MBR在城市生活污水處理中的應(yīng)用研究

趙銘

（江蘇圣泰環(huán)境科技股份有限公司江蘇南京211100）

MBR在城市生活污水處理中的應(yīng)用研究

趙銘

（江蘇圣泰環(huán)境科技股份有限公司江蘇南京211100）

MBR工藝作為膜分離和生物處理技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，對于城市生活廢水處理具有良好的處理效果。本文在分析了MBR工藝原理和城市生活污水特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對一體化、分置式和復(fù)合式三種MBR工藝在城市中水回用中的應(yīng)用比較，對比了三種工藝在城市生活廢水處理中的優(yōu)勢和不足，為城市生活污水處理采用不同膜生物反應(yīng)器工藝提供參考，并對工藝發(fā)展提出了展望。

膜生物反應(yīng)器；中水回用；城市生活廢水

我國是水資源十分匱乏的國家之一，整體來看，我國水資源總量常年保持在27711×108m3，雖然每年因降雨量的不同而不斷變化，但整體保持穩(wěn)定。我國水資源占全球6%，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，位居世界第四位，但由于我國人口眾多，人均水資源量只有2055m3，只有全球平均水平的25%，位居世界109位，是全球13個(gè)人均水資源最貧乏的國家之一。近年來，隨著城市化進(jìn)程的加快和城市人口數(shù)量的增加，每年由此產(chǎn)生的城市生活廢水呈逐年上升態(tài)勢，城鎮(zhèn)生活污水排放總量由2004年的261.3×108t，增加到2013年的485.1×108t，城市生活污水治理形勢依然嚴(yán)峻。

中水是介于污水和自來水之間，被譽(yù)為城市第二水源，可以應(yīng)用于城市景觀綠化、沖洗廁所、道路清洗等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了污水的再生利用，減少了城市的環(huán)境壓力。MBR工藝技術(shù)融合了多種污水生物處理技術(shù)和膜過濾技術(shù)優(yōu)勢，具有投資小、占地少、易管理、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，成為了城市生活污水處理工程的首選工藝，被成為“21世紀(jì)的水處理技術(shù)”，廣泛應(yīng)用于小區(qū)、學(xué)校和其他企事業(yè)單位的生活污水處理。

1　MBR工藝

1.1MBR工藝原理

MBR是一種將高效膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)活性污泥法相結(jié)合的一種新型高效污水處理工藝，獨(dú)特的MBR平片膜組件被放置于曝氣池中，通過好氧曝氣和生物處理后的水，再由泵通過濾膜過濾之后抽出，利用膜分離設(shè)備把生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)物截留，省去了二沉池，活性污泥濃度大大提高。MBR是利用膜組件進(jìn)行固液分離特點(diǎn)，可分別控制污泥停留時(shí)間（SRT）和水力停留時(shí)間（HRT），從而對于那些難以降解的物質(zhì)在反應(yīng)器中不斷的降解和反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)良好的處理效果。MBR工藝系統(tǒng)結(jié)合了生物學(xué)處理工程和膜分離工程的各自優(yōu)勢。

MBR工藝中最主要的組成部分是膜組件，它是通過不同形式組裝而成的基本單元，相當(dāng)于傳統(tǒng)生物處理系統(tǒng)中的二沉池，膜組件具有較高的過濾精度，膜組件的分離區(qū)一般為0.01μm～0.1μm,替代了二沉池，當(dāng)污水經(jīng)過膜組件的生物降解后，生物反應(yīng)器內(nèi)的混合液在膜的兩側(cè)壓力差的作用下，對于不易被微生物降解的有機(jī)物和大分子溶質(zhì)就會(huì)被生物膜截留，完成了大分子溶質(zhì)與處理出水的分離。

1.2MBR工藝分類

MBR工藝主要由三部分組成，即：提水泵、生物反應(yīng)器和膜組件。這三個(gè)組成件在污水處理中所擔(dān)負(fù)的功能不同，其中，提水泵主要是為污水處理提供動(dòng)力或壓力；生物反應(yīng)器則主要是降解污染物，膜是一種介質(zhì)，發(fā)揮的功能主要是對特殊污染物和混合液進(jìn)行分離和萃取。（1）根據(jù)膜組件在膜生物反應(yīng)器中所起的作用不同，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[1]。（2）根據(jù)膜組件和生物反應(yīng)器的組合方式，MBR可以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。（3）根據(jù)膜組件類型，MBR可以分為中空纖維MBR、管式MBR、板框式（平片式）MBR、卷式MBR和毛細(xì)管式MBR。（4）根據(jù)膜組件材料，MBR可以分為有機(jī)膜和無機(jī)膜。（5）根據(jù)壓力驅(qū)動(dòng)形式，MBR可以分為外壓式和抽吸式。（5）根據(jù)生物反應(yīng)器，MBR分為好氧型和厭氧型。

2　城市生活污水特征

2.1污染物含量以有機(jī)物為主。與城市工業(yè)廢水的重金屬含量高，水質(zhì)和水量與生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)方式的差異而表現(xiàn)較大差異不同的是，城市生產(chǎn)污水的污染物含量主要是有機(jī)物，如淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)、纖維素、糖類、礦物油等等，其中，化學(xué)需氧量、生化需氧量以及總氮、總磷等也較高。此外，污水中含有大量的病原菌、病毒以及寄生蟲卵等微生物。

2.2城市生活污水來源。主要來自家庭、商業(yè)、機(jī)關(guān)學(xué)校、旅游服務(wù)業(yè)及其他城市公用設(shè)施[2]，就是日常城市居民生活中產(chǎn)生的冷卻、淋浴、盥洗、廚房、廁所排水等。

2.3城市生活污水在衛(wèi)生上安全可靠,無有害物質(zhì),其主要衡量指標(biāo)有大腸菌群數(shù)、細(xì)菌總數(shù)、懸浮物量、生化需氧量、化學(xué)耗氧量等。

2.4與其他污水相比，城市生活污水在外觀上沒有令人產(chǎn)生不快感覺，衡量城市生活污水的主要指標(biāo)有色度、濁度，以及油脂等。

2.5不引起設(shè)備、管道等嚴(yán)重腐蝕、結(jié)構(gòu)和不造成維護(hù)管理的困難,其主要衡量指標(biāo)有pH值、硬度、溶解性固體等。

3　MBR工藝在城市生活污水處理及回用中的應(yīng)用比較

根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，MBR工藝具有多種類型，本文以膜組件與生物反應(yīng)器的物理位置的差別，比較當(dāng)前較為常用的三種MBR工藝：一體式生物器、分置式生物反應(yīng)器、復(fù)合式膜生物反應(yīng)器在城市生活污水中的應(yīng)用比較，對比三種工藝類型在污水處理過程中的軟、硬件設(shè)施的差異。

3.1一體式MBR

一體式MBR是將膜組件放入到生物反應(yīng)器中，通過真空泵進(jìn)行抽吸或者采用重力流出水，活性污泥、大分子物質(zhì)被截留在生物反應(yīng)器中。一體式MBR利用曝氣時(shí)氣泡帶動(dòng)料液向上的錯(cuò)流來沖刷膜表面，從而實(shí)現(xiàn)去除污水中的污染物效果。一體式MBR具有SRT和HRT完全分離的特點(diǎn)，因而在后期運(yùn)行過程中具有良好的可控性，防止因污泥過多膨脹產(chǎn)生各種負(fù)面影響，極大地減少了污泥的產(chǎn)生量。一體式MBR對于處理城鎮(zhèn)生活污水效果明顯。

林豐，張林生[3]選擇一體式MBR工藝處理某城鎮(zhèn)廁所污水，該污水的進(jìn)水水質(zhì)COD為468 mg·L-1～851.6mg·L-1、BOD5128.1～281.3mg·L-1、NH3-N為45.6 mg·L-1～85.9mg·L-1，MBR和膜組件對COD的去除效果始終穩(wěn)定在90%以上，具有很好的抗沖擊負(fù)荷能力，在運(yùn)行一段時(shí)間后，反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度趨于穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了不排泥的效果。

張西旺，金奇庭[4]以西安市某家屬院經(jīng)化糞池生活污水為例，在未處理之前的原水水質(zhì)為CODcr為280 mg·L-1～380mg·L-1、BOD5為183 mg·L-1～240mg·L-1、NH3-N為85 mg·L-1～115/mg· L～1、SS為105 mg·L-1～220mg·L-1，選擇淹沒一體式MBR試驗(yàn)，分三個(gè)部分完成，第一部分是研究無缺氧區(qū)時(shí)的處理效果；第二部分是研究有缺氧區(qū)和泥水回流時(shí)的去除特征；第三部分是研究膜通量的衰減規(guī)律，經(jīng)過研究后得出結(jié)論：設(shè)置缺氧區(qū)和泥水回流裝置大大提高了MBR對氨氮的處理效果，生活污水中的氨氮去除率從60%提高到了95%以上，膜通量的衰減符合對數(shù)規(guī)律，運(yùn)行成本控制在0.84元/m3，低于當(dāng)時(shí)的自來水價(jià)格，出水水質(zhì)達(dá)到了《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920-2002）中車輛沖洗的水質(zhì)要求。

3.2分置式MBR

分置式MBR中，反應(yīng)器內(nèi)的混合液是由泵增壓后進(jìn)入膜組件，在壓力作用下膜透過液作為系統(tǒng)處理出水，活性污泥、大分子物質(zhì)等被膜截留，并回流到反應(yīng)器中，分置式MBR通過循環(huán)泵使料液錯(cuò)流運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)去污效果。

裴亮，張雪婷[5]以蘭州市安寧區(qū)鋁廠家屬區(qū)生活污水為例，在未處理之前的原水水質(zhì)為CODcr為286 mg·L-1～596mg·L-1、NH3-N為14 mg·L-1～50mg·L-1，選擇分置式MBR處理該小區(qū)的生活廢水后得出的結(jié)果是：污水在纖維膜中可以長期穩(wěn)定運(yùn)行，CODcr的去除率超過了97%、NH3-N的去除率超過了80%，SS未檢出。對于已經(jīng)使用過的膜，經(jīng)過水反沖洗、堿浸泡+酸浸泡+水反沖洗之后，可以使膜通量恢復(fù)至新膜的39%、91%。

3.3復(fù)合式MBR

復(fù)合式膜生物反應(yīng)器也屬于一體式膜生物反應(yīng)器，復(fù)合式MBR工藝特點(diǎn)是通過曝氣對水流的循環(huán)作用實(shí)現(xiàn)膜表面截留的污泥與硝化液的自動(dòng)回流，簡化A/O系統(tǒng)的運(yùn)行[6]。與其他MBR工藝不同的是，在復(fù)合式MBR的反應(yīng)器中需要加裝填料，改變反應(yīng)器的性狀，形成復(fù)合膜生物反應(yīng)器，提高污泥濃度，達(dá)到去污效果。

4　結(jié)語

4.1分置式MBR優(yōu)點(diǎn)

運(yùn)行穩(wěn)定，技術(shù)成熟可靠；后期在清洗和更換也較為簡便，維護(hù)管理簡單。但分置式MBR也有其劣勢，即運(yùn)行的動(dòng)力需求較大，因此在運(yùn)行過程中的費(fèi)用較高。一體式膜MBR優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行能耗低，設(shè)備緊湊，占地空間少，后期基建費(fèi)用需求較少，運(yùn)行維護(hù)較為簡便，但一體式MBR膜污染后不易更換，清洗也較為繁瑣，而且出水的穩(wěn)定性容易受到影響。

4.2應(yīng)用展望

相同數(shù)量的污水處理來看，分置式MBR工藝的投資經(jīng)費(fèi)要低于一體式MBR，而且分置式的安全性高，后期運(yùn)行成本、單位耗電量也要略低。但與分置式MBR在后期運(yùn)行的維護(hù)費(fèi)用、人工費(fèi)以及占地面積等具有優(yōu)勢。一體式MBR、分置式MBR和復(fù)合式MBR有其各自的工藝特點(diǎn)和適用優(yōu)點(diǎn)。

總之，MBR工藝在城市污水處理中具有設(shè)備緊湊、占地少，出水水質(zhì)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定，剩余污泥產(chǎn)量少、對氨氮以及難降解有機(jī)物具有很好的處理效果，且設(shè)備管理方便，便于操作控制，易于從傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改造，出水水質(zhì)達(dá)到城市再生水利用標(biāo)準(zhǔn)，提高了水資源的利用效率，具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1]王瑋,項(xiàng)海,魏秀珍,等.膜生物反應(yīng)器的工藝結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行要素分析[J].工業(yè)水處理,2010（9）10-15.

[2]李偉,陳樸.簡述城市生活污水的處理方法[J].高等教育研究, 2008,25（1）：94-96.

[3]林豐,張林生.一體式MBR處理城鎮(zhèn)污水的研究[J].電力環(huán)境保護(hù),2006,22（2）：37-39.

[4]張西旺，金奇庭.一體式MBR處理高氨氮小區(qū)生活污水中試研究[J].環(huán)境工程，2003,21（1）:23-26.

[5]裴亮，張雪婷.分置式-MBR處理生活污水的研究[J].過濾與分離，2007,17（3）：22-24.

[6]常穎,王寶貞,高欣.復(fù)合式膜生物反應(yīng)器的小區(qū)污水回用實(shí)驗(yàn)研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2003,35（2）：152-156.

趙銘（1981—），男，漢，江蘇南京人，碩士研究生，工程師，主要從事水污染工程、土壤修復(fù)工程、環(huán)境影響評價(jià)研究。