MBR技術(shù)與工藝在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的研究進(jìn)展

摘要：近年來，隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，尾水排放對生態(tài)環(huán)境造成的壓力日益加劇。膜生物反應(yīng)器（MBR）技術(shù)因其高效的固液分離能力和優(yōu)質(zhì)的出水水質(zhì)，在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。MBR技術(shù)能夠顯著去除尾水中的氨氮、總磷及懸浮物，有效改善水質(zhì)并降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。本文對MBR技術(shù)與工藝在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：MBR技術(shù)；水產(chǎn)養(yǎng)殖；尾水處理

水產(chǎn)養(yǎng)殖作為全球重要的蛋白質(zhì)來源，其產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，但隨之產(chǎn)生的尾水問題也愈發(fā)嚴(yán)峻。傳統(tǒng)污水處理方法難以滿足現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)對高效、穩(wěn)定處理的需求，而MBR技術(shù)作為一種將生物處理與膜分離相結(jié)合的創(chuàng)新型工藝，憑借其卓越的處理性能逐漸成為研究熱點(diǎn)。通過在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的應(yīng)用，MBR技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)污染物的有效去除，還能為水資源循環(huán)利用提供技術(shù)支持。然而，該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨膜污染、運(yùn)行成本高等技術(shù)瓶頸，亟需從新材料研發(fā)、工藝優(yōu)化及智能管理等方面尋求突破。

1 MBR技術(shù)的基本原理

1.1 MBR的工作機(jī)制

膜生物反應(yīng)器是一種將傳統(tǒng)活性污泥法與高效膜分離技術(shù)相結(jié)合的污水處理裝置。其核心在于利用膜組件替代常規(guī)沉淀池進(jìn)行固液分離，通常采用孔徑小于0.1 μm的超濾或微濾膜。在運(yùn)行過程中，污水進(jìn)入生化反應(yīng)區(qū)，經(jīng)過好氧/厭氧微生物的作用，化學(xué)需氧量（COD）去除率可達(dá)80%～90%，氨氮去除率超過95%。隨后混合液通過加壓泵送至膜組件，膜孔徑僅允許水分子及低分子溶質(zhì)透過，截留的污泥回流至反應(yīng)區(qū)維持系統(tǒng)穩(wěn)定，而凈化后的出水濁度低于0.1NTU，滿足高標(biāo)準(zhǔn)排放要求。該工藝具有占地少、出水質(zhì)量高的特點(diǎn)，但需定期清洗防止膜污染[1]。

1.2 生物處理與膜分離相結(jié)合的原理

生物處理與膜分離相結(jié)合的原理在于利用微生物代謝功能降解污染物的同時(shí)，借助高精度膜過濾實(shí)現(xiàn)高效的固液分離。在生物處理階段，污水中的有機(jī)物經(jīng)由好氧菌分解，生化需氧量（BOD）去除率可達(dá)90%以上，同時(shí)硝化細(xì)菌將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，去除效率高達(dá)95%。隨后混合液進(jìn)入膜分離區(qū)域，采用孔徑為0.05～0.1 μm的超濾膜，可徹底截留大于膜孔徑的懸浮顆粒、細(xì)菌（粒徑0.2～2 μm）及部分病毒（粒徑0.02～0.3 μm），確保出水濁度低于0.1 NTU。這種結(jié)合方式不僅提高了處理效率，還減少了污泥產(chǎn)量，但需要定期反沖洗或化學(xué)清洗以保持膜通量。

1.3 MBR技術(shù)的優(yōu)勢

1.3.1 出水水質(zhì)優(yōu)良

MBR技術(shù)（圖1）通過將生物處理與膜分離完美結(jié)合，展現(xiàn)出卓越的優(yōu)勢，特別是在出水水質(zhì)方面表現(xiàn)尤為突出。在生物處理環(huán)節(jié)，微生物活躍地分解有機(jī)物，有效去除污水中的有害成分，使得處理后的水質(zhì)更加純凈。隨后，膜分離技術(shù)精準(zhǔn)攔截雜質(zhì)和微生物，確保出水清澈透明，幾乎不含任何懸浮物和病原體，達(dá)到了極高的凈化標(biāo)準(zhǔn)。這種雙重保障不僅保證了出水的優(yōu)質(zhì)特性，還大幅提升了水資源的再利用率[2]。

1.3.2 占地面積小

MBR技術(shù)的一大顯著優(yōu)勢在于其占地面積的顯著減少。相較于傳統(tǒng)污水處理工藝，MBR技術(shù)通過集成式的設(shè)備布局和高效的處理流程，大幅壓縮了所需的物理空間。在生物處理環(huán)節(jié)，微生物的高活性和高效率使得反應(yīng)器能夠在有限的空間內(nèi)完成復(fù)雜的凈化任務(wù)，無需設(shè)置龐大的沉淀池即可實(shí)現(xiàn)固液分離。這種緊湊的設(shè)計(jì)不僅節(jié)省了土地資源，還降低了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的成本，同時(shí)便于在城市中心區(qū)域或用地緊張的場所安裝使用。MBR系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)使其具備靈活擴(kuò)展的能力，可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整規(guī)模，進(jìn)一步優(yōu)化空間利用效率，為現(xiàn)代環(huán)保工程提供了創(chuàng)新解決方案。

1.3.3 運(yùn)行穩(wěn)定可靠

MBR技術(shù)以其卓越的運(yùn)行穩(wěn)定性而備受推崇。在整個(gè)處理過程中，生物反應(yīng)與膜分離協(xié)同作業(yè)，形成了一個(gè)高度平衡的生態(tài)系統(tǒng)。微生物群體在適宜的環(huán)境下持續(xù)發(fā)揮效能，即使面對水質(zhì)波動或負(fù)荷變化，也能迅速適應(yīng)并保持高效運(yùn)作。膜組件則憑借其精密的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效抵御外界干擾，確保出水始終符合高標(biāo)準(zhǔn)要求。這種穩(wěn)定的性能不僅減少了人為干預(yù)的頻率，還極大延長了設(shè)備的使用壽命，為長期運(yùn)營提供了堅(jiān)實(shí)保障。

2 不同類型膜組件的選擇與應(yīng)用

2.1 微濾

微濾（MF）膜組件因其獨(dú)特的孔徑范圍（0.1～10 μm）成為MBR技術(shù)中的重要選擇。這種膜能夠有效截留細(xì)菌（粒徑約0.2～2 μm）和較大的懸浮顆粒，同時(shí)允許水分子及小分子溶質(zhì)通過。在實(shí)際應(yīng)用中，微濾膜常用于處理含有較高濃度懸浮物的廢水，其孔徑大小決定了對污染物的攔截能力，通常可去除99%以上的懸浮固體，出水濁度可低至0.1 NTU以下。微濾膜的材質(zhì)多為聚偏氟乙烯（PVDF）或聚醚砜（PES），具有良好的耐化學(xué)性和機(jī)械強(qiáng)度。盡管如此，微濾膜的抗污染能力相對較弱，需定期進(jìn)行化學(xué)清洗以恢復(fù)通量，但其操作壓力較低，能耗較少，適用于中低難度的污水處理場景[3]。

2.2 超濾

超濾（UF）膜組件以其介于微濾與納濾之間的孔徑范圍（0.01～0.1 μm）廣泛應(yīng)用于MBR技術(shù)。超濾膜能夠高效截留病毒（粒徑0.02～0.3 μm）、膠體及大分子有機(jī)物，對細(xì)菌的去除率接近100%，出水水質(zhì)極為純凈。其材質(zhì)通常為聚醚砜或聚偏氟乙烯，具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能。相比微濾膜，超濾膜對污染物的去除精度更高，特別適合處理含有復(fù)雜成分的工業(yè)廢水或市政污水。然而，超濾膜的操作壓力略高于微濾膜，為0.1～0.3 MPa，但依然保持較低能耗。為了維持長期穩(wěn)定運(yùn)行，需定期進(jìn)行物理清洗和化學(xué)清洗，以防止膜污染。超濾膜的應(yīng)用極大地提升了出水品質(zhì)，是高端MBR系統(tǒng)的理想選擇。

3 MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的應(yīng)用分析

3.1 氨氮

MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中對氨氮的去除表現(xiàn)出色。養(yǎng)殖尾水中富含氨氮，濃度通?？蛇_(dá)

50～100 mg/L，直接排放會嚴(yán)重污染水體。MBR系統(tǒng)通過生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)的硝化細(xì)菌作用，將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，去除率高達(dá)95%以上。隨后，膜組件截留絕大部分懸浮態(tài)硝化產(chǎn)物，確保出水氨氮濃度降至1 mg/L以下，遠(yuǎn)低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)。這一過程不僅有效削減了氮負(fù)荷，還減少了水體富營養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)。值得注意的是，MBR技術(shù)的穩(wěn)定運(yùn)行依賴于適當(dāng)?shù)奈勰酀舛龋? 000～5 000 mg/L）和合適的水力停留時(shí)間（6～12 h），從而確保高效的脫氮效果[4]。

3.2 總磷

MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中對總磷的去除效果顯著。養(yǎng)殖尾水中總磷濃度一般為2～10 mg/L，過量排放會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。在MBR系統(tǒng)中，通過生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)的聚磷菌作用，污水中的磷酸鹽被轉(zhuǎn)化為顆粒狀磷酸鹽聚合物儲存于菌體內(nèi)，去除率可達(dá)85%以上。隨后，膜組件高效截留這些含磷污泥，出水總磷濃度可降至0.5 mg/L以下，滿足嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。此外，適當(dāng)?shù)奈勰帻g（15～20 d）和較高的污泥濃度（4 000～6 000 mg/L）有助于增強(qiáng)除磷效果。定期排泥操作也是維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，可有效避免磷的二次釋放，從而實(shí)現(xiàn)尾水的深度凈化。

3.3 懸浮物

MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中對懸浮物的去除效果極為顯著。養(yǎng)殖尾水中懸浮物濃度通常為100～300 mg/L，

含有大量的未消化飼料殘?jiān)?、糞便顆粒及藻類等污染物。在MBR系統(tǒng)中，生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)微生物絮體與懸浮物緊密結(jié)合，初步形成較大顆粒便于后續(xù)分離。隨后，超濾或微濾膜組件以0.05～0.1 μm的孔徑精準(zhǔn)攔截懸浮物，去除率高達(dá)99%以上，出水濁度可降至0.1NTU以下。這種高效的固液分離能力不僅確保了尾水的清澈透明，還有效避免了懸浮物對水體的二次污染。為了維持膜通量，需定期進(jìn)行化學(xué)清洗，以清除附著在膜表面的污染物，保障系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行[5]。

4 MBR技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

4.1 膜污染問題

MBR技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中面臨諸多挑戰(zhàn)，其中膜污染問題是影響其穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。膜污染指的是在處理過程中，污染物逐漸積累于膜表面或孔隙內(nèi)部，導(dǎo)致膜通量下降、運(yùn)行成本增加及維護(hù)工作量加大。這種污染通常源于污水中溶解性有機(jī)物、微生物代謝產(chǎn)物以及懸浮顆粒的沉積。這些物質(zhì)在膜表面形成一層難以清除的積層，進(jìn)而阻礙水流通過。雖然定期清洗可以緩解這一問題，但頻繁的清洗不僅增加了操作難度，還可能縮短膜的使用壽命。因此，如何有效預(yù)防和解決膜污染，成為MBR技術(shù)推廣應(yīng)用亟待解決的問題。

4.2 運(yùn)行成本較高

MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中雖優(yōu)勢明顯，但也存在運(yùn)行成本較高的難題。一方面，膜組件的購置與更換費(fèi)用相對昂貴，尤其是高性能膜材料的使用進(jìn)一步推高了初始投資。另一方面，為保持膜通量穩(wěn)定，需要定期進(jìn)行化學(xué)清洗和維護(hù)，這不僅增加了藥劑消耗，還帶來了人工和能源成本的上升。盡管如此，隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)?；瘧?yīng)用的推進(jìn)，這些高昂成本有望逐步得到緩解，從而讓更多使用者從中受益。

5 MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的改進(jìn)建議

5.1 新型膜材料的研發(fā)

針對MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中面臨的挑戰(zhàn)，新型膜材料的研發(fā)顯得尤為重要。目前，使用的PVDF或PES膜雖已取得良好成效，但仍存在易污染、壽命短等問題。未來可開發(fā)更高效的納米復(fù)合膜，如摻雜銀離子或石墨烯的改性膜，其抗菌性能可減少細(xì)菌滋生，降低膜污染概率至現(xiàn)有水平的1/3。此外，新型膜材料須具備更高的親水性（接觸角低于30°），以增強(qiáng)水分子透過速度，提高整體處理效率。同時(shí)，通過分子設(shè)計(jì)優(yōu)化膜孔結(jié)構(gòu)，使其既能高效截留污染物，可降低運(yùn)行壓力至0.1 MPa以下，從而節(jié)約能耗。因此，通過這些創(chuàng)新將極大提升MBR系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，助力水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的綠色發(fā)展。

5.2 預(yù)處理工藝的優(yōu)化組合

MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的改進(jìn)建議之一是優(yōu)化預(yù)處理工藝。當(dāng)前，養(yǎng)殖尾水通常含有大量懸浮物和有機(jī)物，直接進(jìn)入MBR系統(tǒng)會加速膜污染進(jìn)程。為此，可采用“格柵+沉淀+氣浮”的三級預(yù)處理組合，使懸浮物去除率達(dá)到90%以上，COD削減50%～70%。具體而言，粗格柵攔截大顆粒雜物，細(xì)格柵進(jìn)一步去除微小懸浮物，沉淀池靜置分離比重較大的顆粒，氣浮裝置利用微小氣泡黏附輕質(zhì)污染物上浮分離。這種優(yōu)化后的預(yù)處理工藝不僅減輕了MBR系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，還能顯著延長膜組件的使用壽命，同時(shí)降低運(yùn)行成本。合理調(diào)整預(yù)處理參數(shù)，如沉淀時(shí)間控制在2～4 h，氣浮壓力維持在0.3～0.5 MPa，將進(jìn)一步提升整體處理效果。

5.3 自動化控制系統(tǒng)的升級

MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的改進(jìn)建議包括升級自動化控制系統(tǒng)。目前，許多MBR系統(tǒng)仍依賴人工監(jiān)控，容易因操作不當(dāng)引發(fā)故障。通過引入先進(jìn)的自動化控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對進(jìn)水流量、pH、溶解氧及膜通量等關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測與調(diào)節(jié)。例如，當(dāng)進(jìn)水流量超過設(shè)計(jì)值120%時(shí)，系統(tǒng)自動啟動限流裝置；當(dāng)溶解氧低于2 mg/L時(shí)，增氧設(shè)備即時(shí)響應(yīng)?；诖髷?shù)據(jù)分析的預(yù)測模型能夠提前識別潛在風(fēng)險(xiǎn)，將膜污染概率降至5%以下。智能化控制系統(tǒng)還能優(yōu)化清洗周期，將化學(xué)清洗頻率從每周一次調(diào)整為每兩周一次，從而節(jié)省藥劑用量約30%。這種升級不僅提升了系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，還大幅降低了人力成本和維護(hù)難度。

6 結(jié)語

綜上所述，MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的應(yīng)用取得了顯著進(jìn)展，展現(xiàn)其在高效凈化和資源回收方面的巨大潛力。通過對新型膜材料的開發(fā)、預(yù)處理工藝的優(yōu)化以及自動化控制系統(tǒng)的升級，MBR技術(shù)的性能得到了進(jìn)一步提升。未來，隨著相關(guān)領(lǐng)域的不斷深入探索，MBR技術(shù)必將在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中發(fā)揮更加重要的作用，為推動綠色養(yǎng)殖和可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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