MBR 工藝的概述及應用

鐘小鳳

（廣州市尚善環保技術有限公司 廣東廣州 510800）

1 MBR概述

MBR為膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor）的簡稱,是一種將膜分離技術與生物技術有機結合的新型水處理技術，它利用膜分離設備將生化反應池中的活性污泥和大分子有機物截留住，省掉二沉池。膜-生物反應器工藝通過膜的分離技術大大強化了生物反應器的功能，使活性污泥濃度大大提高，其水力停留時間（HRT）和污泥停留時間（SRT）可以分別控制。

與傳統廢水生物處理工藝相比，MBR工藝具有處理效率高、出水水質好、占地面積小 (只相當于傳統處理工藝占地的1/8～1/5)、耐沖擊負荷、操作管理簡單、易于實現自動控制、污泥停留時間與水力停留時間分離等優點[1]。

目前，各國水處理工作者對膜技術在污水處理中的應用進行了廣泛和深入地研究，MBR已廣泛用于生活污水、一般有機工業廢水、垃圾滲濾液處理等。

2 MBR的分類及組成

2.1 MBR的分類

根據膜組件和生物反應器的相對位置，膜-分離生物反應器可以分為分置式膜生物反應器、一體式膜生物反應器和復合式膜生物反應器[2]。

分置式膜生物反應器分置式膜生物反應器是指膜組件與生物反應器分開設置，相對獨立，膜組件與生物反應器通過泵與管路相連接。分置式膜生物反應器的工藝流程如圖1所示。該工藝膜組件和生物反應器各自分開，獨立運行，因而相互干擾較小，易于調節控制，而且，膜組件置于生物反應器之外，更易于清洗更換。但其動力消耗較大，加壓泵提供較高的壓力，造成膜表面高速錯流，延緩膜污染，這是其動力費用大的原因，每噸出水的能耗為2～10kW·h，約是傳統活性污泥法能耗的10～20倍，因此能耗較低的一體式膜生物反應器的研究逐漸得到了人們的重視。

圖1 分置式膜生物反應器工藝流程圖

一體式膜生物反應器為解決分離式MBR能耗高，人們研發了第二代，即一體式MBR。一體式膜生物反應器是將膜組件直接安置在生物反應器內部，有時又稱為淹沒式膜生物反應器（SMBR），依靠重力或水泵抽吸產生的負壓或真空泵作為出水動力。一體式膜生物反應器工藝流程如圖2所示。該工藝由于膜組件置于生物反應器之中，減少了處理系統的占地面積，而且該工藝用抽吸泵或真空泵抽吸出水，動力消耗費用遠遠低于分置式膜生物反應器，每噸出水的動力消耗約是分置式的1/10。如果采用重力出水，則可完全節省這部分費用。但由于膜組件浸沒在生物反應器的混合液中，污染較快，而且清洗起來較為麻煩，需要將膜組件從反應器中取出。

圖2 一體式膜生物反應器工藝流程圖

復合式膜生物反應器復合式膜生物反應器也是將膜組件置于生物反應器之中，通過重力或負壓出水，但生物反應器的型式不同。復合式MBR，是在生物反應器中安裝填料，形成復合式處理系統，其工藝流程如圖3所示。在復合式膜生物反應器中安裝填料的目的有兩個：一是提高處理系統的抗沖擊負荷，保證系統的處理效果；二是降低反應器中懸浮性活性污泥濃度，減小膜污染的程度，保證較高的膜通量。

圖3 復合式膜生物反應器工藝流程圖

2.2 MBR工藝用膜及膜組件

MBR所用的膜及膜組件種類較多。根據膜孔孔徑不同,膜可分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜,其中以微濾膜、超濾膜應用較多。根據制膜材料不同,分為有機膜和無機膜,有機膜有聚烯烴類膜、纖維素衍生類膜、聚酯類膜、聚砜類膜等,無機膜常見的為陶瓷膜。根據膜組件形式不同,膜組件可分為平板式、管式、螺旋式、中空纖維式等[3]。

這些膜的孔徑一般介于0.02-0.5μm之間，因此，只要是粒徑比膜孔徑大的物質都可以被截留，去除的物質主要包括膠體、無機離子和小粒徑的有機微污染物例如腐殖酸等[4]。

目前用的較多的是高分子有機膜材料，因為它的成本較低，造價便宜，膜的制造工藝較為成熟，膜孔徑和形式也較為多樣。但它的缺點也比較明顯，運行過程易污染、強度低、使用壽命短。無機膜雖然有著耐酸、抗壓、抗溫、通量高、能耗相對較低等優點，但由于造價昂貴、不耐堿、彈性小、膜的加工制備有一定困難等缺點，導致應用受到限制。

3 MBR運行的影響因素

3.1 有機負荷

研究表明：好氧MBR出水受容積負荷與水力停留時間（HRT）的影響較小，而厭氧MBR出水受沖擊負荷與HRT的影響較大[5]。

曾萍,吳志超等[6]采用好氧膜生物反應器處理不同高濃度氨氮的有機廢水，盡管有機負荷從0.085Kg/Kg·d提高到0.43Kg/Kg·d，負荷增加到原來的5倍，其MBR段的COD去除率基本相當。

何義亮[7]用厭氧MBR處理高濃度食品廢水時發現：當COD容積負荷從 2kg/(m2·d)升高到 4.5 kg/(m2·d)，COD去除率從 90%下降到70%。

在好氧MBR中,污泥濃度隨容積負荷的增加迅速升高,有機物去除速率加快,污泥負荷基本保持不變,從而抑制出水水質的惡化；而在厭氧MBR中,污泥濃度升高緩慢,因此厭氧MBR出水水質易受容積負荷的影響[5]。

3.2 污泥濃度

污泥濃度是MBR系統的重要參數，不僅影響有機物的去除能力，還對膜通量產生影響。許多研究都表明污泥濃度與溶解性微生物產物是影響膜通量的重要參數。在一定條件下污泥濃度越高，膜通量越低。

金波等[8]采用MBR工藝對糧油加工廢水進行處理，研究發現，在膜面流速固定的情況下，污泥濃度對臨界膜通量的影響比較大，隨著污泥濃度的升高，臨界膜通量呈下降趨勢。系統污泥濃度從1-2g/L增加到10-12g/L時，臨界膜通量從10-12L/(m2·h)上升到了16-18L/（m2·h)。

4 MBR的應用

4.1 MBR在生活污水的應用

城市生活污水是MBR在水處理中涉及較早的領域，研究和應用都比較廣泛。董良飛等[9]對無錫三座采用MBR工藝的城市污水廠進行分析，結果表明，各污水廠出水水質基本能實現穩定排放并達到GB18918-2002的一級A標準。

肖海水[10]對在廬山風景區老干所生活污水的處理工藝MBR進行研究，結果表明，通過合理地結構設計及運行參數設計，MBR系統能穩定運行，出水水質大道排放標準，能夠實現風景區污水的零排放。

4.2 MBR在工業廢水的應用

工業廢水具有有機物濃度高、化學成份復雜、有毒有害物質多、難生物降解等特點，傳統處理方法難以有效去除。MBR因其高效的生物降解和良好的凈化效果使其在各種工業廢水處理中得到關注和研究應用。

秦偉杰等[11]對采用氣浮-酸化水解-MBR組合工藝對木材蒸煮廢水和生活污水的混合廢水進行處理，在日處理量為80m3的穩定運行工況下，出水水質達到國家《生活雜用水水質標準》（GJ/T48-1999），并被回用與廠內蒸煮工藝用水，部分回用于廠區綠化、沖廁等。

張守健等[12]對某染料中間體生產企業排放的廢水采用預處理/UASB/MBR工藝對其進行處理，調試結果表明，在進水硫酸鹽≤7500mg/L、COD≤3500mg/L的條件下，出水水質可達到《山東省海河流域水污染物綜合排放標準》（DB37/675-2007）的二級標準。

4.3 MBR在垃圾滲濾液中的應用

垃圾滲濾液中含有多種難降解有機成分，污染物濃度高、毒性強、成分復雜、水質水量波動大，采用傳統廢水工藝處理很難達到排放要求。

柯水洲等[13]采用SBR與MBR-NF/RO工藝處理垃圾滲濾液：設計處理規模為1500m3/d，在進水COD為4150-14300mg/L，NH3-N為725-1770mg/L、硝酸鹽回流比為500%、溶解氧為1.8-2.9mg/L的條件下，系統對COD去除率為99.68%-99.81，對NH3-N的去除率wie99.57%-99.99%；出水穩定，平均COD為13.97mg/L，平均NH3-N為2.24mg/L，所有出水水質指標都達到排放標準。

劉守亮等[14]對青島市某生活垃圾填埋處理場采用的MBR-納濾-反滲透工藝進行研究，結果表明，在日處理量為150m3，在進 水 水 質 COD為 12000mg/L，BOD5為 6000mg/L，NH3-N為1200mg/L，采用該工藝處理出水水質能夠達到排放標準。

5 結語

膜生物反應器技術已成功用于生活污水、化工污水、印染廢水、垃圾滲濾液等廢水的處理中，特別是在污水處理及再生回用領域起到了重要作用。但是MBR技術也存在投資大、能耗大、運行成本高、膜污染等問題，隨著MBR技術的發展和成熟，膜組件、膜材料性能的改進，膜污染等問題的解決，MBR技術將發揮巨大的作用。

[1]許旅強,劉利杰,梅峰等.膜生物反應器在污水處理中的研究進展[J].廣州化工,2012,40(4):16-17,66.

[2]徐越群,蘇喆.我國MBR技術研究進展[J].石家莊鐵路職業技術學院學報,2008,7(4):48-53.

[3]范麗華.膜生物反應器在廢水處理中的研究及應用[J].內蒙古科技與經濟,2008，8(162):82-83.

[4]劉強,王曉昌,劉永軍.膜生物反應器的研究進展[J].環境科學與技術,2009，32(7):78-81，93.

[5]鄭祥,魏源送,樊耀波等.膜生物反應器在我國的研究進展[J].給水排水,2002,28(2),105-110.

[6]曾萍,吳志超,張鵬等.膜生物反應器處理高氨氮有機廢水的研究[J].水處理技術,2004,30(4):202-204.

[7]何義亮.厭氧MBR處理高濃度食品廢水的應用.環境科學,1999,20(6):53-55.

[8]金波,李寶新,位紅衛.MBR工藝處理糧油加工廢水的研究[J].四川環境,2010,29(3):24-28.

[9]董良飛,劉珊,周銘威等.MBR工藝在無錫三座城市污水廠中的應用分析[J].中國給水排水,2012,28(4):20-23.

[10]肖海水.膜生物反應器在風景區生活污水處理中的應用[J].廣東化工,2012,39(13):93-94.

[11]秦偉杰,張興文,于鵬飛等.氣浮-酸化水解-MBR工藝處理木材蒸煮廢水[J].環境工程,2008,26(3):24-27.

[12]張守健,張巖,孫繼龍等.預處理-UASB-MBR工藝處理萘系染料中間體廢水.中國給水排水,2011,27(2):50-54.

[13]柯水洲,袁輝洲,楊利.SBR與MBR-NF/RO工藝處理垃圾滲濾液運行效果分析[J].給水排水,2013,39(4):57-60.

[14]劉守亮,安文超.MBR+納濾+反滲透工藝處理垃圾滲濾液實驗研究[J].環境科學管理,2013,38(3):96-99.