MBR在城市生活污水處理中的應用研究

趙銘

（江蘇圣泰環境科技股份有限公司江蘇南京211100）

MBR在城市生活污水處理中的應用研究

趙銘

（江蘇圣泰環境科技股份有限公司江蘇南京211100）

MBR工藝作為膜分離和生物處理技術的有機結合，對于城市生活廢水處理具有良好的處理效果。本文在分析了MBR工藝原理和城市生活污水特點的基礎上，對一體化、分置式和復合式三種MBR工藝在城市中水回用中的應用比較，對比了三種工藝在城市生活廢水處理中的優勢和不足，為城市生活污水處理采用不同膜生物反應器工藝提供參考，并對工藝發展提出了展望。

膜生物反應器；中水回用；城市生活廢水

我國是水資源十分匱乏的國家之一，整體來看，我國水資源總量常年保持在27711×108m3，雖然每年因降雨量的不同而不斷變化，但整體保持穩定。我國水資源占全球6%，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，位居世界第四位，但由于我國人口眾多，人均水資源量只有2055m3，只有全球平均水平的25%，位居世界109位，是全球13個人均水資源最貧乏的國家之一。近年來，隨著城市化進程的加快和城市人口數量的增加，每年由此產生的城市生活廢水呈逐年上升態勢，城鎮生活污水排放總量由2004年的261.3×108t，增加到2013年的485.1×108t，城市生活污水治理形勢依然嚴峻。

中水是介于污水和自來水之間，被譽為城市第二水源，可以應用于城市景觀綠化、沖洗廁所、道路清洗等領域，實現了污水的再生利用，減少了城市的環境壓力。MBR工藝技術融合了多種污水生物處理技術和膜過濾技術優勢，具有投資小、占地少、易管理、運行成本低等特點，成為了城市生活污水處理工程的首選工藝，被成為“21世紀的水處理技術”，廣泛應用于小區、學校和其他企事業單位的生活污水處理。

1　MBR工藝

1.1MBR工藝原理

MBR是一種將高效膜分離技術與傳統活性污泥法相結合的一種新型高效污水處理工藝，獨特的MBR平片膜組件被放置于曝氣池中，通過好氧曝氣和生物處理后的水，再由泵通過濾膜過濾之后抽出，利用膜分離設備把生化反應池中的活性污泥和大分子有機物截留，省去了二沉池，活性污泥濃度大大提高。MBR是利用膜組件進行固液分離特點，可分別控制污泥停留時間（SRT）和水力停留時間（HRT），從而對于那些難以降解的物質在反應器中不斷的降解和反應，實現良好的處理效果。MBR工藝系統結合了生物學處理工程和膜分離工程的各自優勢。

MBR工藝中最主要的組成部分是膜組件，它是通過不同形式組裝而成的基本單元，相當于傳統生物處理系統中的二沉池，膜組件具有較高的過濾精度，膜組件的分離區一般為0.01μm～0.1μm,替代了二沉池，當污水經過膜組件的生物降解后，生物反應器內的混合液在膜的兩側壓力差的作用下，對于不易被微生物降解的有機物和大分子溶質就會被生物膜截留，完成了大分子溶質與處理出水的分離。

1.2MBR工藝分類

MBR工藝主要由三部分組成，即：提水泵、生物反應器和膜組件。這三個組成件在污水處理中所擔負的功能不同，其中，提水泵主要是為污水處理提供動力或壓力；生物反應器則主要是降解污染物，膜是一種介質，發揮的功能主要是對特殊污染物和混合液進行分離和萃取。（1）根據膜組件在膜生物反應器中所起的作用不同，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[1]。（2）根據膜組件和生物反應器的組合方式，MBR可以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。（3）根據膜組件類型，MBR可以分為中空纖維MBR、管式MBR、板框式（平片式）MBR、卷式MBR和毛細管式MBR。（4）根據膜組件材料，MBR可以分為有機膜和無機膜。（5）根據壓力驅動形式，MBR可以分為外壓式和抽吸式。（5）根據生物反應器，MBR分為好氧型和厭氧型。

2　城市生活污水特征

2.1污染物含量以有機物為主。與城市工業廢水的重金屬含量高，水質和水量與生產工藝和生產方式的差異而表現較大差異不同的是，城市生產污水的污染物含量主要是有機物，如淀粉、脂肪、蛋白質、纖維素、糖類、礦物油等等，其中，化學需氧量、生化需氧量以及總氮、總磷等也較高。此外，污水中含有大量的病原菌、病毒以及寄生蟲卵等微生物。

2.2城市生活污水來源。主要來自家庭、商業、機關學校、旅游服務業及其他城市公用設施[2]，就是日常城市居民生活中產生的冷卻、淋浴、盥洗、廚房、廁所排水等。

2.3城市生活污水在衛生上安全可靠,無有害物質,其主要衡量指標有大腸菌群數、細菌總數、懸浮物量、生化需氧量、化學耗氧量等。

2.4與其他污水相比，城市生活污水在外觀上沒有令人產生不快感覺，衡量城市生活污水的主要指標有色度、濁度，以及油脂等。

2.5不引起設備、管道等嚴重腐蝕、結構和不造成維護管理的困難,其主要衡量指標有pH值、硬度、溶解性固體等。

3　MBR工藝在城市生活污水處理及回用中的應用比較

根據不同的分類標準，MBR工藝具有多種類型，本文以膜組件與生物反應器的物理位置的差別，比較當前較為常用的三種MBR工藝：一體式生物器、分置式生物反應器、復合式膜生物反應器在城市生活污水中的應用比較，對比三種工藝類型在污水處理過程中的軟、硬件設施的差異。

3.1一體式MBR

一體式MBR是將膜組件放入到生物反應器中，通過真空泵進行抽吸或者采用重力流出水，活性污泥、大分子物質被截留在生物反應器中。一體式MBR利用曝氣時氣泡帶動料液向上的錯流來沖刷膜表面，從而實現去除污水中的污染物效果。一體式MBR具有SRT和HRT完全分離的特點，因而在后期運行過程中具有良好的可控性，防止因污泥過多膨脹產生各種負面影響，極大地減少了污泥的產生量。一體式MBR對于處理城鎮生活污水效果明顯。

林豐，張林生[3]選擇一體式MBR工藝處理某城鎮廁所污水，該污水的進水水質COD為468 mg·L-1～851.6mg·L-1、BOD5128.1～281.3mg·L-1、NH3-N為45.6 mg·L-1～85.9mg·L-1，MBR和膜組件對COD的去除效果始終穩定在90%以上，具有很好的抗沖擊負荷能力，在運行一段時間后，反應器內的污泥濃度趨于穩定，實現了不排泥的效果。

張西旺，金奇庭[4]以西安市某家屬院經化糞池生活污水為例，在未處理之前的原水水質為CODcr為280 mg·L-1～380mg·L-1、BOD5為183 mg·L-1～240mg·L-1、NH3-N為85 mg·L-1～115/mg· L～1、SS為105 mg·L-1～220mg·L-1，選擇淹沒一體式MBR試驗，分三個部分完成，第一部分是研究無缺氧區時的處理效果；第二部分是研究有缺氧區和泥水回流時的去除特征；第三部分是研究膜通量的衰減規律，經過研究后得出結論：設置缺氧區和泥水回流裝置大大提高了MBR對氨氮的處理效果，生活污水中的氨氮去除率從60%提高到了95%以上，膜通量的衰減符合對數規律，運行成本控制在0.84元/m3，低于當時的自來水價格，出水水質達到了《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T18920-2002）中車輛沖洗的水質要求。

3.2分置式MBR

分置式MBR中，反應器內的混合液是由泵增壓后進入膜組件，在壓力作用下膜透過液作為系統處理出水，活性污泥、大分子物質等被膜截留，并回流到反應器中，分置式MBR通過循環泵使料液錯流運行，從而實現去污效果。

裴亮，張雪婷[5]以蘭州市安寧區鋁廠家屬區生活污水為例，在未處理之前的原水水質為CODcr為286 mg·L-1～596mg·L-1、NH3-N為14 mg·L-1～50mg·L-1，選擇分置式MBR處理該小區的生活廢水后得出的結果是：污水在纖維膜中可以長期穩定運行，CODcr的去除率超過了97%、NH3-N的去除率超過了80%，SS未檢出。對于已經使用過的膜，經過水反沖洗、堿浸泡+酸浸泡+水反沖洗之后，可以使膜通量恢復至新膜的39%、91%。

3.3復合式MBR

復合式膜生物反應器也屬于一體式膜生物反應器，復合式MBR工藝特點是通過曝氣對水流的循環作用實現膜表面截留的污泥與硝化液的自動回流，簡化A/O系統的運行[6]。與其他MBR工藝不同的是，在復合式MBR的反應器中需要加裝填料，改變反應器的性狀，形成復合膜生物反應器，提高污泥濃度，達到去污效果。

4　結語

4.1分置式MBR優點

運行穩定，技術成熟可靠；后期在清洗和更換也較為簡便，維護管理簡單。但分置式MBR也有其劣勢，即運行的動力需求較大，因此在運行過程中的費用較高。一體式膜MBR優點是運行能耗低，設備緊湊，占地空間少，后期基建費用需求較少，運行維護較為簡便，但一體式MBR膜污染后不易更換，清洗也較為繁瑣，而且出水的穩定性容易受到影響。

4.2應用展望

相同數量的污水處理來看，分置式MBR工藝的投資經費要低于一體式MBR，而且分置式的安全性高，后期運行成本、單位耗電量也要略低。但與分置式MBR在后期運行的維護費用、人工費以及占地面積等具有優勢。一體式MBR、分置式MBR和復合式MBR有其各自的工藝特點和適用優點。

總之，MBR工藝在城市污水處理中具有設備緊湊、占地少，出水水質優質穩定，剩余污泥產量少、對氨氮以及難降解有機物具有很好的處理效果，且設備管理方便，便于操作控制，易于從傳統工藝進行改造，出水水質達到城市再生水利用標準，提高了水資源的利用效率，具有廣闊的應用前景。

[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]李偉,陳樸.簡述城市生活污水的處理方法[J].高等教育研究, 2008,25（1）：94-96.

[3]林豐,張林生.一體式MBR處理城鎮污水的研究[J].電力環境保護,2006,22（2）：37-39.

[4]張西旺，金奇庭.一體式MBR處理高氨氮小區生活污水中試研究[J].環境工程，2003,21（1）:23-26.

[5]裴亮，張雪婷.分置式-MBR處理生活污水的研究[J].過濾與分離，2007,17（3）：22-24.

[6]常穎,王寶貞,高欣.復合式膜生物反應器的小區污水回用實驗研究[J].哈爾濱工業大學學報,2003,35（2）：152-156.

趙銘（1981—），男，漢，江蘇南京人，碩士研究生，工程師，主要從事水污染工程、土壤修復工程、環境影響評價研究。