膜生物反應技術在環境工程污水處理中的運用

胡 艷

（江蘇綠展環境科技有限公司，江蘇 宿遷 223800）

我國環境工程是受國內政策驅動的產業，是我國國民經濟發展的支柱，隨著全球環境污染問題的不斷凸顯，我國也越來越重視環境工程的發展。污水處理作為我國環境工程的重要工作內容，近年來也取得了較為理想的發展[1]。通過選擇具有較廣闊發展前景的污水處理技術有助于促進環境工程企業盡快占領技術高地，所以在現階段市場新競爭模式下，膜生物反應技術無疑是各環境工程企業的首要選擇。

1 環境工程污水處理特性分析

1.1 污水處理

污水處理就是利用各種工藝技術降低污水中的有機物以及有害物質的含量，從而達到我國污水排放的標準。根據我國現行規定和政策，污水處理的標準是提高水質的性能和自凈能力，因此無論環境工程需要處理哪種污水，無論其選擇何種處理工藝，都需要充分保證處理后的水質能夠達到相關排放標準[2]。目前，我國環境管理部門主要是根據各城市的經濟發展水平制定污水排放濃度，一般來說，經濟較發達地區的排放要求更加嚴格。

1.2 污水特性

污水可以分為生活污水和工業污水，無論是處理哪一類污水都需要充分去除污水中所包含的關鍵物質，從而提高水的凈化程度。目前我國污水的主要特性是高復雜性和不穩定性[3]。高復雜性是指污水中一般含有大量的有機物和無機物，其經過各種副反應后所產生的對應產物會殘留在污水中，因此處理起來十分復雜。不穩定性是指污水中不只含有一種物質，尤其是化學物質，這些物質會導致污水呈現酸性，從而影響其整體的穩定性。

2 生物膜反應技術特性分析

2.1 技術特點

與傳統污水處理技術如活性污泥法等相比，膜生物反應技術是一種新興的工藝技術，其充分體現了生物法以及膜分離法兩種污水處理工藝的優勢。該技術主要是利用膜組件來處理污水，在處理工業污水時具有較高的穩定性，其具有的膜高效分離特性也能夠提高良好的抗偶然進水沖擊能力。除此之外還具有以下幾種處理特點：第一是能夠高效去除有機物。膜生物反應技術具有良好的固液分離效果，能夠有效抵御污染物的負荷變化，同時還可以有效降解一些水力停留時間較長的難降解的有機物[4]。第二是可減少剩余污泥的含量，與傳統的污水處理技術相比，該技術可以大大降低污泥產量，且出水質量不會依賴污泥的沉降性能，因而能夠有效解決污泥膨脹問題。第三是占地面積小，利用生物膜反應技術處理污水不需要設置二沉池，且整個工藝流程簡單，體積比較小，可適用范圍極為廣泛，因而可以有效節約我國的土地資源。第四是運行管理方便，利用膜的截流特性可以在排放污水時充分保留污泥，提高運行管理工作效率。

2.2 膜生物反應技術原理

膜生物反應技術（MBR）是將生物技術和膜分離技術有機結合在一起，以提高污水處理效率。該技術的原理是將膜分離單元與生物處理單元結合，用膜組件取代傳統生物處理技術的末端二沉池，從而實現對污水的深度凈化作用?？傊?，利用MBR技術可以有效地節省空間，且可以有效減少污水處理后的污泥含量，其詳細技術操作如圖1所示。

圖1 生物膜反應技術原理

2.3 膜生物反應技術的運用劣勢分析

雖然膜生物反應技術相較于傳統的污水處理技術具有很多優勢，但其在實際應用過程中也存在很多劣勢。

2.3.1 在處理污水的同時會吸附有害物質

雖然MBR技術比傳統技術去除有機物的效果更好，但其所使用的生物膜在實際反應過程中會將污水中的有害物質吸附到其表面[5]，這主要是因為MBR技術本身所使用的生物膜中就含有有機物質。

2.3.2 出現膜污染問題

雖然MBR技術相較于傳統的污水處理技術能夠更高效地降低污水中有機物以及有害物的含量，但生物膜如果使用時間過長，那么在過濾有害物質時就會出現堵塞等不良問題，從而導致整個裝置的通水量下降。

2.3.3 成本和能耗較高

應用MBR技術所需成本相對較高，操作過程中需持續加壓。另外在運用MBR技術時，需要通過不斷增加曝氣量來充分減緩膜污染的速度，而要實現這一目標就需要使用較高的溶解氧濃度，導致耗能較高。

3 膜生物反應技術在環境工程污水中的應用分析

3.1 在處理工業廢水方面的應用

我國工業發展水平一直在持續提高，國內各種化工企業的生產方式和產品也多種多樣，因此其所產生的工業廢水中所含的物質也存在較大差異，這就給我國環境工程開展污水處理工作帶來了較大的困擾。想要利用MBR技術很好地處理污水就需要先對工業污水的成分進行全面調查分析，合理優化現有資源配置，選擇最優的方式對污水進行處理。另外還需要將金屬離子濃度控制在一定范圍內，需要注意的是，隨著污水環境的改變其金屬離子的形式也會出現差異，因此在使用MBR技術前，需要有效降低污水中的金屬離子的濃度，以調節污水的酸堿性。

3.2 生活污水的處理

MBR技術不僅適用于處理工業污水，還能夠有效處理生活污水，且相較于處理工業污水來說，該技術處理生活污水的過程更加簡單。但由于MBR技術是新興技術，因此前期需要投入較多資金，所以用于處理生活污水顯然不符合環境工程的經濟需求。因此，在處理生活污水時，出于經濟性考慮盡量不要選擇MBR技術。

3.3 曝氣生物濾池技術

在我國環境工程污水處理工作中，曝氣生物濾池（Biological Aerated Filter，BAF）技術得到了較為廣泛的推廣應用，BAF技術起源于80年代末的歐美國家，90年代初得以迅速發展。利用該技術可以去除污水中的SS、COD、BOD及AOX（有害物質），從而減少污水中的雜質。但使用該技術時必須要結合氣浮工藝，通過充分利用生產廢料來降低污水中含有的雜質。該技術運用的優點在于所需基建投資少，運行能耗相對較低，運行費用較少，其技術原理如圖2所示。

圖2 曝氣生物反應技術原理

3.4 動態內循環反應技術

該技術是基于MBR基礎上進行優化升級的，通過建立一個動態反應器，污水通過動態反應器得到處理。使用該技術不需設置污水處理系統，從而有效節約了環境工程成本，另外也能夠使污水系統內的活性物質得到充分利用，提高了整個污水處理系統的運行效率，且該技術還可以直接與曝氣生物濾池技術結合運用，提高整個污水循環體系的運行效率，同時還可以有效解決污水處理中的斷流問題。

3.5 組合式污水處理技術

這類技術在環境工程污水處理中十分常見，主要是聯合應用MBR技術與膨脹顆粒污泥床技術，以保證污水的處理水平。該技術在處理污水時主要是先利用膨脹顆粒污泥床裝置將污水中的有機物和污泥充分混合在一起，并從中提煉具有較高濃度的有機污水以及需氧污染物質，然后再利用MBR技術對污水進行處理，進而充分去除污水中的雜質。

4 膜污染的影響因素及控制方法

雖然膜生物反應技術能夠有效提高污染水的處理效率，但也存在膜污染的缺陷，因此需要充分分析造成膜污染的原因，并對膜污染進行有效控制，從而進一步提高膜生物反應技術的應用效果。

4.1 影響因素

4.1.1 生物膜本身的影響因素

生物膜的質量決定了整個污水處理工作的效率，而影響生物膜質量的主要因素是孔徑及孔隙率。生物膜的孔徑越大，反應期間的進水量及孔隙率就會得到顯著提升，因此能夠有效避免發生堵塞現象。因此，在選擇生物膜的時候，需要盡可能選擇孔徑較大的生物膜，另外生物膜的親水性對污水處理效率也具有顯著影響，其親水性越高，膜的抗污染能力也會越強，而且還能夠有效提高膜的污水處理能力。

4.1.2 污泥混合液的影響因素

污泥混合液的性能主要取決于懸浮物顆粒的分布情況以及固體的濃度。經大量研究發現，生物膜受污染的程度與污泥混合液的性質有著密切關系，當污泥混合液濃度較高時，其負荷能力就會隨之下降，同時也會降低生物膜對污水的去除效率。另外，污泥混合液的濃度如果超出臨界值，那么其污泥產量也會隨之下降，從而影響污水處理效果，這主要是因為濃度超出臨界值后會發生固液分離現象。

4.2 優化膜組件

目前改善膜組件的方式有很多，最常見的有膜絲直徑、改變組件形式、防止方式等。通過改變膜的結構與形狀可以降低膜污染的發生率。另外，工作人員還可以根據污水及污泥的構成來確定膜孔徑參數，以降低膜組件在處理污水過程中發生污染的概率[6]。

4.3 改進污泥

MBR污水處理技術主要是利用膜分離設備截留水中的活性污泥與大分子有機物。MBR膜屬于微濾膜，易結垢、含油類物質等容易造成其阻塞，因此可提出相應的技術改進方法。通過增設預處理措施對污水廢水進行處理，并利用化學浸泡法對膜組件進行清洗，通過改善混合液的性質對污泥進行改進。

4.4 優化運行條件

所謂優化運行條件就是在利用MBR技術處理污水時，要密切關注水質的變化，同時需要注意膜污染的相關指標變化，通過不斷調節運行過程中的相關參數及方式來控制膜污染的發生，其中需要控制和調節的參數主要包括回流比、曝氣量、水利停留時間等[7]。

4.5 膜清洗

除了可以采取上述方式控制膜污染外，通過清洗膜也可以減少或延緩膜污染，但這種方式并不能完全避免膜污染的發生，而是更適合在膜污染形成后，通過清洗促進膜的再生速度，保障膜的功效?？刹捎梦锢矸绞交蚧瘜W方式對膜進行清洗，物理方式主要是利用物理方法沖洗膜上的泥餅，可以直接用水，也可以用氣體或海綿進行沖洗。其主要原理是去除膜表面的濾餅層和污泥層，由于這種處理方式比較簡便，因此不能完全清洗掉吸附性污染。而化學清洗則是通過使用酸或堿類化學藥劑充分清洗膜表面的吸附性物質，因此化學清洗方式能夠更徹底地將膜清潔干凈，更適用于已經受到嚴重污染的生物膜[8]。但無論采取哪種清洗方式都有較大概率對膜本身的結構造成破壞，因此，工作人員需要根據膜的需求合理選擇清洗方式，盡可能延長膜的使用壽命。

5 結語

目前我國水資源污染問題嚴峻，為有效解決水資源污染問題，國家大力推進環境工程，并頒布了相關政策提高環境工程的發展速度。隨著污水處理技術的不斷發展和更新，環境工程也得到了顯著提升。MBR技術是目前環境工程污水處理中比較先進的技術，利用該技術可以有效降低污水中的有機物含量，從而達到凈化水質的效果。但目前我國對該技術的應用水平并不高，再加上該技術需要投入較多資金，因此并不適用于處理生活污水，今后還需要進一步加大對該技術的研究力度，促使其能夠在污水處理中充分發揮作用。