污水處理工藝中膜生物反應技術(shù)的應用

郭芳芳

摘 要：膜生物反應器（MBR）結(jié)合膜分離與生物處理，與常規(guī)污水處理工藝相比，MBR的優(yōu)勢明顯。探討了膜生物反應技術(shù)的原理及類型，分析了膜生物反應技術(shù)在污水處理中的應用現(xiàn)狀，指出了膜生物反應技術(shù)的缺陷及處理對策，具有一定參考價值。

關(guān)鍵詞：污水處理;膜生物反應技術(shù);膜污染

隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，污水處理項目所受到的關(guān)注也越來越高，在此過程中，膜生物反應技術(shù)逐漸步入人們的視野，成為了一項非常熱門的污水處理技術(shù)，并逐漸取代了以往傳統(tǒng)污的水處理工藝[1]。

一、膜生物反應技術(shù)

1.膜生物反應的原理

膜生物反應器結(jié)合生物反應器與膜技術(shù)，在特定載體表面附著微生物，污水經(jīng)過反應器時，微生物吸附降解污染物，形成比較完備的微生物降解體系。膜的截留作用能保留一些周期比較長的微生物，明顯提高污水處理效率、出水質(zhì)量。

2.MBR主要類型

MBR為控制系統(tǒng)、膜組件、微生物反應器組成。根據(jù)膜組件的作用，可以將MBR劃分為萃取、膜曝氣、固液分離MBR這三種，就當前而言固液分離MBR的優(yōu)勢最為明顯。

2.1 生物反應器與膜組件劃分

可以將MBR劃分為一體式、分體式這兩種。分體式MBR的生物反應器與膜組件相互獨立，分開設置，調(diào)節(jié)控制方便，由于膜組件在反應器外部，方便對膜進行維護。分體式MBR在有毒、高有機濃度、難以通過生物降解等污水中應用較多，在工業(yè)廢水的處理中應用最為廣泛。

一體式MBR的膜組件在生物反應器內(nèi)部，過濾液經(jīng)泵吸出。這種MBR通過曝氣帶來的攪拌作用來實現(xiàn)膜面錯流，也可以依靠膜件宣傳、葉輪攪拌等方式實現(xiàn)膜面錯流。此類MBR的特點在于對占地面積要求不高，系統(tǒng)能耗低。一體式MBR處理膜污染時比較麻煩，為了減少膜污染，泵抽吸為間斷運行。就使用場景上，一體式MBR主要應用于城市污水處理中。

將含有大量微生物的填料加裝于生物反應器中可得到復合型一體式MBR，通過微生物來提高污水處理效果，也能提高對沖擊負荷的抵抗能力，可控制懸浮固體濃度，減少膜通量受到的影響[2]。

2.2 需氧情況

以微生物需氧情況劃分，可以將MBR劃分為厭氧、好氧兩種。好氧MBR在生活污水及城市污水的處理中應用較多。厭氧MBR在高濃度有機廢水中應用較多。厭氧過程能提高廢水的可生化性，可改變一些有機物的分子結(jié)構(gòu)，方便好氧MBR處理從而有效去除有機物。

二、膜生物反應技術(shù)在污水處理中的應用

當前膜生物反應技術(shù)在生活污水、工業(yè)廢水及醫(yī)院污水處理中均應用廣泛。膜曝氣膜生物反應器（MABR）結(jié)合生化處理技術(shù)與膜技術(shù)，氣體分離膜能為微生物生長提供氧氣及載體，MABR對氧氣的利用率高于常規(guī)MBR相比，在高濃度有機廢水的處理中效果明顯?；旌螹ABR工藝的應用效果明顯，鐵-碳微電解-芬頓-MABR-臭氧耦合技術(shù)中，通過鐵-碳微電解可以對長鏈有機物進行分解，通過芬頓反應可以將脂類、醇類、羧酸等有機化合物氧化成為有機物，通過臭氧氧化進行深度處理以去除COD，從而滿足出水要求[3]。

移動床生物膜反應器（MBBR）的曝氣過程中，通過外力作用來讓污水與填料充分接觸，填料表面微生物不斷生長，之后填料表面可形成生物膜，通過生物膜來吸附、降解污水中的污染物。與常規(guī)MBR工藝相比，MBBR工藝容易操作、管理、不會出現(xiàn)堵塞、容易擴容、占用空間也比較硝，在污水處理回收中得到了比較廣泛的應用。MBBR去除污水中的氨氮、COD能取得良好的效果，但是這一技術(shù)實際應用過程中也發(fā)現(xiàn)了一系列問題如啟動時間比較長、不能處理大量污水、生物膜容易脫落等，因此仍然需要對這一技術(shù)進行研究，開發(fā)新型反應器。碳纖維球填料能迅速形成生物膜，就去除氨氮方面的效果要比聚乙烯塑料填料的效果更優(yōu)。也有研究證實通過對填料表面施加外加磁場可以提高為微生物的活性，從而加快微生物的降解。

厭氧膜生物反應耦合系統(tǒng)（ANMBR）為膜分離與厭氧反應器耦合而成。這一工藝中的厭氧反應器同時具有凈化污水、產(chǎn)生沼氣的作用，通過膜的攔截作用來分離污泥停留與水力停留，有機溶劑負荷得到明顯提高，與常規(guī)厭氧生物處理技術(shù)相比，這一技術(shù)可以減少污泥產(chǎn)量、出水水質(zhì)優(yōu)良、啟動迅速、能回收沼氣能源[4]。

三、膜生物反應技術(shù)存在的缺陷及處理對策

盡管膜生物反應技術(shù)存在眾多優(yōu)勢，但這一技術(shù)也存在一定局限性，包括投資及運行費用高、膜污染等。膜污染可造成膜通量降低甚至膜不能繼續(xù)使用，這就要求定期維護，而定期維護、更換必然會增加運行費用，可見膜污染制約著膜生物反應技術(shù)的推廣。解決膜污染時，可從以下方面著手。

1.清洗膜組件

當膜污染達到閾值時，這時就要清洗膜組件以恢復膜的性能，可通過離線、在線方式將膜表面污染物去除，從而恢復其通量，減少折舊費用。通過超聲進行在線清洗，能比較理想地控制膜污染，但是超聲在線清洗會對污泥的活性受到影響，引起污泥粒徑減小從而影響過濾性能，因此需要嚴格控制清洗時間，不超過5min。采用水力清洗能將膜表面的活性污泥濾餅層去除，空氣-水混合沖洗、海綿球機械擦洗、高速流水沖洗等都比較常用，但是水力沖洗在恢復膜通量的效果上不高?；瘜W清洗采用酸、堿、鹽將膜表面及孔徑內(nèi)的生物膜、無機鹽及膠體等去除，在恢復膜通量方面非常重要。當前主要是聯(lián)合應用水力清洗及化學清洗的方法恢復膜通量。

2.預處理混合液

活性污泥混合液是膜污染的主要物質(zhì)來源，預處理混合液以提高混合液的過濾性能，這能有效防止膜污染?？刹捎靡韵路椒ㄟM行處理：第一，加入一定量的粉末活性炭，維持有效濃度。通過粉末活性炭可以結(jié)合油性污泥，改善濾餅層結(jié)構(gòu)，延緩膜污染，還能降低COD含量。第二，加入絮凝劑如三氯化鐵等，通過絮凝劑凝集細小污泥顆粒從而減少對膜造成的污染。第三，細格柵、網(wǎng)篩過濾可去除紙纖維、頭發(fā)等污染物，能減少膜纖維纏繞。

3.優(yōu)化反應器結(jié)構(gòu)及操作條件

將曝氣裝置設置于浸沒式膜組件下方，曝氣可在膜表面形成水流剪切作用，引起膜表面污染物脫落，除此以外曝氣會對膜組件周圍水流造成影響，振動膜絲從而減少污染。將填料加入生物反應器中，通過填料吸附懸浮物，可提高微生物去除有機物的效果，降低懸浮物濃度。分體式MBR采用回流增加膜的錯流速率，延長清洗周期。間歇出水，停止出水周期時將膜表面污染物吹脫，從而減輕膜污染程度?？刂颇さ墓ぷ魍?，降低顆粒物的沉積速率從而延長膜的過濾周期?？稍黾悠貧饬縼碓黾踊旌弦貉h(huán)流速，減少膜表面污染物的沉積。

結(jié)束語

污水處理中膜生物反應技術(shù)盡管存在運行費用高、膜污染等問題，但當前水污染形式越加嚴峻、水資源不斷減少、水質(zhì)標準不斷提高，膜生物反應技術(shù)具有自身的獨特優(yōu)勢，因此這一技術(shù)仍然是非常重要的污水處理技術(shù)。膜生物反應技術(shù)要在污水處理中得到更廣泛的應用，需要從以下方面著手：第一，探尋更有效的預防及控制膜污染的技術(shù)，如膜再生及清洗技術(shù);第二，開發(fā)耐污染、高通量的廉價膜材料;第三，MBR組合工藝。

參考文獻

[1]張軒，宋小三，王三反，等.分散式生活污水處理技術(shù)的研究進展[J].應用化工，2021，50（1）：155-158.

[2]朱強.膜生物反應器與臭氧活性炭組合工藝在高品質(zhì)再生水廠的應用[J].凈水技術(shù)，2020，39（12）：30-35.

[3]安鑫悅，張嵩浩，張妍，等.MBR處理公共建筑混合污水及微生物群落分析[J].水處理技術(shù)，2018，44（7）：95-99.

[4]楊春雪，施春紅，張喜玲.膜生物反應器處理農(nóng)村生活污水研究進展[J].水處理技術(shù)，2020，46（8）：1-5.