膜生物反應(yīng)器（ＭＢＲ）在工程應(yīng)用中亟待解決的問題

付衛(wèi)東

摘要：固液膜分離生物反應(yīng)器是利用超濾膜以及微濾膜單元取代傳統(tǒng)污水處理工藝中的二沉池來水處理工藝。文章以提高難降解有機污染物的去除率、降低處理能耗、減少占地面積為主要目的，對實驗室研究以及工程應(yīng)用過程中所發(fā)現(xiàn)的問題作了必要的探討和研究。

關(guān)鍵詞：膜生物反應(yīng)器；固液分離；污水處理；工藝配置

中圖分類號：X703文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2009）16-0033-02

在超濾和微濾取得了市場應(yīng)用之后，Dorr-Oliiver公司于20世紀70年代末推出了膜生物反應(yīng)器。截至目前，在已派生出的三大類的MBR中親氣膜無氣泡曝氣生物反應(yīng)器和萃取膜生物反應(yīng)器還處在試驗室研究階段。而固-液膜分離生物反應(yīng)器在很多國家都有了許多應(yīng)用實例，在城市污水和某些工業(yè)廢水的處理領(lǐng)域顯示出取代普通活性污泥處理工藝的強勁勢頭。但是活性污泥法已經(jīng)有了100多年發(fā)展歷史，無論在設(shè)計理論還是運行維護方面都已經(jīng)建立了一套完整的理論體系。另外，利用膜材料截留的功能來實現(xiàn)固液分離是活性污泥法發(fā)展歷程中最革命性的一次革新。所以在成為一項成熟的水處理技術(shù)之前還有很多問題亟待解決。

一、固液膜分離生物反應(yīng)器及特點

固液膜分離生物反應(yīng)器是利用超濾膜以及微濾膜單元取代傳統(tǒng)污水處理工藝中的二沉池來實現(xiàn)生物量分離的一種污水處理工藝，一般而言，固液膜分離生物反應(yīng)器按照膜組件的布置形式可分為兩類，既淹沒式固液膜分離生物反應(yīng)器和內(nèi)循環(huán)式固液膜分離生物反應(yīng)器。在內(nèi)循環(huán)式固液膜分離生物反應(yīng)器中，回流泵提供混合液循環(huán)動力，在膜分離單元中生物量（污泥）和水在有壓的情況下被分開。而在淹沒式固液膜分離生物反應(yīng)器中膜組件直接浸入到生物反應(yīng)器當(dāng)中，借助真空吸力作用將污泥和水分開。為了保證出水水質(zhì)，在活性污泥法污水處理工藝中污泥濃度要控制在6g/l以下，否則出水水質(zhì)會受到嚴重的影響。而在MBR處理工藝中分離過程是以截留的形式實現(xiàn)的，即便在很高的污泥濃度條件下也不會影響到出水水質(zhì)。近年來隨著反沖洗技術(shù)和化學(xué)清洗技術(shù)的應(yīng)用，使得膜通量在很長時間內(nèi)保持穩(wěn)定，同時也提高了MBR系統(tǒng)的自動化程度。因此大大地降低了日常維護的勞動強度。

值得注意的是，在MBR系統(tǒng)中污泥的分離過程是靠膜材料截留來實現(xiàn)的。因此也就不能夠用SVI值作為設(shè)計的主要依據(jù)。因此適用于普通活性污泥法的設(shè)計理論體系就不能應(yīng)用到MBR系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)中去。截至目前，有關(guān)MBR處理工藝的系統(tǒng)的設(shè)計方法尚沒有公開的文字報道。

二、MBR處理工藝在設(shè)計和運行過程中存在的問題

（一）工藝設(shè)計

在常規(guī)的水處理工藝中，廢水中的污染物約有2/3被轉(zhuǎn)化為新生的生物量（污泥）。因為這些新生的生物量也是一種潛在的污染源，所以在傳統(tǒng)的水處理工藝中污泥的分離過程與降解過程具有同樣重要的地位。

在傳統(tǒng)的處理工藝中，污泥分離是以重力分離形式來實現(xiàn)的，因此反應(yīng)器混合液污泥容積指數(shù)（SVI）在設(shè)計和運行控制過程中占有很重要的地位。

（二）MBR系統(tǒng)的工藝配置

MBR系統(tǒng)可以省去活性污泥法中的初沉池。但是，進入到MBR反應(yīng)器的固體顆粒會聚集在膜纖維之間。過量的積累將導(dǎo)致斷絲的情況發(fā)生使整個系統(tǒng)的正常運行受到影響。因為目前膜組件的造價占整個工程投資的比例較大，所以在MBR系統(tǒng)的設(shè)計過程中應(yīng)該對預(yù)處理單元進行合理的配置。

此外，MBR處理工藝中污泥停留時間較長，隨著運行時間延長污泥活性下降明顯。污泥中的非活性物質(zhì)在反應(yīng)器中的積累不但對微生物的活性產(chǎn)生抑制使污泥老化，而且這些非活性物質(zhì)還會在膜表面沉積導(dǎo)致膜通量降低，給反應(yīng)器的穩(wěn)定運行帶來麻煩。另外，從固液分離的角度而言膜單元可以取代二沉池，但是它卻很難實現(xiàn)剩余污泥分離這一功能。在傳統(tǒng)活性污泥法中二沉池污泥含水率在99.8%（相當(dāng)于20g/l），曝氣池混合液污泥濃度在2500～4500mg/l之間。而MBR混合液的污泥濃度在6000～12000mg/l之間。另外，MBR混合液的沉降性能遠不如活性污泥法中曝氣池混合液的沉降性能好。目前，尚無一種現(xiàn)成的適合于處理MBR剩余污泥的方法。

（三）磷的去除

在MBR系統(tǒng)中污泥的分離過程是靠膜材料截留來實現(xiàn)的，因此MBR工藝與活性污泥法有很大的不同。其一是在傳統(tǒng)活性污泥法中污泥的回流量通常為進水流量的0.5～1.5倍，而在MBR處理工藝中為了保證膜材料的分離性能回流量通常是進水流量的2～4倍。其二是在傳統(tǒng)活性污泥法中回流污泥的溶解氧濃度很低，而在MBR處理工藝中回流混合液的溶解氧濃度在2～4mg/l之間。

MBR系統(tǒng)可以很方便的提高系統(tǒng)的污泥齡同時還可以為前置反硝化提供兼氧的環(huán)境，所以MBR系統(tǒng)具有很好的脫氮效果，而在MBR除磷的過程中則必須要合理的配置厭氧、兼氧和好氧過程或者采用化學(xué)處理的方式。

生物除磷是通過厭氧放磷、好氧過量吸磷以及含有磷元素的剩余污泥排除這樣幾個過程來實現(xiàn)的。在MBR系統(tǒng)中回流的是反應(yīng)器混合液而不是像活性污泥法那樣回流的是二沉池沉淀污泥。由于混合液溶解氧濃度較高采用一般布置形式的MBR處理工藝中厭氧放磷效果不理想。因此為了取得理想的除磷效果就要借助于化學(xué)除磷方式。

化學(xué)除磷是依靠投加化學(xué)藥劑（鐵鹽、鋁鹽、石灰等）與混合液中的磷酸鹽形成難溶性的沉淀類物質(zhì)并以剩余污泥的形式排出系統(tǒng)。值得注意的是，在采用化學(xué)除磷的MBR處理系統(tǒng)中必須注意化學(xué)藥劑的投放點以避免所生成的難溶鹽在膜材料表面的沉積。

在MBR反應(yīng)器中為了保證膜材料的通量就應(yīng)該避免磷的難溶鹽的生成以及沉淀過程和膜分離過程在同一個空間內(nèi)進行。因此采用化學(xué)除磷就要對反應(yīng)器進行合理、科學(xué)的布置。

三、結(jié)論

采用膜材料截流的方式取代以往活性污泥法中依靠重力沉降來實現(xiàn)生物量的分離是活性污泥發(fā)展歷程中一次重要的技術(shù)革新。因此，MBR處理工藝和以往的活性污泥法處理工藝在工藝配置、設(shè)計方法、運行和維護方面都有了很大的不同。目前，MBR處理工藝在很多領(lǐng)域已經(jīng)有了應(yīng)用的實例。但是這項技術(shù)在逐漸成熟并取廣泛應(yīng)用的過程中還需要在以下幾個方面進行深入的研究和開發(fā)：建立一整套科學(xué)、合理的設(shè)計理論；開發(fā)出配套處理單元，為MBR處理工藝的優(yōu)化配置創(chuàng)造條件；找到更合適的營養(yǎng)鹽去除方法，尤其是磷的去除。

參考文獻

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