膜生物反應(yīng)器在污水再生處理中的應(yīng)用分析

崔瓊文

【摘要】膜生物反應(yīng)器（Membrane Bioreaetor。簡(jiǎn)稱(chēng)（MBR）是一種新型高效的水處理技術(shù)。主要介紹了（MBR）工藝的原理、特點(diǎn)、分類(lèi)及其在污水再生處理領(lǐng)域的應(yīng)用情況。

【關(guān)鍵詞】污水處理 膜生物反應(yīng)器

1新型膜生物反應(yīng)器種類(lèi)

1.1高截留膜生物反應(yīng)器

高截留MBR是目前膜法水處理的一個(gè)研究熱點(diǎn)，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(diǎn)是用截留分子質(zhì)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(zhì)優(yōu)良，在提升再生水水質(zhì)中具有良好的應(yīng)用前景。正滲透（Forwardosmosis，F(xiàn)O）是指水通過(guò)選擇性滲透膜從高水化學(xué)勢(shì)區(qū)域向低水化學(xué)勢(shì)區(qū)域的傳遞過(guò)程。由于FO膜出水中有機(jī)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(jié)合，既可以有效緩解RO膜污染，同時(shí)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(jī)物等問(wèn)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(duì)目前的MBR-RO工藝提出了新的改進(jìn)方案，通過(guò)NF-MBR工藝獲得了較好的出水水質(zhì)，但是還需要解決NF通量較低等問(wèn)題H1;Elimelech等制備了復(fù)合NF膜，與傳統(tǒng)的PVDF膜相比，該種膜具有更高的通量，同時(shí)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(jié)合起來(lái)，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(yīng)用前景。

膜蒸餾MBR（MDBR）也是一類(lèi)近年來(lái)比較新的高截留MBR，該反應(yīng)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(guò)膜蒸餾透過(guò)膜，出水純度高，污染程度輕，比傳統(tǒng)的MBR RO工藝運(yùn)行費(fèi)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(zhì)極好，基本不含有機(jī)物，而且對(duì)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(yīng)較高溫度、高鹽度及提高通量等是MDBR今后必須解決的問(wèn)題。高截留MBR中，由于對(duì)有機(jī)物截留程度高，有機(jī)物停留時(shí)間（ORT）要遠(yuǎn)大于污泥停留時(shí)間（SRT）和水力停留時(shí)間（HRT），因此有機(jī)物能得到更多被降解的機(jī)會(huì)。在高截留MBR中普遍存在的問(wèn)題是反應(yīng)器內(nèi)的微生物必須適應(yīng)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(yán)重的膜污染，因此保持長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的方法還需要進(jìn)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(yīng)用價(jià)值。

1.2斜板膜生物反應(yīng)器

Yamamow等Mo開(kāi)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(jìn)水中大部分有機(jī)物，通過(guò)在缺氧段設(shè)置斜板分離污泥，吸附大量有機(jī)物的污泥可以進(jìn)行消化，回收生物質(zhì)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(yīng)器處理垃圾填埋場(chǎng)的滲濾液，對(duì)BOD，和COD的去除率分別達(dá)到99%和60%以上，對(duì)總氮的去除率達(dá)80%以上。Fontanos等利用該反應(yīng)器處理市政污水，通過(guò)調(diào)控回流比可以有效改變?nèi)毖醭睾秃醚醭氐奈勰酀舛龋瑢?duì)于波動(dòng)較大的進(jìn)水具有很好的適應(yīng)能力。MBR與活性污泥法中的AB法類(lèi)似，進(jìn)水中大多數(shù)有機(jī)物通過(guò)吸附先被去除，然后通過(guò)消化等過(guò)程回收其中的生物質(zhì)能，后續(xù)的好氧生物處理工藝的負(fù)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(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器

真空旋轉(zhuǎn)MBR與傳統(tǒng)浸沒(méi)式MBR（sMBR）的不同之處在于其膜組件是可以活動(dòng)的，該組件以1～2r/rain的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切力與中央大氣泡曝氣產(chǎn)生的氣體對(duì)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(wú)需清洗。Keucken等對(duì)真空旋轉(zhuǎn)MBR進(jìn)行了中試研究，膜組件由一中空的旋轉(zhuǎn)軸組成，周?chē)?-8塊膜組件，膜材料是孔徑為0.04岬的聚醚砜膜。結(jié)果表明，長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)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(yīng)

城市污水的再生利用是實(shí)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(lái)MBR在污水再生利用中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，并帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益、可觀的環(huán)境效益和社會(huì)效益。

3國(guó)內(nèi)應(yīng)用狀況

大連香格里拉大飯店中水回用工程設(shè)計(jì)規(guī)模為60m³/d，來(lái)水為優(yōu)質(zhì)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(guò)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(shè)計(jì)參數(shù)：有效水深為2.7m，有效容積為34.7m，，水力停留時(shí)間HRT為14h。改造后的系統(tǒng)集生物降解、沉淀、過(guò)濾為一體，減少了設(shè)備需求，降低了運(yùn)行成本，減少了工藝故障點(diǎn)。該處理系統(tǒng)自2001年10月投產(chǎn)以來(lái)運(yùn)行良好，出水水質(zhì)達(dá)到《城市污水再生利用雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T18920-2002）[sl。2002年鐵道部機(jī)關(guān)針對(duì)其辦公主樓、輔樓、調(diào)度樓、綜合樓、食堂、車(chē)庫(kù)等建筑面積共計(jì)約10萬(wàn)m：的用水范圍，按照北京市建設(shè)中水設(shè)施的管理辦法，采用MBR技術(shù)進(jìn)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(jīng)濟(jì)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(chǎn)廢水，廢水經(jīng)水解酸化T藝提高可生化性，再經(jīng)MBR好氧處理后進(jìn)人消毒環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，且滿(mǎn)足廠方回用的標(biāo)準(zhǔn)。

4 MBR的應(yīng)用愿景

隨著水資源短缺及水污染日趨嚴(yán)重，MBR作為一種水污染控制與污水回用的高新技術(shù)而受到越來(lái)越多的重視。結(jié)合目前的經(jīng)濟(jì)水平和MBR工藝的特點(diǎn)，在以下方面加以推廣和應(yīng)用具有極大潛力。（1）通過(guò)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(shí)現(xiàn)城市污水資源化。（2）應(yīng)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(jī)負(fù)荷不高的污水處理。

5總結(jié)

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