摘要： 膜生物反應器作為一種污水處理新技術(shù)，其研究和應用在我國受到廣泛關(guān)注。本文綜述了 膜生物反應器 的類(lèi)型，概述了在我國 膜生物反應器處理 技術(shù)在工業(yè)污水處理等領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)程，指出了未來(lái) 膜生物反應器處理 技術(shù)研究的挑戰和工業(yè)應用發(fā)展的方向。

　　1 引  言

　　何謂膜生物反應器？污水處理中的膜生物反應器是指將膜分離技術(shù)中的超微濾組件與污水生物處理工程中的生物反應器相互結合而成的新的開(kāi)發(fā)系統，英文稱(chēng) Membrane bioreactor ，簡(jiǎn)稱(chēng) MB 。這種膜生物反應器結合 膜處理技術(shù)和生物處理技術(shù)帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)，超微濾膜組件 作 為泥水分離單元完全可以取代二次沉淀池，微孔超濾膜截留活性污泥混合液中微生物絮體和較大分子有機物，重新回流至生物反應器內，使生物反應器內獲得高生物濃度和延長(cháng)有機固體停留時(shí)間，極大地提高了生物對有機物的氧化率；同時(shí)，膜 過(guò) 濾后出水質(zhì)量高，可達三級出水標準；系統幾乎不排剩余污泥 [1] 。因此，膜生物反應器是當今倍受?chē)鴥韧鈱?zhuān)家學(xué)者重視的一項開(kāi)發(fā)性高新水處理技術(shù)。

　　2  膜生物反應器的類(lèi)型

　　目前開(kāi)發(fā)出來(lái)的膜生物反應器可分為固液分離膜生物反應器、萃取膜生物反應器和無(wú)泡曝氣膜生物反應器等類(lèi)。

　　2.1  固液分離式膜生物反應器

　　固液分離式膜生物反應器 [2] 采用超濾或微濾膜組件截留反應器中的生物固體 ,  通過(guò)維持高的生物量濃度（ MLLS 大于 10 g  / L ），使進(jìn)水有機物實(shí)現降解。生物反應器可以是好氧系統，也可以是厭氧系統；膜組件可以放人生物反應器中，即一體式膜生物反應器 ； 也可以與生物反應器分開(kāi)，即分 置 式膜生物反應器（見(jiàn) 下圖 ）。

　　圖：分離式 膜生物反應器 的兩種類(lèi)型

　　2.2  萃取膜生物反應器

　　因為高酸堿度或對生物有毒的物質(zhì)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。當廢水中含揮發(fā)性有毒物質(zhì)時(shí)，若采用傳統的好氧生物處理，在處理過(guò)程中，污染物容易隨曝氣氣流揮發(fā)，造成大氣污染。為了解決這些技術(shù)難題，英國學(xué)者  Livingston  研究開(kāi)發(fā)了萃取式 MBR [3] 。在萃取 MBR 中，廢水與活性污泥被膜隔開(kāi)，廢水在膜內流動(dòng)，而含某種專(zhuān)性細菌的活性污泥在膜外流動(dòng)，廢水與微生物不直接接觸，有機污染物可以選擇性透過(guò)膜而被另一側的微生物降解，工藝流程如下所示（見(jiàn)下 圖 ）。

　　圖： 萃取膜生物反應器結構示意

　　2.3  無(wú)泡曝氣膜生物反應器

　　通常污水處理的曝氣效果不是十分有效約有 90%  的氧氣進(jìn)人大氣而沒(méi)有被利用。雖然采用純   氧曝氣法提高了氧的傳遞效果，但仍有大量氧氣沒(méi)有被利用。針對這種狀況，開(kāi)發(fā)了無(wú)泡曝氣膜生物反應器。無(wú)泡曝氣 [4] 是采用透氣性致密膜 ( 如硅橡膠膜 ) 或微孔膜（如疏水性聚合膜），在保持氣體分壓低于泡點(diǎn)的情況下實(shí)現向生物反應器的無(wú)泡曝氣此膜生物反應器基本結構流程（ 見(jiàn) 下 圖 ）。

　　圖： 無(wú)泡曝氣膜生物反應器

　　3  膜生物反應器在污水處理中的應用

　　目前膜生物反應器應用較多的是日本，英、美、法等國也逐漸開(kāi)始使用。如：日本用其進(jìn)行生活污水的處理，凈化水作為中水回用；法國有人將其用于給水脫氮的處理；美國用 MBR 進(jìn)行含油廢水處理；英國用隔離式 MBR 進(jìn)行有毒工業(yè)廢水的處理等。下面就膜生物反應器的典型應用作如下說(shuō)明。

　　3.1  在中水道污水回用的應用

　　中水道系統開(kāi)發(fā)利用的主要目的是將廚房、洗臉及洗澡后排水作為主體的樓房排水進(jìn)行處理，然后再用作便器的沖洗水。 1980 年前后，已有應用實(shí)例，如日本三井石化工業(yè)公司 [5] 建在東京某大樓的污水再生系統，日處理量為   200m 3 。該法采用的是好氧膜生物反應器，是分離膜生物反應器的典型應用。其主要技術(shù)參數為： MLSS 為 6000 ~ 10000mg /L,  滯留時(shí)間為  1.5~ 2h ， BOD 負荷為 0.79 ~  1.42kg  / ( m 3 d)  ，所采用的超濾膜孔徑為 10nm ，切割相對分子質(zhì)量為 20000 的聚丙烯腈平板膜組件。

　　3.2  在工業(yè)廢水處理中的應用

　　工業(yè)廢水中有機物濃度很高，有的還含有毒性物質(zhì)。對該種廢水現在普遍認為厭氧法處理經(jīng)濟上優(yōu)于好氧法。但不同的厭氧工藝都要求保持較高的生物量，較長(cháng)的泥齡，較短的水力停留時(shí)間。這使厭氧工藝的使用受到限制。將厭氧工藝和膜技術(shù)結合起來(lái)是一種理想的方法。厭氧處理能產(chǎn)生能量，污泥量較少， 而膜分離能使 時(shí)間較長(cháng)的甲烷菌存活下來(lái)，從而保持較好的出水水質(zhì)。這是一種相互補充、相互依賴(lài)又相互協(xié)同的處理工藝，厭氧消化降解有機物使膜不易堵塞，而膜會(huì )將生物截留下來(lái)。何義亮等采用完全混合的厭氧生物反應器和板框超濾膜組件構成的厭氧生物反應器對高濃度食品廢水進(jìn)行處理。結果表明，當 HRT （水力停留時(shí)間）超過(guò) 50h , GOD 負荷在 2 ~  3kg  /( m 3 d) 時(shí)，膜出水 COD 去除率可達 80% ~ 90% 。也有采用好氧生物反應器與膜技術(shù)結合來(lái)處理工業(yè)廢水的。如 [6] 加拿大的安大略澤農環(huán)境有限公司采用好氧膜生物反應器處理合成的金屬加工液體和含油基產(chǎn)物，既將游離態(tài)的浮化油除去，又使出水中的有機物大大降低。采用此工藝可以去除 99% 的油。

　　3.3  在糞便污水處理中的應用

　　糞便污水處理使用傳統的反硝化法，要求 MLSS 濃度高，固液分離過(guò)程不穩定 , 影響了三級處理效果。用超濾過(guò)濾（ UF ）代替傳統的方法就能很好地解決這一問(wèn)題。這的處理廠(chǎng)一般由三部分組成：   接收單元、高效脫氮生物反器和深度處理單元（包括消毒）。該系統脫氮生物反應器設計運行參數與沒(méi)有膜過(guò)濾器的高效生物反硝化池基本同。氮負荷 <= 0.04kg  /kg MLSS ， BOD<= 2.0 kg  / （ m 3. d ）， ML 為 15000mg /L ，設計滲水率為 1.0 ~ 1.5m  /d 。據日本 [7] 統計 , 種系統的建設費用和運行費用小于或等于傳統的反硝化統，而所需的管理人員少 , 占地面積小 , 因而優(yōu)于傳統方法。

　　4  膜生物反應器的發(fā)展前景

　　4.1  膜生物反應器應用中存在的問(wèn)題

　　總體而言， MBR 是水工業(yè)發(fā)展歷程中的一項新技術(shù)。相對于傳統活性污泥法和 SBR 等工藝而言，它的投資和運行費用較高 , 但 MBR 工藝能夠減少占地面積，并提供優(yōu)良的出水水質(zhì)。特別是后續處理單元采用 RO 等工藝時(shí)，其出水水質(zhì)有著(zhù)更高的保障性，從而更能顯示出 MBR 的優(yōu)勢。

　　優(yōu)越的處理性能使 MBR 在工程應用中取得了相當大的成績(jì)，但要在應用中進(jìn)一步提高競爭力和擴大市場(chǎng)份額，仍面臨著(zhù)諸多挑戰 , 主要體現在以下幾方面 [8] ：

　　1 、提升膜材料和膜組件。進(jìn)一步開(kāi)發(fā)壽命長(cháng)、強度好、抗污染、價(jià)格低的膜材料，對膜組件的研究應朝著(zhù)處理能力大、能耗低的方向發(fā)展。

　　2 、膜污染及其控制策略。利用分子生物學(xué)、顯微可視化方法等深入研究膜污染機理 , 探索更為有效、簡(jiǎn)便的方法以控制和減緩膜污染的發(fā)生與發(fā)展。

　　3 、 MBR 的經(jīng)濟性。與傳統工藝相比， MBR 費用仍偏高，需進(jìn)一步降低其能耗以增強 MBR 的競爭力，因此需加強對 MBR 經(jīng)濟性的研究（如能耗、清洗費用、勞動(dòng)力成本等）。

　　4 、 MBR 處理規模和應用領(lǐng)域。擴大 MBR 的處理規模和應用領(lǐng)域，尤其是對高濃度污水和難降解廢水的處理，解決 MBR 用于大規模工程項目中出現的新問(wèn)題。

　　5 、膜組件的更換與標準化。除新建項目外，已有 MBR 污水處理項目中膜組件的更換，將進(jìn)一步拉動(dòng) MBR 市場(chǎng)的發(fā)展。以每年的市場(chǎng)增長(cháng)率為 10 %  （新建項目）、膜組件的平均使用壽命為 5 年計，膜組件的更換最終將占到每年膜銷(xiāo)售量的 40 % 。為進(jìn)一步降低膜的成本費用，提高 MBR 工藝的經(jīng)濟性和競爭力，有必要對 MBR 的膜組件進(jìn)行標準化設計。

　　6 、交流平臺的搭建。構建膜供應商、科研院所、工程公司和最終用戶(hù)的交流平臺，有助于問(wèn)題的解決和 MBR 工藝的完善，也利于膜行業(yè)的健康發(fā)展。歐盟的“ MBR - Net work ”網(wǎng)絡(luò )平臺，國內的中國膜技術(shù)網(wǎng)  ( http  ： / /www. mem-china . cn  )  都在朝著(zhù)該方面發(fā)展。

　　4.2  存在問(wèn)題的解決措施

　　隨著(zhù)更為嚴格的污水排放標準和減少地下水使用量的要求，將污水處理后回用就顯得更加重要；地表及地下水污染帶來(lái)的飲用水安全問(wèn)題也逐漸提上日程， MBR 工藝為此提供了可靠的技術(shù)支持和新思路。這些必將促進(jìn) MBR 的進(jìn)一步發(fā)展：

　　1 、城市污水的再生回用。 MBR 在這方面已經(jīng)有不少工程應用。隨著(zhù)處理規模的進(jìn)一步擴大 , 大型 MBR 的設計、運行經(jīng)驗需要及時(shí)總結，應盡快建立 MBR 處理城市生活污水標準化設計準則；為了保證出水的安全性， MBR 對新型化學(xué)物質(zhì)（ EDCs ,PPCP 等）的去除，及 MBR + RO （ NF ）生產(chǎn)高質(zhì)量的回用水將會(huì )受到更多關(guān)注。

　　2 、工業(yè)廢水的處理與回用。 MBR 在各種工業(yè)廢水處理中將會(huì )得到更為廣泛的應用。在工業(yè)廢水處理中 , 應注意組合工藝的開(kāi)發(fā)和應用，如 MBR+ 物化處理工藝、高效菌種 + MBR 工藝等。由于工業(yè)廢水成分的復雜性，膜污染控制應予以特別重視。

　　3 、飲用水源水的凈化。如微污染水源水凈化、地下水脫氮處理等，都是今后值得研究的課題。

　　5  小結

　　綜上所述，在水資源日益短缺的今天，膜生物反應器作為一種新型的廢水處理技術(shù)，特別是在污水資源化的進(jìn)程中，倍受?chē)鴥韧獾钠毡殛P(guān)注，必將在今后的水處理領(lǐng)域得到廣泛的開(kāi)發(fā)和利用。同時(shí)，也需要有更多的學(xué)者不斷地研究和完善 MBR 的不足之處，使膜生物反應器在污水處理和回用過(guò)程中更好地發(fā)揮作用。

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