論MBR污水處理設(shè)施應(yīng)用的優(yōu)越性

李晗

澳洲新南威爾士大學(xué) 土木環(huán)境學(xué)院

MBR的中文釋義為膜生物反應(yīng)器，主要應(yīng)用膜高效分離技術(shù)以及生物降解作用，對(duì)污水進(jìn)行處理以及回收利用的新型技術(shù)。MBR在進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，設(shè)備總體一般有生物反應(yīng)器、膜分離組件兩個(gè)部分。根據(jù)膜分離組件的設(shè)置位置差異，能夠?qū)BR分為一體式和分置式兩個(gè)類別。

一、MBR概述

1、分置式MBR構(gòu)造及優(yōu)勢(shì)

最先研發(fā)出的MBR為分置式，生物反應(yīng)器中混合液體，在工藝泵壓力增強(qiáng)的情況下，使得液體通入膜組件。在力的作用下混合液水會(huì)通過(guò)膜成為處理完成水，其他物質(zhì)則會(huì)被膜體截住，同時(shí)跟隨濃縮液返還流入反應(yīng)器中。為了使得膜污染得到減緩，混合液需要將工藝泵以較高的流速壓入至膜組件，膜表面會(huì)形成錯(cuò)流沖刷的效果。工藝循環(huán)泵在進(jìn)行使用時(shí)，會(huì)使得系統(tǒng)能耗得到增加，膜孔徑不同時(shí)，每立方米中的能耗大約為2至10kw·h。相關(guān)研究者認(rèn)為，分置式MBR在進(jìn)行使用時(shí)，高模面的流速所產(chǎn)生的高剪切力，會(huì)導(dǎo)致污泥絮體平均尺寸較小，膜生物反應(yīng)器是以生物反應(yīng)為基礎(chǔ)的工藝技術(shù)，對(duì)于生物菌種活性造成破壞，即是使反應(yīng)器的可應(yīng)用性大打折扣，最終導(dǎo)致MBR在生物處理中的效果不理想。不過(guò)總體而言，分置式MBR在應(yīng)用時(shí)，有運(yùn)行較為穩(wěn)定，且操作簡(jiǎn)易，管理便利，膜增設(shè)及更換都較為容易的優(yōu)點(diǎn)。

2、一體式MBR構(gòu)造及優(yōu)勢(shì)

一體式MBR設(shè)施則是將模組間在生物反應(yīng)器中安裝，使用工藝泵負(fù)壓進(jìn)行抽吸，能夠得到膜過(guò)濾出水。因?yàn)槟ぴ诜磻?yīng)器混合液中被浸沒(méi)，所以也被稱之為淹沒(méi)式及浸沒(méi)式。在一體式MBR中，膜組件常使用中空纖維超濾膜及平板膜，依靠水流及空氣擾動(dòng)，來(lái)使得膜污染得到減少。為了對(duì)膜污染進(jìn)行有效的預(yù)防，也會(huì)在反應(yīng)器中加上中空軸的設(shè)計(jì)，通過(guò)中空軸旋轉(zhuǎn)，能夠使得軸上膜隨之進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而形成有效的錯(cuò)流過(guò)濾。與分置式相比較，一體式MBR在運(yùn)行上成本較低、工藝更為簡(jiǎn)單，出水工藝泵每立方米能耗僅為0.2至0.4kw·h，只有分置式MBR的10%。不過(guò)一體式MBR膜清洗、更換，操作及管理，運(yùn)行的穩(wěn)定性等都要差于分置式。

二、MBR在污水治理中的應(yīng)用

1、城市污水處理

多座城市污水處理廠原本選擇傳統(tǒng)活性污泥法進(jìn)行污水處理，但因?yàn)樵鬯幚韽S的工藝無(wú)法達(dá)成要求，所以需要進(jìn)行工藝的改造。在改造中常使用淹沒(méi)式MBR，即一體化MBR，以期能夠?qū)⒊鏊|(zhì)進(jìn)行提升。以法國(guó)某污水處理廠為例，在改造中將原廠曝氣池（容積：320m3）改造為生物反應(yīng)器，并在其內(nèi)設(shè)置膜組件（體積：8m3），由此構(gòu)成了淹沒(méi)式MBR設(shè)施。原本貯泥池改造成缺氧池，對(duì)處理廢物進(jìn)行脫氮，二沉池則改建為剩余污泥池。整體完成改造之后，化學(xué)需氧量（CODcr）去除率達(dá)到了96%、凱氏氮（TKN）去除率達(dá)到了95%，糞便大腸菌則減少了6個(gè)數(shù)量級(jí)，出水的水質(zhì)能夠完全達(dá)成相應(yīng)要求。

2、中水回用系統(tǒng)

中水回用系統(tǒng)的目的在于使建筑生活污水得到適度處理以后，能夠作為空調(diào)冷卻水、沖廁所、綠化、洗車等用水二次利用。因?yàn)槭艿匠鞘薪ㄖ笆褂媚康南拗?，中水回用的水質(zhì)要求較高，主要為了避免回用中的衛(wèi)生問(wèn)題，同時(shí)對(duì)于處理流程及占地規(guī)模要求越少越好，系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)用穩(wěn)定、在各種環(huán)境中都能適用，且管理性強(qiáng)。盡管在要求上較為苛刻，但MBR能夠完全達(dá)成，在上世紀(jì)八十年代之后，MBR設(shè)施在日本等國(guó)家的中水回用系統(tǒng)中的應(yīng)用逐漸普遍。

3、高濃度糞便污水處理

糞便污水中的有機(jī)物含量相對(duì)較為高，BOD5含量常在10000mg/L，常規(guī)進(jìn)行糞便污水處理的過(guò)程中，會(huì)先將污水稀釋后再進(jìn)行處理。MBR設(shè)施使得糞便污水的處理過(guò)程中，在不進(jìn)行稀釋的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)其直接進(jìn)行處理，且在處理效果上能夠達(dá)成相應(yīng)的要求。日本對(duì)于膜分離技術(shù)的研發(fā)使得糞便污水處理技術(shù)更為先進(jìn)，但其核心中仍為活性污泥結(jié)合超濾膜組件的MBR設(shè)施。比如在日本山梨縣的MBR污水處理廠，在上世紀(jì)八十年代末投入使用，該廠中進(jìn)行糞便污水的處理工藝首先為活性污泥添加，其次進(jìn)行膜分離組合工藝，之后進(jìn)行混凝，再后進(jìn)行膜分離組合工藝，最后的處理過(guò)程為活性炭吸附，完成后處理水流出。首段膜需要在1到2個(gè)月之內(nèi)進(jìn)行次氯酸鈉（200mg/L）的沖洗（1次），第二段膜則每?jī)芍苓M(jìn)行溴酸（500mg/L）沖洗（1次）。

4、其他廢水處理應(yīng)用

MBR廢水處理設(shè)施在進(jìn)行其他高濃度有機(jī)類型的廢水及垃圾滲濾液的處理時(shí)，有較多的應(yīng)用實(shí)例。比如運(yùn)用膜厭氧生物反應(yīng)器進(jìn)行玉米廢水處理試驗(yàn)時(shí)，處理結(jié)果表明了CODCr去除率達(dá)到了97%。再比如膜厭氧生物反應(yīng)器對(duì)35℃條件下，CODCr濃度極高的奶酪廢水進(jìn)行處理時(shí)，去除率達(dá)到了95%至99%左右。這也說(shuō)明，在進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中，MBR的應(yīng)用范圍較廣.

三、MBR在污水治理展望

在污水回用以及場(chǎng)地限制時(shí)，MBR技術(shù)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)最大。在技術(shù)的應(yīng)用中，使膜的性價(jià)比提升以及將膜污染減少，是推廣MBR應(yīng)用的關(guān)鍵。MBR未來(lái)研究的主要方向?yàn)椋簩?duì)性能高、成本低的膜進(jìn)行研究。在現(xiàn)階段中，盡管分置式MBR在性能上穩(wěn)定、優(yōu)越，但是運(yùn)行的成本相對(duì)較高，甚至是較常規(guī)的處理方式更高。同時(shí)回流污泥泵對(duì)于活性污泥的性能影響較大?，F(xiàn)階段一體式中空纖維MBR，能夠使得循環(huán)泵能源消耗降低，中空纖維在曝氣管上方進(jìn)行安裝，這也會(huì)使得膜面上的污染相對(duì)更少。不過(guò)一體式MBR在進(jìn)行化學(xué)清洗的過(guò)程中，相對(duì)較為困難，所以推廣應(yīng)用受限，未來(lái)發(fā)展中期待有更為完善的一體式MBR.

結(jié)束語(yǔ)

膜分離能夠使得污水中難以降解的大分子，于一定體積的生物反應(yīng)器中進(jìn)行留置后，達(dá)成較好的去除效果。MBR設(shè)施系統(tǒng)能夠使高生物量濃度的污水具有較高成效的有機(jī)物去除效果。MBR能夠?qū)ξ勰喑两敌阅芗跋汝P(guān)限制進(jìn)行克服，去除設(shè)施中的二沉池，與此同時(shí)達(dá)成除菌及澄清的目的。若是在建設(shè)完成的污水處理廠中應(yīng)用MBR，不使得反應(yīng)器容積增加，也能夠達(dá)成處理水量提升的效果。