膜生物反應(yīng)技術(shù)在環(huán)境污水處理中的應(yīng)用

＊陳鴻浩

（廈門(mén)市翔安區(qū)環(huán)境衛(wèi)生中心 福建 361100）

隨著近年來(lái)城市化進(jìn)程的發(fā)展，雖然促使社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平有所提升，但同時(shí)也對(duì)環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。尤其是污水排放，對(duì)環(huán)境生態(tài)產(chǎn)生嚴(yán)重污染，不僅嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)建設(shè)，還會(huì)威脅人類(lèi)的生命健康。因此在當(dāng)前新時(shí)代下，加強(qiáng)對(duì)環(huán)境污水的處理具有重要意義。而膜生物反應(yīng)技術(shù)是環(huán)境污水處理的一種新型技術(shù)，能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)環(huán)境工程中污水處理工藝所存在的局限性，有利于在保護(hù)環(huán)境的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高環(huán)境污水凈化處理水平，進(jìn)而提升水資源利用效率。不過(guò)現(xiàn)階段我國(guó)膜生物反應(yīng)技術(shù)尚未在環(huán)境污水處理領(lǐng)域得到全面普及，并且存在一定的應(yīng)用問(wèn)題和不足，為此本文對(duì)膜生物反應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行綜述，以此指導(dǎo)相關(guān)實(shí)踐，提升環(huán)境污水治理效果，推動(dòng)生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)程加快。

1.概述

(1)膜生物反應(yīng)技術(shù)原理

膜生物反應(yīng)技術(shù)是當(dāng)前污水處理領(lǐng)域內(nèi)的重要手段之一，是指利用分離膜組件，構(gòu)成生物單元組合，基于生物處理和二沉池技術(shù)形成新型的污水處理系統(tǒng)。其主要裝置為膜分離器、萃取反應(yīng)器、膜分離反應(yīng)器，通過(guò)生化反應(yīng)對(duì)污水實(shí)施處理。通常膜生物反應(yīng)器是利用膜分離設(shè)備將水中的活性污泥與大分子有機(jī)物進(jìn)行截留，通過(guò)在生物反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度，以此提升生物處理的有機(jī)負(fù)荷，減少剩余污泥量。膜生物反應(yīng)器具有良好的截留作用，可保留世代周期較長(zhǎng)的微生物，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)污水深度凈化。并且硝化菌可在系統(tǒng)內(nèi)充分繁殖，有利于實(shí)現(xiàn)深度的除磷脫硝作用。近幾年，為更好的適應(yīng)污水處理要求，出現(xiàn)反應(yīng)膜分離生物反應(yīng)器與集成生物反應(yīng)器，根據(jù)不同含氧量的污水處理環(huán)境，選擇好氧生物反應(yīng)器或厭氧生物反應(yīng)器。再通過(guò)結(jié)合膜分離與生物處理技術(shù)，提升污水凈化處理效果[1]。

相比于傳統(tǒng)處理方法，膜生物反應(yīng)技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)，一是降低污泥產(chǎn)率，該技術(shù)能夠利用膜生物反應(yīng)器將污泥進(jìn)行全部攔截，實(shí)現(xiàn)污泥零排放。二是可增強(qiáng)傳氧效率，即膜生物反應(yīng)器中設(shè)置曝氣裝置，采用新型透氣膜可降低傳質(zhì)阻力，不受氣泡大小和停留時(shí)間等影響，保證供氧系統(tǒng)正常運(yùn)作，提升污水處理效率。三是在環(huán)境污水處理過(guò)程中，運(yùn)用膜生物反應(yīng)技術(shù)，能夠避免硝化細(xì)菌的流失，保證其處于高濃度狀態(tài)，有助于提升硝化速度。四是膜生物反應(yīng)技術(shù)可有效分離微生物和廢水，通過(guò)膜將微生物攔截，分離廢水，能夠在根源上保障污水處理效果良好，盡可能提升水質(zhì)轉(zhuǎn)化率。

(2)膜生物反應(yīng)技術(shù)類(lèi)別

由于現(xiàn)階段環(huán)境中存在多種類(lèi)型的污水，為保障處理效果得到提高，應(yīng)當(dāng)注重運(yùn)用不同類(lèi)型的膜生物反應(yīng)技術(shù)，因此在實(shí)踐中，可結(jié)合污水處理需求，采取適當(dāng)?shù)哪ど锓磻?yīng)技術(shù)類(lèi)別，具體如下。

①按照膜組件作用進(jìn)行分類(lèi)。一般情況下，根據(jù)膜組件不同作用可將膜生物反應(yīng)技術(shù)分為三種，分別是固液分離膜、膜曝氣膜、萃取膜生物反應(yīng)技術(shù)等。

②按照膜組件與生物反應(yīng)器相對(duì)位置進(jìn)行分類(lèi)。通常可分為兩種型式，一是分置式膜生物反應(yīng)技術(shù)，主要是將膜組件以及生物反應(yīng)器進(jìn)行分開(kāi)設(shè)置，保證獨(dú)立運(yùn)行。如將膜組件設(shè)計(jì)安置在反應(yīng)器外部，有利于開(kāi)展膜的清洗、更換和增設(shè)等。二是一體化膜生物反應(yīng)技術(shù)，即在生物反應(yīng)器中直接放入膜組件，利用泵將水中的過(guò)濾液有效吸出[2]。

(3)膜生物反應(yīng)技術(shù)發(fā)展

在現(xiàn)階段環(huán)境污水處理中，較為常用的膜生物反應(yīng)技術(shù)，包括曝氣濾池技術(shù)、動(dòng)態(tài)內(nèi)循環(huán)反應(yīng)技術(shù)、厭氧生物濾池法、EGSB-MBR技術(shù)、DMBR技術(shù)等。

①曝氣濾池技術(shù)。利用分離反應(yīng)器針對(duì)污水實(shí)施過(guò)濾，有助于對(duì)膠體以及洗滌劑等物質(zhì)進(jìn)行蒸發(fā)，再將空氣注入到相應(yīng)的生物反應(yīng)濾池中，可實(shí)現(xiàn)化學(xué)中和廢水沉淀，截留污染物，達(dá)到廢水的基本清洗要求。近年來(lái)，隨著生物膜技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，曝氣濾池技術(shù)可與膜生物反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行組合，有效解決生物膜降解問(wèn)題，改善反應(yīng)器的流動(dòng)性，有利于提高經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。同時(shí)在生物膜相互作用下，借助曝氣濾池能夠支持膜生物反應(yīng)過(guò)程，從源頭上減少污染物總量，延緩對(duì)生物膜的污染。另外一方面，為保證污水中的雜質(zhì)含量得到有效降低，可結(jié)合氣浮工藝，將膠體、生物洗滌劑等生產(chǎn)肥料有效沉淀，促進(jìn)水質(zhì)得到有效改善。

②動(dòng)態(tài)內(nèi)循環(huán)反應(yīng)技術(shù)。其是膜生物反應(yīng)技術(shù)中的重要組成部分，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，該方法對(duì)于反應(yīng)環(huán)境有一定的要求，相關(guān)人員需要針對(duì)反應(yīng)器開(kāi)展改造和優(yōu)化，保障處理過(guò)程順利開(kāi)展。當(dāng)前階段應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，具有自動(dòng)化的特征，無(wú)需人為重復(fù)操作。有利于對(duì)吸附能力相對(duì)較強(qiáng)的污泥開(kāi)展反復(fù)過(guò)濾和處理。同時(shí)在生物膜反應(yīng)中，利用實(shí)用性較強(qiáng)的微網(wǎng)材料，可進(jìn)一步降低成本預(yù)算，促使經(jīng)濟(jì)效益得到提升，并可組合側(cè)向曝氣法，減緩污水處理錯(cuò)流速度，實(shí)現(xiàn)良好的處理效果。

③厭氧生物濾池法。其是借助內(nèi)部帶有填料的微生物載體，對(duì)厭氧生物膜開(kāi)展凈化處理。工藝流程是將污水引入到沉砂池、初沉池中，再對(duì)砂石和懸浮物進(jìn)行清理，再排入到厭氧反應(yīng)池中，有效降解有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)污水凈化處理。最后經(jīng)過(guò)沉淀實(shí)現(xiàn)固液分離，利用脫水設(shè)備針對(duì)剩余污泥開(kāi)展處理，有效去除懸浮物。

④EGSB-MBR技術(shù)。是將膨脹顆粒污泥床技術(shù)與膜生物反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行組合的方法，能夠提升污水處理效能。其中EGSB技術(shù)是第三代厭氧反應(yīng)器，主要作用是對(duì)有機(jī)廢水進(jìn)行處理，通過(guò)內(nèi)部流體的融合，促使有機(jī)物和微生物混合具有靈活性。不過(guò)由于膜對(duì)生物反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生過(guò)度吸收等現(xiàn)象，促使大量雜質(zhì)堆積，導(dǎo)致水流速度和流量下降。所以可組合利用膜生物反應(yīng)技術(shù)，通過(guò)廢水與微生物的分離，保證污水凈化設(shè)備具有穩(wěn)定性，有序進(jìn)行污水凈化處理。

⑤DMBR技術(shù)。該方法是指微動(dòng)力動(dòng)態(tài)膜污水處理技術(shù)，基于生物膜相互作用的基礎(chǔ)上，對(duì)膜生物反應(yīng)裝置實(shí)施改進(jìn)，使其具有動(dòng)態(tài)內(nèi)旋處理效果，在污水傳導(dǎo)過(guò)程中，利用以有機(jī)過(guò)濾為主的動(dòng)態(tài)膜，模擬超濾膜過(guò)濾方法，提升污水出水效率。通常情況下，可在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置大孔徑微網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)內(nèi)旋轉(zhuǎn)效果。在運(yùn)用過(guò)程中該技術(shù)具有生產(chǎn)成本低、增壓污泥過(guò)濾性能好、處理效率高等優(yōu)勢(shì)作用。對(duì)于污水處理后的出水，可進(jìn)行循環(huán)利用，如在無(wú)害化處理后，可運(yùn)用在道路、景觀凈化等方面，實(shí)現(xiàn)水資源的高效使用，盡可能節(jié)省資源消耗量。

2.環(huán)境污水處理存在的問(wèn)題

(1)不夠重視污水處理可行性研究

隨著當(dāng)前新時(shí)代的發(fā)展，環(huán)境污水問(wèn)題日益嚴(yán)重，如工業(yè)企業(yè)數(shù)量大幅增加，致使污水類(lèi)型以及性質(zhì)有所增多，由于其成分差異相對(duì)較大，致使污水處理難度也有所提升。同時(shí)在居民生活方式更加豐富的背景下，生活污水排放量呈現(xiàn)大規(guī)模發(fā)展趨勢(shì)，為有效保障環(huán)境質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)合理選擇污水處理方式，控制污水污染影響范圍。因此在相關(guān)工程中，應(yīng)當(dāng)做好污水處理可行性研究。通過(guò)明確污水種類(lèi)和組成提高處理效率。但在實(shí)踐過(guò)程中，往往不重視污水處理可行性的研究分析，造成項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)方案存在缺陷，資金使用不合理等問(wèn)題，影響污水實(shí)際處理效果。甚至個(gè)別企業(yè)為加快工程建設(shè)效率，隨意編造數(shù)據(jù)，導(dǎo)致可行性研究報(bào)告失真，促使污水處理項(xiàng)目的整體實(shí)施價(jià)值不高，效果不佳。

(2)污水處理資金不足

污水處理的主要目的是改善城市水質(zhì)，合理控制水污染的蔓延，以此營(yíng)造良好空間環(huán)境，并高效利用水資源，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。但在實(shí)際環(huán)境工程中，普遍存在資金投入不足的問(wèn)題。這是由于當(dāng)前大型污水處理項(xiàng)目的投資額巨大，而且城市污水處理廠的建設(shè)成本、維護(hù)成本等均相對(duì)較高，如果資金投入不足，將會(huì)影響各項(xiàng)處理裝置和系統(tǒng)的完善性，限制先進(jìn)技術(shù)引進(jìn)程度，很容易導(dǎo)致環(huán)境工程建設(shè)實(shí)效較低，污水處理效能不高，難以有效控制水污染現(xiàn)狀，出現(xiàn)水資源浪費(fèi)等問(wèn)題[3]。

3.膜生物反應(yīng)技術(shù)在環(huán)境污水處理中的應(yīng)用

(1)城市污水處理方面

膜生物反應(yīng)技術(shù)作為當(dāng)前有效處理污水的重要手段，在城市污水治理領(lǐng)域具有重要作用。結(jié)合廈門(mén)環(huán)境污水處理的現(xiàn)實(shí)情況，其主要是針對(duì)市政污水的處理，利用傳統(tǒng)凈化處理方式，對(duì)污水中含有的膠體、洗滌劑等清除不到位，嚴(yán)重影響排出水質(zhì)，對(duì)周邊河流產(chǎn)生一定污染。為有效保證城市污水得到良好凈化，則應(yīng)當(dāng)采用創(chuàng)新性技術(shù)，如利用膜生物反應(yīng)技術(shù)中的生物曝氣池技術(shù)，能夠?qū)U水中的膠狀物、具有溶解性的有機(jī)污染物等排除，通過(guò)在固體表面附著微生物實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的凈化處置。同時(shí)，膜生物反應(yīng)技術(shù)也是一種生態(tài)系統(tǒng)，可基于藻類(lèi)、原生動(dòng)物、菌群等對(duì)水質(zhì)進(jìn)行改善，將附著的固體介質(zhì)作為載體，借助氣層的好氣菌對(duì)有機(jī)物實(shí)施吸附和分解，再進(jìn)入到厭氣層分解，通過(guò)流水層將老化生物膜沖掉，以此生長(zhǎng)新的生物膜，有利于在長(zhǎng)期循環(huán)中，對(duì)污水起到凈化作用。

比如在廈門(mén)市某污水處理廠，采用傳統(tǒng)污水凈化處理技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)良好的脫氮除磷效果。為此在近年來(lái)引進(jìn)膜生物反應(yīng)技術(shù)，并結(jié)合污水實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行創(chuàng)新。如在曝氣生物濾池基礎(chǔ)上，采用大型膜生物反應(yīng)器，通過(guò)定制BAF曝氣生物濾池與脫氮除磷設(shè)備組合，有效凈化城市污水。主要工藝為厭氧/缺氧/好氧-膜生物反應(yīng)器工藝及其變形，有利于適應(yīng)同步生物脫氮除磷要求。在具體實(shí)踐中可通過(guò)變換A/O池的排布方式、混合液回流線路、進(jìn)水分配方式，有利于針對(duì)城市污水的特點(diǎn)，進(jìn)行有效處理，可通過(guò)節(jié)約碳源好氧消耗，促使內(nèi)源碳利用增加，保證反硝化效率得到顯著提升。同時(shí)當(dāng)膜生物反應(yīng)器工藝污泥齡較長(zhǎng)，且生物除磷不能滿足實(shí)際要求的過(guò)程中，需采用化學(xué)除磷方法，有利于在出水時(shí)深度去除COD等污染物[4]。

(2)工業(yè)廢水處理方面

工業(yè)廢水是當(dāng)前環(huán)境污水中占有較大比重的類(lèi)型，由于其組成較為復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)降解。而且廢水中含有的重金屬離子、氨氮、燃料等成分，會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生較為嚴(yán)重的危害，導(dǎo)致污水處理效果無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合這一現(xiàn)狀問(wèn)題，可利用膜生物反應(yīng)技術(shù)解決。應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)工業(yè)廢水成分進(jìn)行全面了解，便于科學(xué)合理的選擇膜生物處理體系。比如綜合考慮金屬離子的濃度、適當(dāng)增加膜生物反應(yīng)器容積，提升處理效果。通過(guò)應(yīng)用動(dòng)態(tài)內(nèi)循環(huán)反應(yīng)技術(shù)，借助微網(wǎng)材料過(guò)濾吸附污染物，能夠有效處理各種污水，實(shí)現(xiàn)水資源凈化排放效果。并且該技術(shù)具有一定的自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)，能夠減少人為操作，有效降低工業(yè)污水處理成本。

比如在廈門(mén)化工企業(yè)中，利用內(nèi)置式MBR膜組件，前端采用uasb＋缺氧＋好氧的生化工藝，當(dāng)生化出水進(jìn)入MBR膜池后，利用膜元件的高分離精度分離固液，有利于提升系統(tǒng)出水水質(zhì)。針對(duì)高含鹽有機(jī)廢水具有較好的處理效果，COD去除率可達(dá)85%以上，降低噸水處理費(fèi)用。具體工藝流程如圖1所示。為進(jìn)一步滿足未來(lái)工業(yè)污水處理需求，應(yīng)注重解決膜污染以及膜堵塞、裝置大型化的放大效應(yīng)和自控技術(shù)問(wèn)題等，通過(guò)采用膜維護(hù)與清洗技術(shù)、模塊化技術(shù)、微生物富集優(yōu)化技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)集成等，進(jìn)一步對(duì)膜生物反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)優(yōu)化，有效降低工業(yè)排污量。

圖1 工業(yè)廢水中膜生物反應(yīng)技術(shù)應(yīng)用

(3)生活廢水方面

膜生物反應(yīng)技術(shù)可對(duì)生活廢水進(jìn)行有效處理，如廈門(mén)市某污水處理廠，針對(duì)生活廢水應(yīng)用MRR技術(shù)，其工藝流程如圖2所示，具有操作簡(jiǎn)單、效果明顯等優(yōu)勢(shì)。但隨著城市化進(jìn)程的加快，生活廢水中的污染物種類(lèi)大幅增多，現(xiàn)有處理工藝難以充分保障污水得到有效凈化。由此，該處理廠基于膜生物反應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，重點(diǎn)應(yīng)用組合式污水處理模式，運(yùn)用EGSB-MBR技術(shù)，有利于進(jìn)一步提升污水凈化效果，有利于解決膜對(duì)生物反應(yīng)的過(guò)度吸收，從而積累大量雜質(zhì)等問(wèn)題，并降低水流量。通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)EGSB-MBR組合技術(shù)具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力，運(yùn)行過(guò)程較為穩(wěn)定，檢測(cè)出水水質(zhì)COD含量可達(dá)10mg/L以下，去除率為95%、氮氧化物含量低于5mg/L，去除率90%、色度下降20倍，保障水質(zhì)符合城市雜用水標(biāo)準(zhǔn)，可回收循環(huán)利用。

圖2 生活污水的膜生物反應(yīng)技術(shù)應(yīng)用

除此之外，也可運(yùn)用DMBR技術(shù)，其主要是面對(duì)農(nóng)村污水直排的現(xiàn)象進(jìn)行改善，引進(jìn)DMBR污水處理一體化裝置，如DMBR-Z-XG/XF型雙膜內(nèi)循環(huán)生物反應(yīng)器，能夠?qū)崿F(xiàn)“生物＋物理”組合，有效實(shí)現(xiàn)固液分離，具有占地面積小、剩余污泥產(chǎn)量小等優(yōu)勢(shì)。在廈門(mén)農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用該技術(shù)，則增加氣浮處理設(shè)施，投入適當(dāng)?shù)幕炷齽?，可去除污水中的油脂和一部分磷，減輕后續(xù)化學(xué)除磷對(duì)膜通量的不利影響。同時(shí)在好氧池后增加缺氧段，能夠有效富集污泥濃度，降低剩余污泥量，保證出水總氮符合標(biāo)準(zhǔn)。

4.結(jié)論

綜上所述，膜生物反應(yīng)技術(shù)是當(dāng)前時(shí)代下的一種全新生物技術(shù)，在環(huán)境污水處理工程中能夠發(fā)揮良好優(yōu)勢(shì)，有利于提升污水處理效率，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)生物處理工藝缺陷。在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，膜生物技術(shù)能夠適用多個(gè)污水處理領(lǐng)域，如城市污水、工業(yè)廢水和生活污水等，通過(guò)采用曝氣生物濾池技術(shù)、動(dòng)態(tài)內(nèi)循環(huán)反應(yīng)技術(shù)、組合式污水處理技術(shù)等，有效實(shí)現(xiàn)污水凈化處置，改善出水水質(zhì)，最大限度的保障水環(huán)境健康，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。