膜生物反應器在水處理中的應用與發展

摘 要：水資源是我國的民生資源，不過由于人們觀念上的不重視，水資源得不到充分的利用，同時人們在生產生活中也不能夠很好地處理水資源。文章研究了膜生物反應器在水處理中的應用，以及膜生物反應器技術的原理和特點，同時通過對膜生物反應器的現狀和研究熱點進行研究，探討其發展趨勢。

關鍵詞：膜生物反應器；膜組件；膜污染；廢水處理

前言

隨著我國環保事業的發展和對污水處理的高度重視，傳統的生物處理方法已難以滿足日益嚴格的排放要求。膜生物反應器是膜分離技術與生物處理的高效結合，其具有占地面積小、處理效果好、剩余污泥產量低的特點，在近年來被廣泛推廣，尤其適用于小水量的污水處理和再生。1954年國外開始研究膜生物反應器技術，這種技術從發現到發展經歷了很短的時間，隨著這種技術的發展，目前出現了很多種類的膜生物反應器。膜生物反應器作為一種新型的水處理技術，被大眾所理解和接受，越來越多的學者將該技術進行推廣和發展，促進了膜生物反應技術在水處理領域的發展和應用。

1 膜生物反應器的原理及分類

1.1 膜生物反應器的原理

膜生物反應器主要是結合了膜處理技術和高效的生物反應器處理技術；其中，生物反應器通過一定的條件可以使得微生物獲得污水中的有用物質，從而進行一系列的產生和生長，經過一段時間的累積，微生物會逐漸形成一個體系，這個體系又叫做微生物鏈，從而促進有機污染物進行科學的降解，降解之后膜會將污染物和微生物進行分離，達到凈化水的作用。膜作為一種有機的分離材料能夠增加反應器中的活性污泥濃度，在一定程度上也能夠提高污水的處理效率和出水水質，應用膜生物反應器能夠有效的降低運行能耗，提高了產量。

1.2 膜生物反應器的分類

膜生物反應器技術的兩大要素分別為生物反應器和生物膜。生物反應器的主要作用是進行污染物的降解，而生物膜是一種并不固定的裝置，在實際的水處理中我們往往會根據水處理的具體類型而選擇具有不同作用的膜，不同的反應器和膜的組成是區分各種膜生物反應器的主要因素。目前開發出來的膜生物反應器可分為三類：（1）膜分離生物反應器，用于污水處理中的固液分離；（2）膜曝氣生物反應器，用于氣體傳遞，通常為好氧工藝，可實現生物反應器的無泡曝氣，可對有害物質較多的高濃度廢水進行處理；（3）萃取膜生物反應器，用于污染物的萃取和生物降解處理。應用最為廣泛的膜生物反應器是膜分離生物反應器，這也是大眾所熟知的膜生物反應器技術。膜生物反應器還會根據兩種主要元素的組合方式來進行劃分，主要包括：一體式膜生物反應器、分離式膜生物反應器和隔離式膜生物反應器等。另外，根據膜生物反應器中各種微生物需氧量的不同也可以將膜生物反應器劃分為好氧膜生物反應器和厭氧膜生物反應器等。

2 膜生物反應器在水處理中的應用現狀及研究熱點

2.1 應用現狀

通過研究我們發現，國外的膜生物反應器技術發展速度較快，他們已近開始實際的使用這項技術應用于污染廢水的大量處理，同時由于應用的增多技術提高較快，國外甚至用這項技術來處理飲用水。

結合現有的應用水平我們可以發現，國外的膜生物反應器應用已經取得了不少的成績，同時在不同的領域中效果也不同，主要包括生活廢水處理和工業廢水處理等。20世紀70年代美國就有部分的水處理公司就開始建立工業化或者是商用的膜生物反應器，剛開始使用時膜生物反應器的每天處理量不超過20噸。20世紀80年代法國開始進行水處理膜反應器的研究，同時建立了著名的建筑物生活水循環系統；20世紀90年代英國開始在建筑物內安裝膜生物反應器；21世紀法國利用先進的膜生物反應器技術來處理飲用水和被各種殺蟲劑污染的情況較為嚴重的生活用水，處理中發現這種技術能夠保證優良的出水水質，而且能夠達到飲用水標準。中國在膜生物反應器方面的發展還不是很先進，研究的資料也相對較少，不過我們已經逐漸地認識到膜生物反應器的重要作用，開始進行一系列的研究。目前，國內學者已經將膜生物反應器應用于各種廢水的處理，處理對象主要包括焦化廢水、煉油廢水、橡膠合成廢水以及印染廢水等。而應用的方式主要為：利用膜生物反應器對生化處理后的出水進行深度處理，經過膜生物處理后的出水可直接進入超濾、納濾或反滲透處理系統后進行中水回用，甚至可進一步經過殺菌或消毒，制備飲用水。由此可見，膜生物反應器技術在目前水資源越來越匱乏的情況下，是一種極為優越和有效的廢水回用技術。

2.2 研究熱點

膜生物反應器目前研究的關注點集中在膜組件的材料和結構、膜污染等。膜生物反應器一般采用浸沒式膜組件，而應用最為廣泛的則是浸沒式中空纖維膜組件和浸沒式板式膜組件。中空纖維膜組件目前主要有簾式膜組件、U型簾式膜組件、海藻式膜組件等。

制約膜生物反應器在水處理中應用的原因為目前大部分膜生物反應器均存在運行一段時間后膜通量下降的問題，而造成該問題的原因是污水中的活性污泥、分解或半分解廢水中的油脂類成分以及微生物分泌的糖類物質在膜上吸附，在膜表面形成污染層，從而導致膜生物反應器效果下降。對此，目前主要采用物理清洗和化學清洗兩種方式，化學清洗的方法是通過向生物反應器內加入能夠溶解膜污染物的化學藥品，但其可能會造成二次污染；物理清洗則是以機械方法從膜表面脫除污染物，常用的為水清洗或水氣清洗，主要通過水或氣體高速通過膜表面形成剪切力將沉積物沖刷下來。目前，由于物理清洗不存在二次污染而得到廣泛應用。

3 膜生物反應器在水處理中應用的發展趨勢

通過研究我們發現，膜生物反應器技術集合了膜處理技術和生物反應器的所有的優點，能夠低成本高效地進行水處理，只需簡單方便的設備條件，在水處理中具有巨大的發展前景。在今后的發展過程中，我們應該關注以下幾方面：進行工藝的改良和優化；通過對膜材料和結構的改進提高膜分離的效果、降低運行成本；此外，還應優化膜清洗方法，減少化學清洗的二次污染，研發出不造成二次污染的化學藥劑，同時改進目前廣泛使用的物理清洗方法，提高清洗效率、降低清洗水的使用量。

4 結束語

膜生物反應器技術已經實現了飛速的發展，它具有高效、節能、環保的重要作用，是新時代進行水處理的重要技術。我國要繼續進行研究，同時參考國外的發展模式，進行膜生物反應器的經驗借鑒，將膜生物反應器應用于更多類型的污水的處理，尤其是在廢水回用方面，通過技術的革新促進膜生物反應器在我國的發展，緩解我國水資源緊缺區域的困境。

參考文獻

[1]樊耀波.膜生物反應器凈化石油化工污水的研究[J].環境科學學報，2010，17（1）.

[2]邢傳宏，無機膜-生物反應器處理生活污水試驗研究[J].環境科學，2011，18（3）.

[3]李紅兵.中空纖維膜生物反應器處理生活污水的特性[J].環境科學，2015，20（2）.

作者簡介：林珊（1986，8-），廣東惠州人，碩士，研究方向：環境規劃與管理。