环境工程污水处理中膜生物反应技术的运用

刘东文

（福建武夷水务发展有限公司，福建 南平 353000）

技术进步带动了污水处理工艺的变革，使污水处理技术体系日渐成熟，陆续出现了多种新工艺。但由于环境工程中的污水来源多、总量多，对处理技术要求较高，为保障处理效率、出水水质，膜生物反应技术得到了广泛应用。该技术同时属于生物处理技术、膜分离工艺，利用该可杀死污水中的寄生虫与有害病菌，降低重金属的含量，实现污水的净化。与传统污水处理技术相比，膜生物反应技术的生态环保性突出，由于 环境工程污水处理项目逐渐增多，应根据实际需求，优选膜生物反应技术。

1 膜生物反应技术的原理

膜生物反应技术本质上是借助膜生物反应器（MBR）实现污水深度净化的工艺，在当前的污水处理中，膜生物反应技术的应用范围较广。现阶段许多污水处理系统由膜生物反应器替代了原来的末端沉淀池，由于膜生物反应器的特殊性，会使活性污泥的浓度显著增大。实际上，膜生物反应技术是生物学理论下的分离技术，是传统活性污泥技术的创新，其技术原理为：在曝气池内安装定制的MBR，污水依次经过好氧曝气与生物处理、过滤膜，最后被专用泵抽出，其结构如图1所示。在处理环节，由过滤膜截流污水中的活性污泥、大分子有机物，最后再进行深度处理，被抽出的水经消毒净化，基本能够达到国家的污水排放标准，在一些情况下可二次利用，不仅处理效率高、效果好，还能节约资源，兼具技术性、经济性优势[1]。在膜生物反应技术中，膜组件的选择是关键，市场上的各种膜组件对比情况见表1。

表1 各种膜组件的价格与特性

图1 基于膜生物反应技术的污水处理系统结构

2 膜生物反应技术的优势

现阶段环境工程污水处理中，可采用的污水处理工艺越来越多，膜生物反应技术为其中的一种，属于新技术，兼具多方面的优势。

2.1 分离效果好

传统的污水处理工艺虽然可以实现污水处理，但无法分离污水中的微生物与污泥，造成微生物流失严重。而膜反应生物技术不存在这种问题，不仅可以分离污泥与微生物，借助反应器还能实现污染物、水资源、微生物的分离与清洁，使微生物与污水经由膜分离开，从根本上降低了污水处理的资金投入。

2.2 减少了污泥产量，提高了污水处理的便捷性

在进行污水处理时配备的反应器可将污水中大部分污泥隔离在外，分离油脂、蛋白质等营养物质与污泥，减小污染物的体积，降低了污水处理的难度。

2.3 投入的设备少，占地空间小

在整个污水处理环节，不需要配备末端二沉池等设备，只需要很小的空间就能够实现污水处理目标。反应器中的混合液中含有悬浮固体液，该种液体的浓度较高，可增加污水处理系统的抗负荷能力，提升处理效率，保障分离速度。

2.4 稳定性较高

膜生物反应系统具有稳定性较高的优势，因而在进行污水处理时，可选择各方面性能较好的膜，以保障供氧的稳定性。

3 膜生物反应的技术类别

3.1 动态内循环反应技术

动态内循环反应技术为膜生物反应技术的一种，此类技术对环境质量的要求较高。当在环境工程污水处理中选用该技术时，需注意反应器的配置，做好前期准备工作。为提高环境工程的建设质量，需优化反应器的工作，以降低人工成本，提高膜生物反应的自动化和智能化。在具体应用该技术时，工作人员应结合污水处理的需求，优选性能好、价格低的膜材料，从而降低处理成本、控制处理费用，提高污水处理效率。动态内循环技术能够吸附活性污泥，在处理过程中为达到最佳的污水处理效果，动态内循环反应技术一般与侧向曝气法同步使用，通过两项技术的结合，提高了污泥分离效率。但如果形成了错流，必将干扰污泥分离的效率，导致污泥处理无法正常实施。以某一小区为例，该小区的平均排水量为100 t，为控制污水处理费用，引入了动态内循环技术，根据进水水质的组成、浓度，增设竖向流动曝气设备，降低实际的水流速度，从而科学地处理污泥，保障出水水质符合国家标准。

3.2 EGSB-MBR方法

EGSB技术与MBR技术的有机结合可以更好地提高污水处理效果。其中EGSB所使用的为新一代（第三代）厌氧反应器，能够在处理有机废水上取得较好的效果，因此常应用于工业废水的处理过程中。该方法的特点是缓解了生物膜对污泥的过度吸附现象，可有效缓解污泥吸附过多导致污水流经膜的速度下降的问题。

EGSB就是膨胀颗粒污泥床，为现代化的厌氧反应器，MBR为膜生物反应器，通过二者的结合，可有效提升污水处理效率。EGSB和MBR的结合，实际上融合了两种技术的优劣势，在高浓度有机废水处理中，这一技术的优势明显[2]。通过这一技术与其他污水处理技术的对比可知，EGSB-MBR组合技术可去除大约80%的有机废物，实现了有机废物的降解，使水质达到排放标准。以造纸厂为例，造纸过程中产生的废水总量多，为实现污水处理，一般可配备IC反应器。但国产IC反应器尚不成熟，核心技术依旧从国外引进，导致污水处理中IC反应器的投入成本较高，而EGSB-MBR组合技术可取代IC反应器。在具体的污水处理中，造纸过程排放的废水首先要进入酸化池进行水解，随后在EGSB反应器、MBR膜生物反应器作用下完成脱氮除磷，最终可去除废水中的重金属离子。

3.3 曝气生物滤池技术

环境工程污水处理中，曝气生物滤池也是可选的技术，此项技术可避免污水杂质的增加，为污水处理的首要工序。在利用曝气生物滤池技术时，一般可与气浮工艺相结合，且整个污水治理过程要严格执行以污治污的要求，通过胶体或洗涤剂等生产废料，使污水杂质附着，发挥膜生物技术的优越性，并凸显曝气生物滤池技术的长效性。

由于曝气生物滤池技术的特殊性，用该技术处理污水时，一般需与其他技术相结合。如某啤酒厂的废水产生量多，污水处理系统的负荷较高，为科学处理这类型废水，降低处理成本，该啤酒厂选用了曝气生物滤池技术。通过将废水排水管道与调节池进行连接，由调节池完成废水的预处理。当废水调节工作结束后，将其输送到水解酸化池中，在水解酸化菌的辅助下，将废水中的有机物大分子分解为小分子有机物，最后将废水输送到BAF反应器进行深度反应。

3.4 生物接触氧化法

生物接触氧化法实际上实现了生物膜法与活性污泥法的科学结合，发挥了这两种技术的优势，当在污水处理过程中引入了生物接触氧化法后，就需要建设生物接触氧化池，并在该池子中填充材料，通过池内净化、真空抽取等方式，高效处理污水[3]。由于生物膜的氧化能力较强，当充氧污水与无微生物填料充分接触后，可分解污水中的有机物，并促进微生物的繁殖。随着微生物的死亡，生物膜逐渐脱落，并与污水同步流出。

生物接触氧化法的净化能力体现在多个方面，如可以除磷、脱氧，但是为了达到最佳的处理效果，关键是要做好填料的选择与利用。综合现阶段生物接触氧化法的发展现状可知，生物接触氧化反应器中包含许多丝状菌，这些丝状菌可使出水水质理想、体积负荷高，并且产生的污泥量少、动力消耗低、节能性显著。

4 膜生物反应技术在环境工程污水处理中的应用实例

以某环境工程为例，在该工程的污水处理过程中，污水厂的占地面积为1 329.67 m2，该污水处理厂建成后，每天可处理1 300 m3的污水。该污水处理厂在设计时，遵循《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）[4]中地表水Ⅳ类标准。该污水处理系统包括水解-AAO-MBR池、格栅井、调节池、出水井、辅助用房。经污水处理系统处理完的尾水，经由水泵房排出，而且污泥经过浓缩与脱水工序能使含水率低于80%，最后再将其集中运送到规定地点填埋，或者也可在农业或者环境工程中进行再利用。

4.1 膜生物反应技术的应用

4.1.1 动态式内循环

动态式内循环为膜生物反应技术优化后的技术，需构建动态式循环反应器，将滤膜升级为有机动态过滤膜。此技术中的滤膜材料孔径较大，反应器系统建设时的成本较低。在此工程中，设计人员经过专业化模拟，发现该反应器在前期准备20 min左右，基本可正常进入循环状态，发挥了滤饼层在污水处理中的作用。在系统运行时，能直接降解、处理污水中的TN、COD，根据系统运行的实际情况，该反应器的COD去除率基本可以达到95.6%，TN、TP等各种有害物的去除率也超过了90%，因而潮水处理效果相对理想，达到了内循环，且反应器内的流性相对较好[5]。

4.1.2 曝气滤池技术

曝气滤池技术也是膜反应技术的重要组成部分，该技术在污水处理中的效果突出。利用曝气滤池技术进行污水处理时，需利用气浮工艺，在曝气生物反应器中投入一定的特殊洗涤剂、胶体，使这些物质能与污水充分接触并反应，达到污水沉淀与净化的目标。

4.1.3 弹性填料组合

MBR与其他技术结合，可在污水处理中充分发挥膜生物反应技术的优越性。MBR技术能在确保反应系统污泥活性的前提下，截留大分子物质、絮状物或者微生物，通过在其中添加生物弹性填料显著提高污水处理效率。经过一系列处理后，出水水质好，可重复利用。生物弹性填料主要用于处理聚烯烃、聚酰胺元素，加入抗热氧和亲水等助剂，再结合拉丝工艺排列加工出的材料，可均匀地铺设于膜生物反应器中，从而增强系统的活性及空隙的可变性。

4.2 污水处理工程建设的要点

结合此工程中的污水处理要求，在污水处理厂前端位置布设调节池，设置运行逻辑：一旦进水量超过污水处理厂的负荷，或者系统在特殊情况下无法运行时，可将污水直接储存于调节池中，在此环节也可实现污水沉淀。设置格栅井时，需将格栅井与调节池合并为整体结构，配置1台循环齿把式格栅除污机，处理系统的滤水道宽度、格栅宽度分别为0.75 m、0.65 m。系统过滤装置中的污水流速应保持在0.7 m/s左右，西侧区域内布设水解-AAO-MBR池、调节池、出水井，东侧区域为生产辅助区，污泥处置房布设在辅助用房中，并将其与膜生物反应污水处理系统连接。在水解-AAO-MBR池的建设中，处理池采用钢筋结构，现场配备2座水解-AAO-MBR池，每座池的占地面积为204.85 m2、高5.3 m。在水解酸化池中使用填料，并在底部安装曝气管道。该工程中设有2座AAO池，分别配备1台厌氧池潜水搅拌器、1台缺氧池潜水搅拌器，好氧区内设有8组膜组件。

4.3 效果分析

为评估膜生物反应技术在此污水处理厂中的应用效果，取某小区化粪池污水进行水质分析，结果如表2所示。将此实验原水通入该污水处理厂，结合系统运行时间，抽样检测各个阶段的污水、膜池上清液，通过将测得的数据与相关标准进行对比可以发现，进水的氨氮含量为25.1～43.3 mg/L，平均浓度为35.1 mg/L。与此同时，上清液的氨氮平均浓度为1.73 mg/L。由计算可知，利用膜生物反应技术后，氨氮的去除率可高达95.1%[6]。通过对整个污水处理过程的分析可以确定，污水处理系统的抗负荷能力强，有害物质的去除率高，且出水水质稳定。

表2 实验原水水质检测表 单位：mg/L

5 结语

环境工程中的污水处理是十分重要的，为了提高污水处理的效率与效果，可以应用膜生物反应技术。现阶段，膜生物反应技术虽然取得了明显的成功，但在未来，相关技术人员还需加大对该技术创新力度，提高膜生物反应技术的先进性，保障污水处理效果。