膜生物反應技術在生活污水處理中的應用優勢

徐黎黎(綿陽職業技術學院 材料工程系，四川 綿陽 621000)

0 引言

隨著國家對環境保護的日趨嚴格，生活污水處理能力和排放水質要求不斷提升，各種污水處理技術不斷發展。其中，膜生物反應技術因其節約用地及其高品質出水等自身工藝特點，在生活污水處理中得到了廣泛應用及發展。

1 膜生物反應技術的概述

在上世紀90年代，西方發達國家已經開始研究和應用膜生物反應技術。該技術采用的是膜處理組件與生物反應器相結合的生化反應器，用于生活污水處理時，膜生物反應器中的膜組件相當于傳統生物處理系統中的二沉池及深度處理的過濾器，進行固液分離，截留污泥于生物反應器，過濾水外排或進行回用。

2 膜生物反應技術的原理及組成

2.1 原理及組成

膜生物反應系統一般由三部分組成，即曝氣系統、沖洗系統和膜組件系統。曝氣系統主要是采用生物處理技術，通過氧化分解的方式，對污水中的有機物等進行有效處理。清洗系統是采取自動清洗的方法，清除沾染到組件上的污染物質，使組件能夠連續工作。膜組件系統具有分離功能，可以實現污泥和處理水的分離，是生活污水處理的關鍵環節。采用膜生物反應器裝置后，在外部壓力驅動下，將污水引入系統內部，由于反應器內的膜孔較小，有機分子通過反應器纖維流到膜的另一端，將大量細菌、懸浮物等物質截留，排出反應后的凈水，實現污水與污泥的有效分離。

2.2 膜生物反應器種類

(1)從整體上來講，膜生物反應器可分為膜分離生物反應器、膜曝氣生物反應器、萃取膜生物反應器等。膜分離生物反應器用于污水處理中的固液分離；膜曝氣生物反應器通常用于好氧工藝供氣，可以提高反應器的傳氧效率；萃取膜生物反應器主要用于工業中優先污染物的處理，在生活污水處理方面幾乎沒有應用。

(2)按照膜組件的放置方式，可分為分體式和一體式膜生物反應器。分體式膜生物反應器把生物反應器與膜組件分開放置。一體式系統則直接將膜組件置于反應器內。一體式膜生物反應器工藝是污水生物處理技術與膜分離技術的有機融合，集成化的產物。

(3)按照膜生物反應器是否需要氧氣，可分為好氧和厭氧膜生物反應器。好氧膜生物反應器在城市生活污水和工業的處理都有較多應用。厭氧膜生物發生器中，通過膜的高效截留，解決了厭氧污泥容易從膜生物反應器流失的問題。

2.3 MBR膜的分類

在生活污水處理行業中，MBR膜生物反應器被采用。膜的孔徑一般為微米級。依據其孔徑的不同，可分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜等；依據材料的不同，可分為無機膜和有機膜。無機膜有陶瓷膜和金屬膜，過濾精度較低，選擇性較小。有機膜是由高分子材料制成的，如醋酸纖維素聚醚砜、聚氟聚合物等。

(1)陶瓷膜是以無機陶瓷材料經特殊工藝制備而形成的非對稱膜，也稱無機陶瓷膜。陶瓷膜分為管式陶瓷膜和平板陶瓷膜。管式陶瓷膜管壁密布微孔，在壓力作用下，原料液在膜管內或膜外側流動，小分子物質(或液體)透過膜，大分子物質(或固體)被膜截留，從而可以實現污染物的分離、濃縮、純化。平板陶瓷膜板面密布微孔，以膜兩側的壓力差為驅動力，膜作為過濾介質，在一定壓力作用下，當原液流過膜表面時，只允許水、無機鹽、小分子物質透過膜，而阻止水中的懸浮物、膠體和微生物等大分子物質通過，從而實現分離。

(2)管式膜適用于超濾、微濾等膜分離技術，其優點是流道寬，原液在管內湍流流動，對料液的預處理精度要求低。管式膜易于清洗，不僅可采用化學試劑清洗，也可用機械物理擦洗。管式膜組件的壓力損失小，其流道長，過濾效率高。

(3)中空纖維膜是外形呈纖維狀，具有自支撐作用的膜。它是非對稱膜的一種，其致密層可位于纖維的外表面，也可位于纖維的內表面。對氣體分離膜來說，致密層位于內表面或外表面均可。

3 膜生物反應技術在生活污水處理中的特點

3.1 膜生物反應技術的優勢

(1)膜生物反應系統可以采取高的污泥濃度的運行方式。通過污泥濃度的增加，提升了生活污水處理系統的抗負荷和抗沖擊能力。污泥濃度的增大，其結果是系統的容積負荷提高，處理能力大大提升，使得生物反應器更小型化。

(2)膜生物反應技術具有較高的分離效率。膜生物反應技術不需要設置過濾單元和沉淀池，與傳統的生活污水處理技術相比，其占地面積小，運行操作簡單。同時，系統運行穩定，不會出現排泥控制不當，造成污泥上浮或外溢的情況，防止二次污染，在一定程度上提高了處理的可靠性。

(3)采用膜曝氣生物反應器可以提高氧利用率。膜曝氣生物反應器可以降低傳質阻力，改善生物反應器的透氣性。在傳輸過程中，氣泡的大小和停留時間對未曝氣生物反應器的運行影響較小，從而提高了傳輸效率。

(4)硝化效果增強，脫氮能力明顯提高。對比傳統生活污水處理系統，膜生物反應器中存在的生物膜可以減少硝化細菌的流失，使反應器中某些區域內的濃度始終維持在較高的水平；同時，系統的污泥停留時間長，對世代時間較長的硝化菌的生長繁殖有利，系統對氨氮的去除率可達95%以上。由于污泥濃度高，造成反應器內部存在局部缺氧，起到反硝化作用。

(5)污泥停留時間長。傳統生物技術中系統的水力停留時間和污泥停留時間無法分別控制。采用膜分離技術，可在水力停留時間很短而污泥停留時間很長的條件下運行，增加了污水中生物難降解的大分子有機物在反應器中的停留時間，最終達到去除目的。

(6)在對生活污水處理系統進行改造時，易于實施。由于采用該技術，曝氣池容積減少，無需二沉池，可以只將曝氣池改造，就能大幅度提升系統的處理能力，不需另外修建工藝池，節約用地，節省投資和縮短施工周期。

3.2 膜生物反應技術存在的不足與對策

膜生物反應技術在應用過程中，有其工藝流程簡單、出水水質較高、運行穩定、可采用自動化控制等優點，能夠很大程度上確保生活污水處理達標排放。但在實際的應用過程中，也存在不足。

(1)膜生物技術所采用的膜生物反應器具有較強的吸附能力，針對同等級的污染水質進行實際處理過程中，通常會吸附更多的混合顆粒物以及有害物質。膜在最終失效后，由于吸附了大量的有毒有害物質，常常作為危險廢物進行處置，處置費用很高。

(2)膜生物反應技術在應用的過程中，膜生物反應器的膜在使用一段時間之后，由于膜受到污染，可能導致通水量明顯降低，將嚴重影響處理效果。如何能夠進一步將膜的使用期限有效延長，確保膜在受到一定的污染之后能夠保證較大的通水量，是膜生物反應技術需要深入研究的課題。

(3)膜是膜生物反應技術的核心，膜選用的是否合適是該技術能否達到要求的關鍵。目前，質量比較好的膜主要采用的是進口品牌，價格昂貴。因此，需要投入更多的人力和物力，研究出更多的膜替代進口產品，同時，如何提高膜的使用壽命也是一個值得深入研究的課題。

生活污水經過經濟合理的資源化處理后，可以運用于澆灌綠地、道路清掃等。膜生物反應技術有很好的處理效果，且其自動化程度高，操作簡單。但是，存在運行成本、設備設施維護成本較高，項目前期投入大，經濟性不好。但可以看到的是在經濟發達或對水質排放指標嚴格，改造受到場地限制的情況下，很多地區已經采用了該技術。我們相信，在現代各項技術高速發展的情況下，不斷優化膜生物反應技術，以減少生產運行成本，該技術將在生活污水的處理過程中得到越來越多地應用。由于膜分離技術本身具有的優越性能，已經得到世界各國的普遍重視。

4 在生活污水處理中與膜生物反應技術常見的組合工藝

4.1 A2O-MBR工藝

采用厭氧、缺氧和好氧反應的A2O工藝可以實現同步除碳和脫氮除磷功能。工藝流程依次為厭氧、缺氧、缺氧和膜池。該工藝需設置兩級回流，一級是膜池的混合液回流至缺氧池實現反硝化脫氮作用，另一級是缺氧池的混合液回流至厭氧池，實現厭氧釋磷。A2O-MBR工藝中采用較高的污泥濃度、獨立控制水力停留時間和污泥停留時間、回流比及污泥負荷等，具有更加明顯的抗負荷和抗沖擊的能力。

4.2 A2O/A-MBR工藝

A2O/A工藝是在A2O/A工藝后再設一級缺氧池，工藝流程依次為厭氧、缺氧、好氧、缺氧。A2O/A-MBR工藝是主要針對進水碳源不足，而同時又有較高脫氮要求的生活污水處理廠，該組合工藝是強化脫氮的MBR脫氮除磷工藝。

4.3 AO-MBR工藝

該工藝采用前置缺氧段、好氧段，進行生物脫氮，MBR進行深度處理。該處理工藝以膜組件取代傳統生物處理技術中的末端二沉池，在生物反應器中保持高活性污泥濃度，減少設施占地面積。

4.4 SBR-MBR工藝

SBR是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥法生活污水處理技術。在運行上采用有序和間歇操作，它的核心是SBR反應池，該池集均化、初沉、生物降解、沉淀等功能于一池，不需要污泥回流系統。SBR工藝運行方式可以靈活變換，滿足不同類型污水的處理要求，便于自動控制。與傳統SBR系統相比，SBR-MBR在反應階段利用膜分離排水，可以減少傳統SBR的循環時間，同時，出水指標可以進一步提高。

4.5 其它

在實際的工程應用中，諸如ASBR-MBR工藝、3A-MBR工藝等組合工藝還有很多，這里將不再一一說明。但是，我們可以看到，MBR工藝常常作為后置的工藝處理系統，將污水進行最終的深度處理，從而確保污水的達標排放。

5 結語

隨著“史上最嚴”環保法的頒布實施及相關污水排放標準的提高，生活污水處理廠的環保壓力將日益增大。膜生物反應技術憑借其自身所具有的占地少、處理效率高等特點已經逐漸被生活污水處理廠所采用。但是，其存在的運行及建設費用較高等問題仍然是制約其更大范圍使用的限制因素。我國應加大膜生物反應技術人力物力地投入，針對膜生物反應技術的不足進行優化、完善，最終讓其在生活污水處理方面發揮更大的作用。