣池技術，能夠將廢水中的膠狀物、具有溶解性的有機污染物等排除，通過在固體表面附著微生物實現對污水的凈化處置。同時，膜生物反應技術也是一種生態系統，可基于藻類、原生動物、菌群等對水質進行改善，將附著的固體介質作為載體，借助氣層的好氣菌對有機物實施吸附和分解，再進入到厭氣層分解，通過流水層將老化生物膜沖掉，以此生長新的生物膜，有利于在長期循環中，對污水起到凈化作用。

比如在廈門市某污水處理廠，采用傳統污水凈化處理技術難以實現良好的脫氮除磷效果。為此在近年來引進膜生物反應技術，并結合污水實際特點進行創新。如在曝氣生物濾池基礎上，采用大型膜生物反應器，通過定制BAF曝氣生物濾池與脫氮除磷設備組合，有效凈化城市污水。主要工藝為厭氧/缺氧/好氧-膜生物反應器工藝及其變形，有利于適應同步生物脫氮除磷要求。在具體實踐中可通過變換A/O池的排布方式、混合液回流線路、進水分配方式，有利于針對城市污水的特點，進行有效處理，可通過節約碳源好氧消耗，促使內源碳利用增加，保證反硝化效率得到顯著提升。同時當膜生物反應器工藝污泥齡較長，且生物除磷不能滿足實際要求的過程中，需采用化學除磷方法，有利于在出水時深度去除COD等污染物[4]。

(2)工業廢水處理方面

工業廢水是當前環境污水中占有較大比重的類型，由于其組成較為復雜，難以實現降解。而且廢水中含有的重金屬離子、氨氮、燃料等成分，會對微生物產生較為嚴重的危害，導致污水處理效果無法達到標準。結合這一現狀問題，可利用膜生物反應技術解決。應當加強對工業廢水成分進行全面了解，便于科學合理的選擇膜生物處理體系。比如綜合考慮金屬離子的濃度、適當增加膜生物反應器容積，提升處理效果。通過應用動態內循環反應技術，借助微網材料過濾吸附污染物，能夠有效處理各種污水，實現水資源凈化排放效果。并且該技術具有一定的自動化優勢，能夠減少人為操作，有效降低工業污水處理成本。

比如在廈門化工企業中，利用內置式MBR膜組件，前端采用uasb＋缺氧＋好氧的生化工藝，當生化出水進入MBR膜池后，利用膜元件的高分離精度分離固液，有利于提升系統出水水質。針對高含鹽有機廢水具有較好的處理效果，COD去除率可達85%以上，降低噸水處理費用。具體工藝流程如圖1所示。為進一步滿足未來工業污水處理需求，應注重解決膜污染以及膜堵塞、裝置大型化的放大效應和自控技術問題等，通過采用膜維護與清洗技術、模塊化技術、微生物富集優化技術、電氣自動化技術集成等，進一步對膜生物反應技術進行研發優化，有效降低工業排污量。

圖1 工業廢水中膜生物反應技術應用

(3)生活廢水方面

膜生物反應技術可對生活廢水進行有效處理，如廈門市某污水處理廠，針對生活廢水應用MRR技術，其工藝流程如圖2所示，具有操作簡單、效果明顯等優勢。但隨著城市化進程的加快，生活廢水中的污染物種類大幅增多，現有處理工藝難以充分保障污水得到有效凈化。由此，該處理廠基于膜生物反應技術的發展，重點應用組合式污水處理模式，運用EGSB-MBR技術，有利于進一步提升污水凈化效果，有利于解決膜對生物反應的過度吸收，從而積累大量雜質等問題，并降低水流量。通過實踐應用，發現EGSB-MBR組合技術具有較強的抗沖擊負荷能力，運行過程較為穩定，檢測出水水質COD含量可達10mg/L以下，去除率為95%、氮氧化物含量低于5mg/L，去除率90%、色度下降20倍，保障水質符合城市雜用水標準，可回收循環利用。

圖2 生活污水的膜生物反應技術應用

除此之外，也可運用DMBR技術，其主要是面對農村污水直排的現象進行改善，引進DMBR污水處理一體化裝置，如DMBR-Z-XG/XF型雙膜內循環生物反應器，能夠實現“生物＋物理”組合，有效實現固液分離，具有占地面積小、剩余污泥產量小等優勢。在廈門農村地區應用該技術，則增加氣浮處理設施，投入適當的混凝劑，可去除污水中的油脂和一部分磷，減輕后續化學除磷對膜通量的不利影響。同時在好氧池后增加缺氧段，能夠有效富集污泥濃度，降低剩余污泥量，保證出水總氮符合標準。

4.結論

綜上所述，膜生物反應技術是當前時代下的一種全新生物技術，在環境污水處理工程中能夠發揮良好優勢，有利于提升污水處理效率，有效彌補傳統生物處理工藝缺陷。在實際運用過程中，膜生物技術能夠適用多個污水處理領域，如城市污水、工業廢水和生活污水等，通過采用曝氣生物濾池技術、動態內循環反應技術、組合式污水處理技術等，有效實現污水凈化處置，改善出水水質，最大限度的保障水環境健康，實現可持續發展目標。