膜生物反應(yīng)技術(shù)在生活污水處理中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

徐黎黎(綿陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 材料工程系，四川 綿陽(yáng) 621000)

0 引言

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的日趨嚴(yán)格，生活污水處理能力和排放水質(zhì)要求不斷提升，各種污水處理技術(shù)不斷發(fā)展。其中，膜生物反應(yīng)技術(shù)因其節(jié)約用地及其高品質(zhì)出水等自身工藝特點(diǎn)，在生活污水處理中得到了廣泛應(yīng)用及發(fā)展。

1 膜生物反應(yīng)技術(shù)的概述

在上世紀(jì)90年代，西方發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始研究和應(yīng)用膜生物反應(yīng)技術(shù)。該技術(shù)采用的是膜處理組件與生物反應(yīng)器相結(jié)合的生化反應(yīng)器，用于生活污水處理時(shí)，膜生物反應(yīng)器中的膜組件相當(dāng)于傳統(tǒng)生物處理系統(tǒng)中的二沉池及深度處理的過(guò)濾器，進(jìn)行固液分離，截留污泥于生物反應(yīng)器，過(guò)濾水外排或進(jìn)行回用。

2 膜生物反應(yīng)技術(shù)的原理及組成

2.1 原理及組成

膜生物反應(yīng)系統(tǒng)一般由三部分組成，即曝氣系統(tǒng)、沖洗系統(tǒng)和膜組件系統(tǒng)。曝氣系統(tǒng)主要是采用生物處理技術(shù)，通過(guò)氧化分解的方式，對(duì)污水中的有機(jī)物等進(jìn)行有效處理。清洗系統(tǒng)是采取自動(dòng)清洗的方法，清除沾染到組件上的污染物質(zhì)，使組件能夠連續(xù)工作。膜組件系統(tǒng)具有分離功能，可以實(shí)現(xiàn)污泥和處理水的分離，是生活污水處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。采用膜生物反應(yīng)器裝置后，在外部壓力驅(qū)動(dòng)下，將污水引入系統(tǒng)內(nèi)部，由于反應(yīng)器內(nèi)的膜孔較小，有機(jī)分子通過(guò)反應(yīng)器纖維流到膜的另一端，將大量細(xì)菌、懸浮物等物質(zhì)截留，排出反應(yīng)后的凈水，實(shí)現(xiàn)污水與污泥的有效分離。

2.2 膜生物反應(yīng)器種類(lèi)

(1)從整體上來(lái)講，膜生物反應(yīng)器可分為膜分離生物反應(yīng)器、膜曝氣生物反應(yīng)器、萃取膜生物反應(yīng)器等。膜分離生物反應(yīng)器用于污水處理中的固液分離；膜曝氣生物反應(yīng)器通常用于好氧工藝供氣，可以提高反應(yīng)器的傳氧效率；萃取膜生物反應(yīng)器主要用于工業(yè)中優(yōu)先污染物的處理，在生活污水處理方面幾乎沒(méi)有應(yīng)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(yīng)器。分體式膜生物反應(yīng)器把生物反應(yīng)器與膜組件分開(kāi)放置。一體式系統(tǒng)則直接將膜組件置于反應(yīng)器內(nèi)。一體式膜生物反應(yīng)器工藝是污水生物處理技術(shù)與膜分離技術(shù)的有機(jī)融合，集成化的產(chǎn)物。

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

2.3 MBR膜的分類(lèi)

在生活污水處理行業(yè)中，MBR膜生物反應(yīng)器被采用。膜的孔徑一般為微米級(jí)。依據(jù)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(jù)材料的不同，可分為無(wú)機(jī)膜和有機(jī)膜。無(wú)機(jī)膜有陶瓷膜和金屬膜，過(guò)濾精度較低，選擇性較小。有機(jī)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(wú)機(jī)陶瓷材料經(jīng)特殊工藝制備而形成的非對(duì)稱(chēng)膜，也稱(chēng)無(wú)機(jī)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(nèi)或膜外側(cè)流動(dòng)，小分子物質(zhì)(或液體)透過(guò)膜，大分子物質(zhì)(或固體)被膜截留，從而可以實(shí)現(xiàn)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(cè)的壓力差為驅(qū)動(dòng)力，膜作為過(guò)濾介質(zhì)，在一定壓力作用下，當(dāng)原液流過(guò)膜表面時(shí)，只允許水、無(wú)機(jī)鹽、小分子物質(zhì)透過(guò)膜，而阻止水中的懸浮物、膠體和微生物等大分子物質(zhì)通過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)分離。

(2)管式膜適用于超濾、微濾等膜分離技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是流道寬，原液在管內(nèi)湍流流動(dòng)，對(duì)料液的預(yù)處理精度要求低。管式膜易于清洗，不僅可采用化學(xué)試劑清洗，也可用機(jī)械物理擦洗。管式膜組件的壓力損失小，其流道長(zhǎng)，過(guò)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(duì)稱(chēng)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(nèi)表面。對(duì)氣體分離膜來(lái)說(shuō)，致密層位于內(nèi)表面或外表面均可。

3 膜生物反應(yīng)技術(shù)在生活污水處理中的特點(diǎn)

3.1 膜生物反應(yīng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

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

(2)膜生物反應(yīng)技術(shù)具有較高的分離效率。膜生物反應(yīng)技術(shù)不需要設(shè)置過(guò)濾單元和沉淀池，與傳統(tǒng)的生活污水處理技術(shù)相比，其占地面積小，運(yùn)行操作簡(jiǎn)單。同時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)排泥控制不當(dāng)，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(yīng)器可以提高氧利用率。膜曝氣生物反應(yīng)器可以降低傳質(zhì)阻力，改善生物反應(yīng)器的透氣性。在傳輸過(guò)程中，氣泡的大小和停留時(shí)間對(duì)未曝氣生物反應(yīng)器的運(yùn)行影響較小，從而提高了傳輸效率。

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

(5)污泥停留時(shí)間長(zhǎng)。傳統(tǒng)生物技術(shù)中系統(tǒng)的水力停留時(shí)間和污泥停留時(shí)間無(wú)法分別控制。采用膜分離技術(shù)，可在水力停留時(shí)間很短而污泥停留時(shí)間很長(zhǎng)的條件下運(yùn)行，增加了污水中生物難降解的大分子有機(jī)物在反應(yīng)器中的停留時(shí)間，最終達(dá)到去除目的。

(6)在對(duì)生活污水處理系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí)，易于實(shí)施。由于采用該技術(shù)，曝氣池容積減少，無(wú)需二沉池，可以只將曝氣池改造，就能大幅度提升系統(tǒng)的處理能力，不需另外修建工藝池，節(jié)約用地，節(jié)省投資和縮短施工周期。

3.2 膜生物反應(yīng)技術(shù)存在的不足與對(duì)策

膜生物反應(yīng)技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中，有其工藝流程簡(jiǎn)單、出水水質(zhì)較高、運(yùn)行穩(wěn)定、可采用自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)，能夠很大程度上確保生活污水處理達(dá)標(biāo)排放。但在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，也存在不足。

(1)膜生物技術(shù)所采用的膜生物反應(yīng)器具有較強(qiáng)的吸附能力，針對(duì)同等級(jí)的污染水質(zhì)進(jìn)行實(shí)際處理過(guò)程中，通常會(huì)吸附更多的混合顆粒物以及有害物質(zhì)。膜在最終失效后，由于吸附了大量的有毒有害物質(zhì)，常常作為危險(xiǎn)廢物進(jìn)行處置，處置費(fèi)用很高。

(2)膜生物反應(yīng)技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，膜生物反應(yīng)器的膜在使用一段時(shí)間之后，由于膜受到污染，可能導(dǎo)致通水量明顯降低，將嚴(yán)重影響處理效果。如何能夠進(jìn)一步將膜的使用期限有效延長(zhǎng)，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(yīng)技術(shù)需要深入研究的課題。

(3)膜是膜生物反應(yīng)技術(shù)的核心，膜選用的是否合適是該技術(shù)能否達(dá)到要求的關(guān)鍵。目前，質(zhì)量比較好的膜主要采用的是進(jìn)口品牌，價(jià)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(jìn)口產(chǎn)品，同時(shí)，如何提高膜的使用壽命也是一個(gè)值得深入研究的課題。

生活污水經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)合理的資源化處理后，可以運(yùn)用于澆灌綠地、道路清掃等。膜生物反應(yīng)技術(shù)有很好的處理效果，且其自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單。但是，存在運(yùn)行成本、設(shè)備設(shè)施維護(hù)成本較高，項(xiàng)目前期投入大，經(jīng)濟(jì)性不好。但可以看到的是在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)或?qū)λ|(zhì)排放指標(biāo)嚴(yán)格，改造受到場(chǎng)地限制的情況下，很多地區(qū)已經(jīng)采用了該技術(shù)。我們相信，在現(xiàn)代各項(xiàng)技術(shù)高速發(fā)展的情況下，不斷優(yōu)化膜生物反應(yīng)技術(shù)，以減少生產(chǎn)運(yùn)行成本，該技術(shù)將在生活污水的處理過(guò)程中得到越來(lái)越多地應(yīng)用。由于膜分離技術(shù)本身具有的優(yōu)越性能，已經(jīng)得到世界各國(guó)的普遍重視。

4 在生活污水處理中與膜生物反應(yīng)技術(shù)常見(jiàn)的組合工藝

4.1 A2O-MBR工藝

采用厭氧、缺氧和好氧反應(yīng)的A2O工藝可以實(shí)現(xiàn)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(shè)置兩級(jí)回流，一級(jí)是膜池的混合液回流至缺氧池實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮作用，另一級(jí)是缺氧池的混合液回流至厭氧池，實(shí)現(xiàn)厭氧釋磷。A2O-MBR工藝中采用較高的污泥濃度、獨(dú)立控制水力停留時(shí)間和污泥停留時(shí)間、回流比及污泥負(fù)荷等，具有更加明顯的抗負(fù)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(shè)一級(jí)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(duì)進(jìn)水碳源不足，而同時(shí)又有較高脫氮要求的生活污水處理廠，該組合工藝是強(qiáng)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(jìn)行生物脫氮，MBR進(jìn)行深度處理。該處理工藝以膜組件取代傳統(tǒng)生物處理技術(shù)中的末端二沉池，在生物反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度，減少設(shè)施占地面積。

4.4 SBR-MBR工藝

SBR是一種按間歇曝氣方式來(lái)運(yùn)行的活性污泥法生活污水處理技術(shù)。在運(yùn)行上采用有序和間歇操作，它的核心是SBR反應(yīng)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(tǒng)。SBR工藝運(yùn)行方式可以靈活變換，滿足不同類(lèi)型污水的處理要求，便于自動(dòng)控制。與傳統(tǒng)SBR系統(tǒng)相比，SBR-MBR在反應(yīng)階段利用膜分離排水，可以減少傳統(tǒng)SBR的循環(huán)時(shí)間，同時(shí)，出水指標(biāo)可以進(jìn)一步提高。

4.5 其它

在實(shí)際的工程應(yīng)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(shuō)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(tǒng)，將污水進(jìn)行最終的深度處理，從而確保污水的達(dá)標(biāo)排放。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著“史上最嚴(yán)”環(huán)保法的頒布實(shí)施及相關(guān)污水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，生活污水處理廠的環(huán)保壓力將日益增大。膜生物反應(yīng)技術(shù)憑借其自身所具有的占地少、處理效率高等特點(diǎn)已經(jīng)逐漸被生活污水處理廠所采用。但是，其存在的運(yùn)行及建設(shè)費(fèi)用較高等問(wèn)題仍然是制約其更大范圍使用的限制因素。我國(guó)應(yīng)加大膜生物反應(yīng)技術(shù)人力物力地投入，針對(duì)膜生物反應(yīng)技術(shù)的不足進(jìn)行優(yōu)化、完善，最終讓其在生活污水處理方面發(fā)揮更大的作用。