探讨膜生物反应器在污水处理中的应用

刘国奇

摘要：膜生物反应器是一种符合时代发展的污水处理技术，是当前污水处理领域中最具发展潜力的技术之一，对缓解水资源短缺具有重要作用。该技术主要将膜分离中的超、微滤膜软件与污水生物处理工程中的生物反应器结合起来，以膜组件来强化生化反应，将污水中的微生物截留在生物反应器中，可大大提高生物污泥的浓度，降低出水中的有機污染物含量。由此可见，膜生物反应器已成为污水处理的有效手段，加强对该技术的应用研究是非常必要的。

关键词：膜生物反应器；污水处理；应用

1膜生物反应器的工作原理及应用优势

膜生物反应器利用微滤膜分离技术取代传统工艺的沉淀池和常规过滤单元，使水力停留时间和泥龄完全分离，因此具有高效固液分离性能。同时利用膜的特性，使活性污泥不随出水流失，在生化池中形成超高浓度的活性污泥浓度，使污染物分解更彻底，因此出水水质良好、悬浮物和浊度接近于零，并可截留粪大肠菌等生物性污染物，处理后出水可以直接回用。随着我国废水量的剧增及水质处理难度的加大，传统生物处理法暴露出来的问题日益突出。相比较而言，膜生物反应器工艺通过膜分离技术不仅有效地达到了泥水分离的目的，而且具有传统污水三级处理不可比拟的优点：（1）膜组件取代了传统生物处理末端二沉池，大幅减少了占地面积，节省土建投资。（2）剩余污泥产量极低，理论上可实现零污泥排放。（3）易于从传统工艺进行改造，作为传统污水处理工艺的深度处理单元，从而实现城市污水的大量回用。

2膜生物反应器的主要类型

2.1按膜组件与生物反应器的组合方式划分

根据膜组件与生物反应器的组合方式可分为分置式（外置式）和一体式（浸没式）两种。分置式是将膜分离装置与生物反应器分开设置，膜分离装置置于生物反应器外，它具有运行相对独立，易于调节控制，膜易于清洗，膜通量大等优点，但因需要循环泵提供较高的膜面流速，所以动力费用较高。分置式MBR比较适合处理难生物降解、高有机浓度以及有毒的污水，在工业废水处理中应用较多。一体式是将膜组件浸没在生物反应器中，它的在线运行和操作过程是在比较低的跨膜压差下，通过真空泵的抽吸作用完成的。一体式MBR的出现，大幅度降低了处理系统的能耗和占地面积。为减少膜面污染、延长运行周期，泵的抽吸是间断运行的。一体式MBR在城市污水处理厂具有较强的竞争力。

2.2按膜组件在反应器中所起作用不同划分

根据膜组件在反应器中所起作用不同划分为膜分离生物反应器、膜曝气生物反应器和萃取膜生物反应器。膜分离生物反应器：膜分离生物反应器用于污水处理中的固液分离。同时，膜生物反应器在高污泥浓度下也能较好的保证出水水质，且由于污泥的停留时间较长，利于消化菌繁殖，大大提高了污水处理装置的脱氮能力。膜曝气生物反应器：膜曝气生物反应器中膜被用于气体质量传递，通常是为好氧工艺供氧，可以实现生物反应器的无泡曝气，大大提高反应器的传氧效率。萃取膜生物反应器：萃取膜生物反应器主要用于工业中优先污染物的处理，萃取膜生物反应器可将废水和活性污泥用组件隔离，膜组件主要构成物是硅胶及其它流水性聚合物，可针对性选择某些污染物透过膜腔，并使其进入膜外生物反应器作为专性细菌的底物而被降解，但不允许水或其它物质通过。污染物在生物反应器中被微生物吸附降解，同时在污染物进入生物反应器的根本传质推动力下，浓度呈不断下降的趋势，直至在废水和反应器之间形成一个浓度差。

3膜生物反应器在污水处理中的应用

3.1膜生物反应器在城市生活污水处理中的应用

城市和生活污水是膜生物反应器在水处理中涉及较早的领域，研究和应用都比较广泛。例如对采用多种方式某市生活废水进行处理，结果表明厌氧流化床-膜生物反应器组合方式的化学需氧量去除率最高；采用膜生物反应器处理某居民小区生活污水，对化学需氧量、氨氮、总磷的平均去除率分别大于95%、97%、75%，完全达到排放标准；采用倒置厌氧/缺氧/好氧/膜生物反应器一体化装置处理农村生活污水，对化学需氧量、生化需氧量、氨氮、悬浮物的去除率达92%、96%、95%、97%以上，对总氮含量、总磷含量的去除率也达71%和88%，出水水质指标可以满足城镇污水处理厂一级A标准。从上述分析可以看出，膜生物反应器作为一种高效水处理技术，在生活污水处理方面具有相当的优越性，与其它处理方法比较，差异显著、处理效果明显，在生活污水回用处理方面具有重要的研究和应用价值。

3.2膜生物反应器在工业废水处理中的应用

在工业废水处理领域内，膜分离装置可有效代替沉淀池于气浮池实现油水分离，同时还可以实现对废水中某一粒径范围内物质的回收。膜生物反应器处理含油工业废水时，在保证对氮需求满足的情况下，油和COD的去除率分别为99%、97%。膜生物反应器在处理30%浓度的含苯废水时，对苯的去除率可达到99.9%、苯酚的去除率为90%，且将渗透的AlCl3可作为废水絮凝剂进行售出。（1）印染废水处理。目前，我国对膜生物反应器在印染废水处理方面的应用已趋于成熟阶段，厌氧-好氧反应器加膜分离装置是当前印染污水处理中最常见的装置。相关研究人员采用膜生物反应器对印染厂污水进行处理后，对COD的去除率高达90%、色度的平均去除率为95%，出水pH值为7～8，出水水质良好。（2）食品酿造废水处理。采用一体化膜生物氧化器对酱油废水进行处理后表明，在进水COD为505～1209mg·L-1、色度为180～200倍、浊度为251～471NTU时，COD、色度及浊度的平均去除率分别为90%、79%和98%，且出水水质相对稳定。（3）石油、化工废水处理。采用膜生物反应器和超滤工艺对某石化企业二沉池出水分别进行深度处理，试验结果表明，采用膜生物反应器的出水水质比超滤工艺更为稳定，且具有较强的耐冲击负荷能力。

4结束语

综上所述，虽然膜生物反应器的商业化取得了令人瞩目的成就，但总的来说，膜生物反应器是一种新型污水处理技术，仍然存在一些问题，主要是膜本身的局限性。膜生物反应器能否广泛应用于废水处理用，其关键在于解决膜污染问题和降低膜成本。以后要加强膜的开发和制造技术，降低膜成本，提高膜的寿命，解决膜污染问题，降低能耗，减少运行成本，加快膜生物反应器在处理高浓度有机废水、难降解污水等方面应用的研究，这具有广阔的应用前景。

参考文献：

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（作者单位：内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司）