MBR膜生物反应器处理在生活污水的研究

赵瑜珍 罗伟

摘要：近几十年来，随着膜一生物反应器的广泛应用，关于膜污染机理的研究也得到了较大的发展。本文主要展开对MBR膜生物反应器处理生活污水的研究，其中主要分析的是MBR膜生活反应器处理生活污水的原理以及工程运行特性，最后就是总结MBR推广应用存在的优势和缺点。

关键词：MBR膜生物反应器；处理生活污水；研究

1.引言

我国对膜-生物反应器（Membranebioreactor，MBR）污水处理新工艺的研究始于20世纪90年代的中期，虽起步较晚，但发展十分快速。近年来，各大院校、科研单位等对不同类型的膜、不同的MBR运行方式及其处理不同废水的效能和运行控制等进行了研究，取得了一批科研成果，MBR的处理对象由城市污水/生活污水的处理扩展到石化废水、高浓度有机废水、食品废水等，其工艺形式由活性污泥法拓展至接触氧化法，由好氧工艺发展至厌氧工艺，有力的促进了该工艺的工程化。

当前我国为环节水资源短缺现象，在人们生活中着重推广生活污水经过有效的处理作为杂水进行重复的利用，例如：洗车、绿化、冲厕所等等，不仅能从用途上节约水资源短缺的状况，还能高效且有效的利用水资源，进而在此基础上减少污染水的总排放量。基于此，我国污水处理公司利用回用技术以及中水开发实现对污水的重复使用，以及随着城镇污水提标改造项目的实施，MBR膜生物反应器处理生活污水的应用越来越广泛。

2.MBR工艺的类型及工作原理

2.1MBR工艺的类型

根据膜的用途不同，MBR工艺类型可分为固液分离MBR、无泡曝气 MBR和萃取MBR三类。在过去的十年中我国对MBR技术的研究主要集中于固液分离MBR。与此相比，有关曝气MBR和萃取MBR类型的研究相对很少，与固液分离MBR相比，曝气或萃取MBR工艺可在一些特殊污水处理领域发挥技术优势，如萃取MBR可用于高酸碱、高盐度、高挥发性或有毒物质的分离和处理；曝气MBR在以氢为电子供体的地下水反硝化和污水的同时除碳脱氮中具有应用潜力。本文以下将着重介绍固液分离MBR（简称为MBR）。目前，国产MBR膜组件有中空纤维、平板和管式，产品质量在不断提高，其市场份额也在不断扩大。与国外产品相比，具有价格低以及节省投资与维护成本等特点，但产品的性能和机械强度有待于进一步提高。

2.2工作原理

膜生物反应器主要由膜组件、泵和生物反应器三部分组成，其中生物反应器是污染物降解的主要场所，膜是对混合液和对特殊污染物进行分离和萃取的介质，而泵则是为满足分离和萃取提供所需动力的设备。从MBR膜生物反应器的结构上来看，其中是由生物反应器以及膜组件组成的，同时经由膜生物反应器废水处理工艺中的膜是微滤膜或者是超滤膜，进而利用膜所具有的高效拦截力，来提升反应器自身的污泥浓度，从而在原有的基础上降低污泥的负荷，减少了剩余污泥的产量，取代传统的二代沉淀池。MBR膜生物反应器自从研发至今被相关的研究学家称为“污水资源化的一项革命性技术”，还被我国列为“21实际议程实施能力及可持续发展实用性新技术”，实施现代社会中最具前途的新技术之一。

3MBR工艺的运行特性

通过对MBR工艺和工作原理的介绍，更进一步分析MBR工艺运行中的特点。

3.1脱氮除磷工艺的强化作用

MBR因为其具有特殊性能的膜作为泥水分离和澄清出水的介质，主要表现在：

①膜对微生物的完全截留可以提高硝酸菌和聚磷菌的总量，从而提高系统的硝化反硝化和除磷能力。由MBR工艺衍生的A2/O-MBR工艺强化脱氮除磷工艺出水TN<15mg/L、TP<1mg/L。在间歇循环曝气MBR工艺中，TN和TP的去除率达70.6%和86%，NH4+-N去除率达96%。MBR的硝化负荷（2.28g/kg.h）要比传统工艺（0.96g/kg.h）高一倍以上.

②减少了污泥膨胀而导致的脱氮除磷系统崩溃的风险。

③膜表面的凝胶层对胶体形态的磷有一定的截留。

④MBR在保证聚磷效果的前提下，可以减少污泥排放，提高单位剩余污泥含磷量。

3.2泥水分离、HRT和SRT的安全分离特性

在固液分离膜一生物反应器中，由于用膜组件代替传统活性污泥工艺中的二沉池，能高效地进行固液分离，分离效果好于传统的沉淀池，出水水质良好且稳定，可以直接回用，实现了污水资源化由于膜的高效截留作用，可使微生物完全截留在生物反应器内，实现反应器水力停留时间和污泥龄的完全分离，使运行控制更加灵活稳定生物反应器内能维持高浓度的微生物量，处理装置容积负荷高，占地面积节省有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留和生长，系统硝化效率得以提高。也可增长一些难降解有机物在系统中的水力停留时间，有效地将分解难降解有机物的微生物滞留在反应器内，有利于难降解有机物降解效率的提高膜一生物反应器一般都在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低，降低了污泥处理费用易于实现自动控制，操作管理方便。出水水质优良，可以用来回用。但膜一生物反应器在运行过程中也存在一些问题在运行过程中，膜易受到污染，产水量降低，也给操作管理带来不便，这是目前广大研究者致力改进的问题系统投资及运行费用较高。一方面膜的制造成本较高，膜的处理能力尚低另一方面，用于控制膜污染的动力消耗费用较高。

3.3混合液污泥的浓度

许多研究发现，MBR工艺，由于循环泵的高速剪切作用，以及长期在较低负荷下运行，会导致污泥中微生物细胞释放胞外聚合物（EPS），从而增大混合液的黏度。而黏度的增大不仅影响氧的有效传递，更重要的是易造成膜的污染，影响产水能力。大多数研究者认为，在保证处理能力和缓解膜污染两者兼顾的前提下，宜将MLSS控制在6-8g/l，同时应与所处理的废水水质相适应，即在处理低浓度废水时，应取低限，而在处理高浓度废水时可取高值。

3.结束语

MBR工藝作为一种具有巨大潜在经济和环境效益的废水生物处理新工艺，在国内已初步形成生产和技术产业规模，但由于膜成本较高，运行费用较高，在较大程度上仍影响着该工艺的快速发展，为充分发挥MBR工艺的优势，发挥其在废水生物处理中的功能和作用，目前需深入对影响其应用的“瓶颈”——膜成本和膜寿命进一步开发，制造出成本低、性能好的膜材料。另外，需结合膜后期运行，对膜与生物处理相结合的工艺及机理做更深入研究，通过研究建立一套较为完整成熟的设计方法，对MBR膜工艺在生活污水大规模长期应用发挥重大作用。

参考文献：

[1]邢思永，白新安.MBR膜生物反应器处理生活污水的研究[J].江苏环境科技，2007，（z2）：15-17.

[2]黄奎.MBR膜生物反应器处理生活污水的研究[C].//华东地区给水排水技术情报网第十八届年会论文集.2012：1-4.

[3]王琦，樊耀波.膜生物反应器在污水处理与回用中的能耗分析[J].膜科学与技术，2012，（3）：95-103.