MBR膜技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用

趙楊楊

北京亦莊水務(wù)有限公司 北京 100176

1 MBR膜技術(shù)概述

膜生物反應(yīng)器處理技術(shù)（Membrane Bioreactors，MBR）是于20世紀(jì)初出現(xiàn)，并于20世紀(jì)60年代后得到迅速發(fā)展的一種分離新技術(shù)。它是將MBR膜高效分離技術(shù)與污水中生物降解作用有機(jī)結(jié)合起來(lái)的一種新型、高效的污水處理技術(shù)。膜分離技術(shù)最早應(yīng)用于微生物發(fā)酵工業(yè)。隨著材料科學(xué)的發(fā)展與制膜水平的提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，已經(jīng)涉及到食品加工、化工、冶金、醫(yī)療廢水處理等多個(gè)領(lǐng)域。MBR膜利用膜分離技術(shù)替代二沉池進(jìn)行固液分離，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)水力停留時(shí)間（HRT）和污泥停留時(shí)間（SRT）的分別控制。它具有出水質(zhì)量高、運(yùn)行效果穩(wěn)定、占地小、污泥濃度高且高效、節(jié)能、環(huán)保等特征。

2 MBR膜技術(shù)工藝組成

膜-生物反應(yīng)器主要由膜分離組件及生物反應(yīng)器兩部分組成。通常提到的膜-生物反應(yīng)器實(shí)際上是三類反應(yīng)器的總稱：①曝氣膜-生物反應(yīng)器；②萃取膜-生物反應(yīng)器；③固液分離型膜-生物反應(yīng)器。

2.1 曝氣膜

曝氣膜-生物反應(yīng)器最早見于Cote．P等1988年報(bào)道，采用透氣性致密膜（如硅橡膠膜）或微孔膜（如疏水性聚合膜），以板式或中空纖維式組件，在保持氣體分壓低于泡點(diǎn)（BubblePoint）情況下，可實(shí)現(xiàn)向生物反應(yīng)器的無(wú)泡曝氣。該工藝的特點(diǎn)是提高了接觸時(shí)間和傳氧效率，有利于曝氣工藝的控制，不受傳統(tǒng)曝氣中氣泡大小和停留時(shí)間的因素的影響。

2.2 萃取膜

萃取膜-生物反應(yīng)器又稱為EMBR。因?yàn)楦咚釅A度或?qū)ι镉卸疚镔|(zhì)的存在，某些工業(yè)廢水不宜采用與微生物直接接觸的方法處理；當(dāng)廢水中含揮發(fā)性有毒物質(zhì)時(shí)，若采用傳統(tǒng)的好氧生物處理過(guò)程，污染物容易隨曝氣氣流揮發(fā)，發(fā)生氣提現(xiàn)象，不僅處理效果很不穩(wěn)定，還會(huì)造成大氣污染。為了解決這些技術(shù)難題，英國(guó)學(xué)者Livingston研究開發(fā)了EMB。廢水與活性污泥被膜隔開來(lái)，廢水在膜內(nèi)流動(dòng)，而含某種專性細(xì)菌的活性污泥在膜外流動(dòng)，廢水與微生物不直接接觸，有機(jī)污染物可以選擇性透過(guò)膜被另一側(cè)的微生物降解。由于萃取膜兩側(cè)的生物反應(yīng)器單元和廢水循環(huán)單元是各自獨(dú)立，各單元水流相互影響不大，生物反應(yīng)器中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微生物生存條件不受廢水水質(zhì)的影響，使水處理效果穩(wěn)定。系統(tǒng)的運(yùn)行條件如HRT和SRT可分別控制在最優(yōu)的范圍，維持最大的污染物降解速率。

2.3 固液分離型膜

固液分離型膜-生物反應(yīng)器是在水處理領(lǐng)域中研究得最為廣泛深入的一類膜-生物反應(yīng)器，是一種用膜分離過(guò)程取代傳統(tǒng)活性污泥法中二次沉淀池的水處理技術(shù)。在傳統(tǒng)的廢水生物處理技術(shù)中，泥水分離是在二沉池中靠重力作用完成的，其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分離效率越高。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運(yùn)行狀況，改善污泥沉降性必須嚴(yán)格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。由于二沉池固液分離的要求，曝氣池的污泥不能維持較高濃度，一般在1．5-3．5g/L左右，從而限制了生化反應(yīng)速率。

3 膜技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

在處理化工污水中應(yīng)用膜技術(shù)的原理一般表現(xiàn)為在電勢(shì)、壓力、濃度梯度之下，通過(guò)各種混合物的各成分間滲透存在的差異性然后對(duì)混合物展開分離和提純。現(xiàn)今，在污水理論當(dāng)中膜分離技術(shù)的應(yīng)用已相對(duì)成熟，同時(shí)使用范圍在繼續(xù)加大，各種化工污水處理都會(huì)用到這一技術(shù)。應(yīng)用這一技術(shù)的同時(shí)，若是處于常溫狀態(tài)之下，依舊能夠持續(xù)性的對(duì)其操作，并且在操作過(guò)程里面沒(méi)有二次污染的產(chǎn)生。一般情況下，化工污水的化學(xué)及物理性質(zhì)存在的特點(diǎn)都相差無(wú)二。運(yùn)用常規(guī)技術(shù)和手法來(lái)處理化工污水不能夠得到理想效果。運(yùn)用膜技術(shù)對(duì)化工污染進(jìn)行操作處理時(shí)，能夠合理添補(bǔ)慣例形式和技術(shù)當(dāng)中出現(xiàn)的缺點(diǎn)，把污水處理效果進(jìn)一步提高。化工污水處理有著適當(dāng)?shù)那疤釛l件和應(yīng)用環(huán)境，所以在對(duì)污水處理的經(jīng)過(guò)當(dāng)中只是使用單種膜技術(shù)一般不能夠得到理想的效果。

4 MBR在污水處理中的應(yīng)用

4.1 MBR-厭氧/缺氧交替工藝

交替式厭氧/缺氧-膜生物反應(yīng)器(A-A/A-M)工藝可提高生活污水脫氮除磷效果。該工藝由一個(gè)交替缺氧/厭氧反應(yīng)池和內(nèi)置膜過(guò)濾單元的好氧池組成。通過(guò)好氧池底部回流污泥流向的改變，使得兩個(gè)獨(dú)立反應(yīng)器(A和B)內(nèi)依次形成缺氧和厭氧環(huán)境，實(shí)現(xiàn)同步厭氧釋磷、缺氧反硝化脫氮，及好氧吸磷、硝化、去除BOD等過(guò)程。好氧反應(yīng)器進(jìn)行連續(xù)曝氣減緩膜污染的進(jìn)程，延長(zhǎng)清洗周期。該工藝對(duì)COD、TN、TP的平均去除率分別達(dá)到93%、67．4%和94．1%。

4.2 PAC-MBR工藝(粉末活性炭-膜生物反應(yīng)器)

PAC-MBR組合工藝是指將PAC投加至MBR污泥混合液中，污泥絮體以PAC顆粒為骨架，吸附和絮凝污泥混合液中微細(xì)膠體、胞外聚合物EPS、溶解性有機(jī)物等，使污泥顆粒粒徑變大，抗壓能力增強(qiáng)，膜面沉積層孔隙率提高，壓密性降低，從而降低膜過(guò)濾阻力和膜污染程度，提高膜通量。同時(shí)，由于PAC污泥絮體的吸附和生物降解作用協(xié)同，形成生物活性炭，使有機(jī)污染物降解去除率得到提高，PAC得以再生。李-MBRPA和MBR工藝處理生活污水的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，由于PAC的存在大大改善了膜污染狀況，從而延長(zhǎng)了膜清洗周期。

5 發(fā)展前景

MBR膜一旦受到嚴(yán)重污染，將會(huì)影響整個(gè)工藝的運(yùn)行效果，因此應(yīng)結(jié)合各水質(zhì)的特點(diǎn)，尋找有效的方法減輕膜污染、保證膜的使用壽命、維持膜生物反應(yīng)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是一項(xiàng)長(zhǎng)期任務(wù)。MBR技術(shù)處理制藥廢水、啤酒廢水、屠宰廢水等具有良好的應(yīng)用價(jià)值，不僅能有效減輕制藥廢水、啤酒廢水、屠宰廢水等造成的環(huán)境污染，還對(duì)城市經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展具有重要的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。隨著膜制造技術(shù)的進(jìn)步，膜質(zhì)量的提高和膜制造成本的降低，MBR膜技術(shù)的工程投資也會(huì)隨之降低。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的來(lái)看，MBR膜處理技術(shù)在污水處理中將得到廣泛的應(yīng)用。膜生物反應(yīng)器將是替代傳統(tǒng)廢水處理技術(shù)強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者。