三種膜生物反應器（MBR）工藝在中水回用中比較研究

盧 曠

（杭州天川環保科技有限公司浙江杭州310030）

1 概述

我國是一個水資源十分匱乏的國家，人均水資源占有量僅為世界人均占有量的25%，而且呈現出時空分布不均，開發利用難度大等特點，導致我國許多地域和城市面臨著嚴重缺水的現狀。據統計，我國三百多個大中型城市中有一百八十多個城市缺水，其中有五十多個屬于嚴重缺水型城市，這在很大程度上制約了這些城市的經濟發展和人民群眾生活水平質量的提高。我國萬元GDP用水量是美國的8倍、德國的11倍，是世界平均水平的5倍，而目前工業污水的再生回用率僅為6%，市政污水回用率更低。

中水又稱再生水，是指污水處理后，達到一定的水質標準，滿足某種使用需求可以進行再次使用的水，它是介于下水（污水）和上水（自來水）之間。中水具有很好的經濟效益，一方面中水可以用于城市景觀和市政園林綠化、車輛沖洗、工業冷卻等各個方面，還可以大幅度減少對“上水”的消耗量，有效緩解水資源短缺問題，實現水生態的良性循環。而采用膜生物反應器（MBR）污水處理新工藝處理污水的最大優勢就是經過處理后的排出水可滿足城市污水再生利用水質標準，經消毒后即可作為中水進行回用。

2 膜生物反應器（MBR）簡介

膜-生物反應器（Membrane Bio-Reactor,簡稱MBR），是以膜分離技術與生物處理技術有機結合的一種新型廢水處理系統，不同于活性污泥法，它是以膜組件代替以往傳統的生物處理技術末端二沉池，在生物反應器中保持高活性污泥濃度，提高生物處理有機負荷，通過保持低污泥負荷減少剩余污泥量。通過膜生物反應器工藝處理的廢水具有出水水質穩定、良好，工藝簡單，占地面積少，模塊化設計易于根據水量情況進行自由組合，自動化程度高便于管理，出水細菌、懸浮物和濁度接近于零，還可以截留糞大腸菌等生物性污染物，處理后的出水經消毒后可以直接回用。

3 膜生物反應器（MBR）工藝分類

膜生物反應器根據不同的標準，可以進行不同的分類（見表1）。根據膜組件在膜生物反應器中所起得作用不同，可將MBR分為分離膜生物反應器（BSMBR）、無泡曝氣膜生物反應器（MABR）和萃取生物反應器（EMBR）三類。根據膜組件和生物反應器組合，MBR分為一體式膜生物反應器、分置式膜生物反應器和復合式膜生物反應器；根據膜組件類型的不同分為中空纖維、管式、板框式（平片式）、卷式和毛細管式；根據膜材料點的不同可以分為有機膜和無機膜；根據壓力驅動形式的不同，可以分為外壓式和抽吸式；根據生物反應器的不同，可以分為好氧型和厭氧型。

表1 ：MBR的分類

4 膜生物反應器（MBR）應用比較

根據膜組件與生物反應器的物理位置的不同，膜生物反應器的工藝類型可以分為一體式生物器（SMBR）、分置式生物反應器（RMBR）、復合式膜生物反應器（HMBR）。

4.1 分置式膜生物反應器（Recirculated Membrane Bio-Reactor,RMBR）

原理及應用：RMBR是將膜組件和生物反應器分開設置，其中生物反應器中的混合液經循環泵增壓后打至膜組件的過濾端，在壓力作用下混合液中的液體透過膜而成為系統處理水。姚宏等采取中試規模（處理水量1.5t/h）缺氧-好氧（A/O）分置式膜生物反應器來處理回用城市污水，通過實驗發現，COD去除率達90%以上，NH3N去除率達95%以上，出水中的水質化學需氧量濃度小于20mg/L、氨氮的質量濃度小于1mg/L，濁度小于0.1NTU。此外，在出水水質中沒有檢測出懸浮物、大腸桿菌等。

優點及不足：RMBR具有運行可靠穩定，易操作管理，膜組件與生物反應器間的相互影響小，單位面積膜的水通量大以及膜易于清洗、更換和增設等優點；但不足之處在于：為了減少污染物在膜表面的沉積，一般對膜面流速要求較高，單位產水能耗就會相應的提高，此外，這種工藝中的循環泵內的高剪切力會導致生物絮體被破壞，生物活性大為降低等。

4.2 一體式膜生物反應器（Submergered Membrane Bio-Reactor,SMBR）

原理及應用：把膜組件置于生物反應器內部，通過泵的抽吸得到過濾液，膜表面清洗所需的交錯流由空氣攪動產生，曝氣器設置在膜的正下方，混合液隨氣流向上流動，在膜表面產生剪切力，其中大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在負壓作用下由膜過濾出水。白曉慧等選擇用一體式膜生物反應器工藝對生產醫藥過程中的體酰氯廢水進行處理實驗后發現，原水COD為7000-51550mg/L，PH值為4-13時，厭氧池去除率在50%左右，采取一體式膜生物反應器工藝處理中，膜生物反應器處理效率在80%以上，COD去除率最高達96%，出水水質的各項指標均達到排放標準。

優點及不足：采取一體式膜生物反應器，由于膜組件直接放在生物反應器內，大大減少了占地面積，整體性強；膜表面的錯流是靠空氣攪動產生，不需要大功率的循環泵，運行動力費用大為降低；不足：一體式膜生物反應器具有與生俱來的缺點，比如氧利用率低、膜污染嚴重、需要定期清洗等問題。此外，還存在出水不連續，單為膜面積的水通量較低，一般僅為5-10L/m2·h。

4.3 復合式膜生物反應器（Hybrid MembraneBio-Reactor,HMBR）

原理及應用：復合式膜生物反應器實際上也是屬于一體式膜生物反應器，所不同的是在生物反應器內加裝填料，形成微生物降解與膜的截留作用結合而形成復合式處理系統，這種處理工藝改變了反應器的某些性狀，提高生物反應器中的污泥濃度，以此來實現提升污水處理效率，在維持膜通量的基礎上可以延緩膜污染量。楊孟通過采用復合式膜生物反應器去處理校園生活污水后得出：對氮的平均去除率達98%，出水氨氮濃度平均為0.40mg/L；對TN的平均去除率為21%；對COD、TOC、色度的平均去除率分別為90%、98%、98%，出水中的SS以及濁度幾乎為零。

綜上，由于膜生物反應器的工藝類型不同而導致其對于軟件硬件設施的要求差別較大，工藝特點和優缺點也不盡相同（見表2）。

表2 ：膜生物反應器優點與不足

5 結論

總之，由于膜生物反應器（MBR）在污水處理中具有流程簡便、出水水質好、耐沖擊負荷、剩余污泥少、占地面積少、易于管理等特點。但由于不同的膜生物反應器有著各自不同的工藝特點，企業在選擇工藝時可以根據自身的物力、實際情況合理做出選擇。未來，對于那些居民點、旅游度假區等無排水管網系統的小區，現有城市污水處理廠的更新升級，洗車業、流動廁所等有污水回用需求的地區和場所，以及酒精、皮革等高濃度、有毒、難降解的工業廢水處理等領域，膜生物反應器（MBR）有著廣闊的應用前景和巨大市場潛力。

[1]王瑋，項海，魏秀珍，等.膜生物反應器的工藝結構及其運行要素分析【J】工業水處理，2010（9）10-15

[2]姚宏，劉廣沛，陶若虹.等.分置式膜生物反應器應用于城市污水回用中試研究[J]北京交通大學學報，2005,29（1）：64-68

[3]白曉慧，陳英旭.一體式膜生物反應器處理醫藥化工廢水的實驗[J]環境污染與防治，2000,22（6）：19-21

[4]陳潤生.一種新型一體式膜生物反應器的設計[J]科學技術與工程，2010,10（20）：5120-5123

[5]楊孟.復合式膜生物反應器處理校園生活污水的研究[D]西安：西安建筑科技大學，2012