MBR技術(shù)與工藝在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的研究進展

摘要：近年來，隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，尾水排放對生態(tài)環(huán)境造成的壓力日益加劇。膜生物反應器（MBR）技術(shù)因其高效的固液分離能力和優(yōu)質(zhì)的出水水質(zhì)，在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。MBR技術(shù)能夠顯著去除尾水中的氨氮、總磷及懸浮物，有效改善水質(zhì)并降低環(huán)境污染風險。本文對MBR技術(shù)與工藝在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理進行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：MBR技術(shù)；水產(chǎn)養(yǎng)殖；尾水處理

水產(chǎn)養(yǎng)殖作為全球重要的蛋白質(zhì)來源，其產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大，但隨之產(chǎn)生的尾水問題也愈發(fā)嚴峻。傳統(tǒng)污水處理方法難以滿足現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)對高效、穩(wěn)定處理的需求，而MBR技術(shù)作為一種將生物處理與膜分離相結(jié)合的創(chuàng)新型工藝，憑借其卓越的處理性能逐漸成為研究熱點。通過在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的應用，MBR技術(shù)不僅能實現(xiàn)污染物的有效去除，還能為水資源循環(huán)利用提供技術(shù)支持。然而，該技術(shù)在實際應用中仍面臨膜污染、運行成本高等技術(shù)瓶頸，亟需從新材料研發(fā)、工藝優(yōu)化及智能管理等方面尋求突破。

1 MBR技術(shù)的基本原理

1.1 MBR的工作機制

膜生物反應器是一種將傳統(tǒng)活性污泥法與高效膜分離技術(shù)相結(jié)合的污水處理裝置。其核心在于利用膜組件替代常規(guī)沉淀池進行固液分離，通常采用孔徑小于0.1 μm的超濾或微濾膜。在運行過程中，污水進入生化反應區(qū)，經(jīng)過好氧/厭氧微生物的作用，化學需氧量（COD）去除率可達80%～90%，氨氮去除率超過95%。隨后混合液通過加壓泵送至膜組件，膜孔徑僅允許水分子及低分子溶質(zhì)透過，截留的污泥回流至反應區(qū)維持系統(tǒng)穩(wěn)定，而凈化后的出水濁度低于0.1NTU，滿足高標準排放要求。該工藝具有占地少、出水質(zhì)量高的特點，但需定期清洗防止膜污染[1]。

1.2 生物處理與膜分離相結(jié)合的原理

生物處理與膜分離相結(jié)合的原理在于利用微生物代謝功能降解污染物的同時，借助高精度膜過濾實現(xiàn)高效的固液分離。在生物處理階段，污水中的有機物經(jīng)由好氧菌分解，生化需氧量（BOD）去除率可達90%以上，同時硝化細菌將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，去除效率高達95%。隨后混合液進入膜分離區(qū)域，采用孔徑為0.05～0.1 μm的超濾膜，可徹底截留大于膜孔徑的懸浮顆粒、細菌（粒徑0.2～2 μm）及部分病毒（粒徑0.02～0.3 μm），確保出水濁度低于0.1 NTU。這種結(jié)合方式不僅提高了處理效率，還減少了污泥產(chǎn)量，但需要定期反沖洗或化學清洗以保持膜通量。

1.3 MBR技術(shù)的優(yōu)勢

1.3.1 出水水質(zhì)優(yōu)良

MBR技術(shù)（圖1）通過將生物處理與膜分離完美結(jié)合，展現(xiàn)出卓越的優(yōu)勢，特別是在出水水質(zhì)方面表現(xiàn)尤為突出。在生物處理環(huán)節(jié)，微生物活躍地分解有機物，有效去除污水中的有害成分，使得處理后的水質(zhì)更加純凈。隨后，膜分離技術(shù)精準攔截雜質(zhì)和微生物，確保出水清澈透明，幾乎不含任何懸浮物和病原體，達到了極高的凈化標準。這種雙重保障不僅保證了出水的優(yōu)質(zhì)特性，還大幅提升了水資源的再利用率[2]。

1.3.2 占地面積小

MBR技術(shù)的一大顯著優(yōu)勢在于其占地面積的顯著減少。相較于傳統(tǒng)污水處理工藝，MBR技術(shù)通過集成式的設備布局和高效的處理流程，大幅壓縮了所需的物理空間。在生物處理環(huán)節(jié)，微生物的高活性和高效率使得反應器能夠在有限的空間內(nèi)完成復雜的凈化任務，無需設置龐大的沉淀池即可實現(xiàn)固液分離。這種緊湊的設計不僅節(jié)省了土地資源，還降低了基礎(chǔ)設施建設的成本，同時便于在城市中心區(qū)域或用地緊張的場所安裝使用。MBR系統(tǒng)的模塊化設計使其具備靈活擴展的能力，可根據(jù)實際需求調(diào)整規(guī)模，進一步優(yōu)化空間利用效率，為現(xiàn)代環(huán)保工程提供了創(chuàng)新解決方案。

1.3.3 運行穩(wěn)定可靠

MBR技術(shù)以其卓越的運行穩(wěn)定性而備受推崇。在整個處理過程中，生物反應與膜分離協(xié)同作業(yè)，形成了一個高度平衡的生態(tài)系統(tǒng)。微生物群體在適宜的環(huán)境下持續(xù)發(fā)揮效能，即使面對水質(zhì)波動或負荷變化，也能迅速適應并保持高效運作。膜組件則憑借其精密的結(jié)構(gòu)設計，有效抵御外界干擾，確保出水始終符合高標準要求。這種穩(wěn)定的性能不僅減少了人為干預的頻率，還極大延長了設備的使用壽命，為長期運營提供了堅實保障。

2 不同類型膜組件的選擇與應用

2.1 微濾

微濾（MF）膜組件因其獨特的孔徑范圍（0.1～10 μm）成為MBR技術(shù)中的重要選擇。這種膜能夠有效截留細菌（粒徑約0.2～2 μm）和較大的懸浮顆粒，同時允許水分子及小分子溶質(zhì)通過。在實際應用中，微濾膜常用于處理含有較高濃度懸浮物的廢水，其孔徑大小決定了對污染物的攔截能力，通?？扇コ?9%以上的懸浮固體，出水濁度可低至0.1 NTU以下。微濾膜的材質(zhì)多為聚偏氟乙烯（PVDF）或聚醚砜（PES），具有良好的耐化學性和機械強度。盡管如此，微濾膜的抗污染能力相對較弱，需定期進行化學清洗以恢復通量，但其操作壓力較低，能耗較少，適用于中低難度的污水處理場景[3]。

2.2 超濾

超濾（UF）膜組件以其介于微濾與納濾之間的孔徑范圍（0.01～0.1 μm）廣泛應用于MBR技術(shù)。超濾膜能夠高效截留病毒（粒徑0.02～0.3 μm）、膠體及大分子有機物，對細菌的去除率接近100%，出水水質(zhì)極為純凈。其材質(zhì)通常為聚醚砜或聚偏氟乙烯，具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性和機械性能。相比微濾膜，超濾膜對污染物的去除精度更高，特別適合處理含有復雜成分的工業(yè)廢水或市政污水。然而，超濾膜的操作壓力略高于微濾膜，為0.1～0.3 MPa，但依然保持較低能耗。為了維持長期穩(wěn)定運行，需定期進行物理清洗和化學清洗，以防止膜污染。超濾膜的應用極大地提升了出水品質(zhì)，是高端MBR系統(tǒng)的理想選擇。

3 MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的應用分析

3.1 氨氮

MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中對氨氮的去除表現(xiàn)出色。養(yǎng)殖尾水中富含氨氮，濃度通?？蛇_

50～100 mg/L，直接排放會嚴重污染水體。MBR系統(tǒng)通過生物反應區(qū)內(nèi)的硝化細菌作用，將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，去除率高達95%以上。隨后，膜組件截留絕大部分懸浮態(tài)硝化產(chǎn)物，確保出水氨氮濃度降至1 mg/L以下，遠低于國家排放標準。這一過程不僅有效削減了氮負荷，還減少了水體富營養(yǎng)化的風險。值得注意的是，MBR技術(shù)的穩(wěn)定運行依賴于適當?shù)奈勰酀舛龋? 000～5 000 mg/L）和合適的水力停留時間（6～12 h），從而確保高效的脫氮效果[4]。

3.2 總磷

MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中對總磷的去除效果顯著。養(yǎng)殖尾水中總磷濃度一般為2～10 mg/L，過量排放會導致水體富營養(yǎng)化。在MBR系統(tǒng)中，通過生物反應區(qū)內(nèi)的聚磷菌作用，污水中的磷酸鹽被轉(zhuǎn)化為顆粒狀磷酸鹽聚合物儲存于菌體內(nèi)，去除率可達85%以上。隨后，膜組件高效截留這些含磷污泥，出水總磷濃度可降至0.5 mg/L以下，滿足嚴格的排放標準。此外，適當?shù)奈勰帻g（15～20 d）和較高的污泥濃度（4 000～6 000 mg/L）有助于增強除磷效果。定期排泥操作也是維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，可有效避免磷的二次釋放，從而實現(xiàn)尾水的深度凈化。

3.3 懸浮物

MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中對懸浮物的去除效果極為顯著。養(yǎng)殖尾水中懸浮物濃度通常為100～300 mg/L，

含有大量的未消化飼料殘渣、糞便顆粒及藻類等污染物。在MBR系統(tǒng)中，生物反應區(qū)內(nèi)微生物絮體與懸浮物緊密結(jié)合，初步形成較大顆粒便于后續(xù)分離。隨后，超濾或微濾膜組件以0.05～0.1 μm的孔徑精準攔截懸浮物，去除率高達99%以上，出水濁度可降至0.1NTU以下。這種高效的固液分離能力不僅確保了尾水的清澈透明，還有效避免了懸浮物對水體的二次污染。為了維持膜通量，需定期進行化學清洗，以清除附著在膜表面的污染物，保障系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行[5]。

4 MBR技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

4.1 膜污染問題

MBR技術(shù)在實際應用中面臨諸多挑戰(zhàn)，其中膜污染問題是影響其穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素。膜污染指的是在處理過程中，污染物逐漸積累于膜表面或孔隙內(nèi)部，導致膜通量下降、運行成本增加及維護工作量加大。這種污染通常源于污水中溶解性有機物、微生物代謝產(chǎn)物以及懸浮顆粒的沉積。這些物質(zhì)在膜表面形成一層難以清除的積層，進而阻礙水流通過。雖然定期清洗可以緩解這一問題，但頻繁的清洗不僅增加了操作難度，還可能縮短膜的使用壽命。因此，如何有效預防和解決膜污染，成為MBR技術(shù)推廣應用亟待解決的問題。

4.2 運行成本較高

MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中雖優(yōu)勢明顯，但也存在運行成本較高的難題。一方面，膜組件的購置與更換費用相對昂貴，尤其是高性能膜材料的使用進一步推高了初始投資。另一方面，為保持膜通量穩(wěn)定，需要定期進行化學清洗和維護，這不僅增加了藥劑消耗，還帶來了人工和能源成本的上升。盡管如此，隨著技術(shù)進步和規(guī)?；瘧玫耐七M，這些高昂成本有望逐步得到緩解，從而讓更多使用者從中受益。

5 MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的改進建議

5.1 新型膜材料的研發(fā)

針對MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中面臨的挑戰(zhàn)，新型膜材料的研發(fā)顯得尤為重要。目前，使用的PVDF或PES膜雖已取得良好成效，但仍存在易污染、壽命短等問題。未來可開發(fā)更高效的納米復合膜，如摻雜銀離子或石墨烯的改性膜，其抗菌性能可減少細菌滋生，降低膜污染概率至現(xiàn)有水平的1/3。此外，新型膜材料須具備更高的親水性（接觸角低于30°），以增強水分子透過速度，提高整體處理效率。同時，通過分子設計優(yōu)化膜孔結(jié)構(gòu)，使其既能高效截留污染物，可降低運行壓力至0.1 MPa以下，從而節(jié)約能耗。因此，通過這些創(chuàng)新將極大提升MBR系統(tǒng)的經(jīng)濟性和實用性，助力水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的綠色發(fā)展。

5.2 預處理工藝的優(yōu)化組合

MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的改進建議之一是優(yōu)化預處理工藝。當前，養(yǎng)殖尾水通常含有大量懸浮物和有機物，直接進入MBR系統(tǒng)會加速膜污染進程。為此，可采用“格柵+沉淀+氣浮”的三級預處理組合，使懸浮物去除率達到90%以上，COD削減50%～70%。具體而言，粗格柵攔截大顆粒雜物，細格柵進一步去除微小懸浮物，沉淀池靜置分離比重較大的顆粒，氣浮裝置利用微小氣泡黏附輕質(zhì)污染物上浮分離。這種優(yōu)化后的預處理工藝不僅減輕了MBR系統(tǒng)的負擔，還能顯著延長膜組件的使用壽命，同時降低運行成本。合理調(diào)整預處理參數(shù)，如沉淀時間控制在2～4 h，氣浮壓力維持在0.3～0.5 MPa，將進一步提升整體處理效果。

5.3 自動化控制系統(tǒng)的升級

MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的改進建議包括升級自動化控制系統(tǒng)。目前，許多MBR系統(tǒng)仍依賴人工監(jiān)控，容易因操作不當引發(fā)故障。通過引入先進的自動化控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)對進水流量、pH、溶解氧及膜通量等關(guān)鍵參數(shù)的實時監(jiān)測與調(diào)節(jié)。例如，當進水流量超過設計值120%時，系統(tǒng)自動啟動限流裝置；當溶解氧低于2 mg/L時，增氧設備即時響應?；诖髷?shù)據(jù)分析的預測模型能夠提前識別潛在風險，將膜污染概率降至5%以下。智能化控制系統(tǒng)還能優(yōu)化清洗周期，將化學清洗頻率從每周一次調(diào)整為每兩周一次，從而節(jié)省藥劑用量約30%。這種升級不僅提升了系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，還大幅降低了人力成本和維護難度。

6 結(jié)語

綜上所述，MBR技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的應用取得了顯著進展，展現(xiàn)其在高效凈化和資源回收方面的巨大潛力。通過對新型膜材料的開發(fā)、預處理工藝的優(yōu)化以及自動化控制系統(tǒng)的升級，MBR技術(shù)的性能得到了進一步提升。未來，隨著相關(guān)領(lǐng)域的不斷深入探索，MBR技術(shù)必將在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中發(fā)揮更加重要的作用，為推動綠色養(yǎng)殖和可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。

參考文獻

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