膜生物反应器技术在污水处理中的应用

摘要：新时代，环境保护理念逐渐深入人心，人们愈发重视污水处理和水资源循环利用。对工业废水或生活污水进行处理和回用，不仅能够缓解水资源短缺，而且能够减少污水排放总量，降低环境污染。在环境工程污水处理行业，膜生物反应器（MBR）技术的应用范围较广，尤其是膜生物反应器组合工艺。该技术利用膜组件替代传统的重力式沉淀池，使出水水质和容积负荷都得到大幅度提高。膜生物反应器技术凭借其技术优势和实用效果，展现出较高的污水处理能力和应用价值，但也存在一些需要改进的地方。

关键词：膜生物反应器技术；环境工程；污水处理

膜生物反应器是一种新的污水处理技术，它是膜分离技术和生物处理技术的组合，具有占地面积小、加工效率高、水质优良等优点。膜生物反应器既可用于市政污水处理，又可用于工业污水处理。

1膜生物反应器的优缺点

膜生物反应器最大的优点是膜的分离作用彻底解决了二沉池中污泥沉降性能影响出水水质的问题。另外，由于膜的分离作用解决了传统活性污泥法的污泥浓度问题，膜分离单元增加了曝气池中高活性污泥的浓度，大大提高了生物降解的速率，同时也降低了比负荷率，并减少了剩余污泥的产生量。正因膜分离单元替代了传统活性污泥法的二沉池功能，既节省了基建费用，又使得各处理单元布局紧凑，大大节省了土地使用面积。另一方面，膜生物反应器易于实现自动化控制，操作、管理都较为方便。虽然膜生物反应器在国内外都取得了长足的发展，但在其研究和应用过程中仍有着一定的挑战。其主要不足之处有：长期运行过程中膜污染及其控制、清洗方式等；系统成本、日常运行能耗与维护等费用过高。

2膜生物反应器技术类型

膜生物反应器技术利用厌氧生物处理法，分离出水和生物降解所产生的胶体与高分子物质，而微生物则留在污水处理池内。膜生物反应器是膜生物反应器技术的核心装置，根据作用机理，可分为萃取膜生物反应器、无泡曝气膜生物反应器和分离膜生物反应器。萃取膜生物反应器含有很多内装纤维束的硅管，纤维束能够将污水中的有毒物质传输到好氧生物相中，微生物再对这些有毒物质进行吸附降解；无泡曝气膜生物反应器利用透气性膜对生物反应器进行无泡供氧，这种方法能够防止有机污染物的挥发并保证氧的充分利用；分离膜生物反应器的膜组件类似于传统生物处理法的二沉池，这种膜生物处理系统具有较高的污染物截留率，同时能够使浓缩液回流至生物反应池，保证生物反应器内微生物的浓度和污泥停留的时间，所以，该类装置处理污水的效果较佳。随着科学技术的不断发展，膜生物反应器技术衍生出许多新型工艺。

2.1 动态内循环反应技术

动态内循环反应技术（DMBR）利用超滤膜作为动态膜，形成具有动态内部循环的反应器。超滤膜的孔径较大，在进行污水过滤时，仅需要20min的时间，滤饼层即可过滤出污水中的TN、TP、COD及其他成分，过滤水中COD的残留率低于4%，氨氮和TN的残留率分别低于2%和48%，而且超滤膜的制造成本较低，经济效益较高。污水处理的生物反应器采用内部循环的动态模式，与分离膜生物反应器相比，不仅优化了其内部结构的流动形式，而且可均匀混合液体，清洁效果更好。

2.2MBR的应用领域

（1 ）工业废水处理与回用目前主要在某些工业废水处理中得到了应用，今后需要对更多种类的工业废水的进行处理研究。在工业废水处理中，应注意组合工艺的开发和应用，如混凝—-MBR、活性炭+MBR、高效菌种+MBR等。由于工业废水成份的复杂性，研究应更加倾向于膜污染控制技术。（2 ）饮用水源水净化MBR用于微污染水的研究还较少，今后需要对微污染水源水净化、地下水脱氮等进行更多的研究，并可结合相关技术进行联用。

3膜生物反应器的发展历程

乳化生物反应器是膜分离技术与生物反应器相结合的一种方法。它起源于1966 年的美国，开发了第一个用于处理外部膜反应器废水的商业系统。胚胎生物反应器从1980 年到1995 年发展较快。在日本，膜反应器技术具有占地面积小、水质好、设备紧凑等优点。因此，日本分子生物学方案特别注重膜反应器的工艺，因为表层面积小，容易受到污染液体的影响。1985 年，日本建筑省(OAS)启动了“循环水系统”方案，主要目的是开发高浓度甲烷等膜反应器，有效分析城市污水和工业废水中的生物，生产甲烷生物反应器。在日本农业公司的热情下，毛泽东在中开发了平板微缩胶卷组件。25m3/d、110m3/d的吞吐量是在1990 年和1992 年广岛井方法实验中测量的。1996 年，永田在日本建造了60 多个锅炉、污水、工业污水处理设施，总容量达5500m3/d。与此同时，在加拿大等国，本月底和1990 年代初开发的清洁水和工业废水视网膜生物反应器取得了更快的进展。南非也发展了在可用于处理高密度工业废物的企业中使用抗氧化剂的技术。

4膜生物反应器技术在污水处理中的应用

4.1 工业废水处理

工业废水的成分非常复杂，处理难度较高。若采用膜生物反应器技术，则应根据所要处理的工业废水情况，合理选择膜生物处理体系和膜，保证适应性，以免产生负面影响。例如，机械制造行业产生的废水往往含有较多的金属离子，因此应以去除或降低废水中的金属离子含量为主要目标，合理选择膜生物反应器技术。在酸碱度不同的环境中，金属离子所表现的形式不同，为确保工业废水达到排放标准要求，人们需要全面分析，合理选择膜生物反应器技术，以去除金属离子。

4.2 医院污水处理

采用膜生物反应器工艺处理天津某医院废水，处理能力为1000m3/d，水力停留时间为5h，出水COD可维持在50mg/L上下，平均去除率为80%；平均出水BOD约为5mg/L，平均去除率为92%；出水氨氮为4mg/L，其去除率大于80%。

4.3 饮用水源水净化

采用膜生物反应器研究水的微污染程度较低，需要进一步研究微污染回收、地下水脱水等问题，并纳入相关技术。

4.4 生活污水处理

家庭污水的处理要求较高，现阶段，家庭污水一般通过膜生物反应器的无害化处理来降低毒性，再用于城市道路清扫、绿化、洗车等。但是，膜生物反应器配套设施费用较高，导致此项技术的推广存在一定难度。

结束语

目前，膜生物反应器工艺已成功用于废水处理中，但其投资、能耗及运行费用高等问题限制了其应用推广。因此，人们还需从以下几方面加强研究：一是加强膜制备技术的研发，开发低成本、高通量、高强度和抗污染的高性能膜。第二，进一步加强了膜污染研究和清洗力学，以制定更有效的膜预防、遏制、清洗和再生措施。三是进一步细化膜生物反应器的加工条件，改进生物反应器的加工，提高系统的稳定运行。是提高古人类发电机的经济效益。随着研究的增加，膜的生物反应处理将具有更广泛的应用目标折叠。