MBR膜技術(shù)在污水處理中的應用

趙楊楊

北京亦莊水務有限公司 北京 100176

1 MBR膜技術(shù)概述

膜生物反應器處理技術(shù)（Membrane Bioreactors，MBR）是于20世紀初出現(xiàn)，并于20世紀60年代后得到迅速發(fā)展的一種分離新技術(shù)。它是將MBR膜高效分離技術(shù)與污水中生物降解作用有機結(jié)合起來的一種新型、高效的污水處理技術(shù)。膜分離技術(shù)最早應用于微生物發(fā)酵工業(yè)。隨著材料科學的發(fā)展與制膜水平的提高，其應用領(lǐng)域不斷擴大，已經(jīng)涉及到食品加工、化工、冶金、醫(yī)療廢水處理等多個領(lǐng)域。MBR膜利用膜分離技術(shù)替代二沉池進行固液分離，可同時實現(xiàn)水力停留時間（HRT）和污泥停留時間（SRT）的分別控制。它具有出水質(zhì)量高、運行效果穩(wěn)定、占地小、污泥濃度高且高效、節(jié)能、環(huán)保等特征。

2 MBR膜技術(shù)工藝組成

膜-生物反應器主要由膜分離組件及生物反應器兩部分組成。通常提到的膜-生物反應器實際上是三類反應器的總稱：①曝氣膜-生物反應器；②萃取膜-生物反應器；③固液分離型膜-生物反應器。

2.1 曝氣膜

曝氣膜-生物反應器最早見于Cote．P等1988年報道，采用透氣性致密膜（如硅橡膠膜）或微孔膜（如疏水性聚合膜），以板式或中空纖維式組件，在保持氣體分壓低于泡點（BubblePoint）情況下，可實現(xiàn)向生物反應器的無泡曝氣。該工藝的特點是提高了接觸時間和傳氧效率，有利于曝氣工藝的控制，不受傳統(tǒng)曝氣中氣泡大小和停留時間的因素的影響。

2.2 萃取膜

萃取膜-生物反應器又稱為EMBR。因為高酸堿度或?qū)ι镉卸疚镔|(zhì)的存在，某些工業(yè)廢水不宜采用與微生物直接接觸的方法處理；當廢水中含揮發(fā)性有毒物質(zhì)時，若采用傳統(tǒng)的好氧生物處理過程，污染物容易隨曝氣氣流揮發(fā)，發(fā)生氣提現(xiàn)象，不僅處理效果很不穩(wěn)定，還會造成大氣污染。為了解決這些技術(shù)難題，英國學者Livingston研究開發(fā)了EMB。廢水與活性污泥被膜隔開來，廢水在膜內(nèi)流動，而含某種專性細菌的活性污泥在膜外流動，廢水與微生物不直接接觸，有機污染物可以選擇性透過膜被另一側(cè)的微生物降解。由于萃取膜兩側(cè)的生物反應器單元和廢水循環(huán)單元是各自獨立，各單元水流相互影響不大，生物反應器中營養(yǎng)物質(zhì)和微生物生存條件不受廢水水質(zhì)的影響，使水處理效果穩(wěn)定。系統(tǒng)的運行條件如HRT和SRT可分別控制在最優(yōu)的范圍，維持最大的污染物降解速率。

2.3 固液分離型膜

固液分離型膜-生物反應器是在水處理領(lǐng)域中研究得最為廣泛深入的一類膜-生物反應器，是一種用膜分離過程取代傳統(tǒng)活性污泥法中二次沉淀池的水處理技術(shù)。在傳統(tǒng)的廢水生物處理技術(shù)中，泥水分離是在二沉池中靠重力作用完成的，其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分離效率越高。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運行狀況，改善污泥沉降性必須嚴格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。由于二沉池固液分離的要求，曝氣池的污泥不能維持較高濃度，一般在1．5-3．5g/L左右，從而限制了生化反應速率。

3 膜技術(shù)的應用現(xiàn)狀分析

在處理化工污水中應用膜技術(shù)的原理一般表現(xiàn)為在電勢、壓力、濃度梯度之下，通過各種混合物的各成分間滲透存在的差異性然后對混合物展開分離和提純?，F(xiàn)今，在污水理論當中膜分離技術(shù)的應用已相對成熟，同時使用范圍在繼續(xù)加大，各種化工污水處理都會用到這一技術(shù)。應用這一技術(shù)的同時，若是處于常溫狀態(tài)之下，依舊能夠持續(xù)性的對其操作，并且在操作過程里面沒有二次污染的產(chǎn)生。一般情況下，化工污水的化學及物理性質(zhì)存在的特點都相差無二。運用常規(guī)技術(shù)和手法來處理化工污水不能夠得到理想效果。運用膜技術(shù)對化工污染進行操作處理時，能夠合理添補慣例形式和技術(shù)當中出現(xiàn)的缺點，把污水處理效果進一步提高?；の鬯幚碛兄m當?shù)那疤釛l件和應用環(huán)境，所以在對污水處理的經(jīng)過當中只是使用單種膜技術(shù)一般不能夠得到理想的效果。

4 MBR在污水處理中的應用

4.1 MBR-厭氧/缺氧交替工藝

交替式厭氧/缺氧-膜生物反應器(A-A/A-M)工藝可提高生活污水脫氮除磷效果。該工藝由一個交替缺氧/厭氧反應池和內(nèi)置膜過濾單元的好氧池組成。通過好氧池底部回流污泥流向的改變，使得兩個獨立反應器(A和B)內(nèi)依次形成缺氧和厭氧環(huán)境，實現(xiàn)同步厭氧釋磷、缺氧反硝化脫氮，及好氧吸磷、硝化、去除BOD等過程。好氧反應器進行連續(xù)曝氣減緩膜污染的進程，延長清洗周期。該工藝對COD、TN、TP的平均去除率分別達到93%、67．4%和94．1%。

4.2 PAC-MBR工藝(粉末活性炭-膜生物反應器)

PAC-MBR組合工藝是指將PAC投加至MBR污泥混合液中，污泥絮體以PAC顆粒為骨架，吸附和絮凝污泥混合液中微細膠體、胞外聚合物EPS、溶解性有機物等，使污泥顆粒粒徑變大，抗壓能力增強，膜面沉積層孔隙率提高，壓密性降低，從而降低膜過濾阻力和膜污染程度，提高膜通量。同時，由于PAC污泥絮體的吸附和生物降解作用協(xié)同，形成生物活性炭，使有機污染物降解去除率得到提高，PAC得以再生。李-MBRPA和MBR工藝處理生活污水的對比實驗，結(jié)果表明，由于PAC的存在大大改善了膜污染狀況，從而延長了膜清洗周期。

5 發(fā)展前景

MBR膜一旦受到嚴重污染，將會影響整個工藝的運行效果，因此應結(jié)合各水質(zhì)的特點，尋找有效的方法減輕膜污染、保證膜的使用壽命、維持膜生物反應器的正常運轉(zhuǎn)是一項長期任務。MBR技術(shù)處理制藥廢水、啤酒廢水、屠宰廢水等具有良好的應用價值，不僅能有效減輕制藥廢水、啤酒廢水、屠宰廢水等造成的環(huán)境污染，還對城市經(jīng)濟的可持續(xù)性發(fā)展具有重要的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。隨著膜制造技術(shù)的進步，膜質(zhì)量的提高和膜制造成本的降低，MBR膜技術(shù)的工程投資也會隨之降低。因此，從長遠的來看，MBR膜處理技術(shù)在污水處理中將得到廣泛的應用。膜生物反應器將是替代傳統(tǒng)廢水處理技術(shù)強有力的競爭者。