李晗

澳洲新南威爾士大學 土木環(huán)境學院

MBR的中文釋義為膜生物反應器，主要應用膜高效分離技術(shù)以及生物降解作用，對污水進行處理以及回收利用的新型技術(shù)。MBR在進行應用時，設(shè)備總體一般有生物反應器、膜分離組件兩個部分。根據(jù)膜分離組件的設(shè)置位置差異，能夠?qū)BR分為一體式和分置式兩個類別。

一、MBR概述

1、分置式MBR構(gòu)造及優(yōu)勢

最先研發(fā)出的MBR為分置式，生物反應器中混合液體，在工藝泵壓力增強的情況下，使得液體通入膜組件。在力的作用下混合液水會通過膜成為處理完成水，其他物質(zhì)則會被膜體截住，同時跟隨濃縮液返還流入反應器中。為了使得膜污染得到減緩，混合液需要將工藝泵以較高的流速壓入至膜組件，膜表面會形成錯流沖刷的效果。工藝循環(huán)泵在進行使用時，會使得系統(tǒng)能耗得到增加，膜孔徑不同時，每立方米中的能耗大約為2至10kw·h。相關(guān)研究者認為，分置式MBR在進行使用時，高模面的流速所產(chǎn)生的高剪切力，會導致污泥絮體平均尺寸較小，膜生物反應器是以生物反應為基礎(chǔ)的工藝技術(shù)，對于生物菌種活性造成破壞，即是使反應器的可應用性大打折扣，最終導致MBR在生物處理中的效果不理想。不過總體而言，分置式MBR在應用時，有運行較為穩(wěn)定，且操作簡易，管理便利，膜增設(shè)及更換都較為容易的優(yōu)點。

2、一體式MBR構(gòu)造及優(yōu)勢

一體式MBR設(shè)施則是將模組間在生物反應器中安裝，使用工藝泵負壓進行抽吸，能夠得到膜過濾出水。因為膜在反應器混合液中被浸沒，所以也被稱之為淹沒式及浸沒式。在一體式MBR中，膜組件常使用中空纖維超濾膜及平板膜，依靠水流及空氣擾動，來使得膜污染得到減少。為了對膜污染進行有效的預防，也會在反應器中加上中空軸的設(shè)計，通過中空軸旋轉(zhuǎn)，能夠使得軸上膜隨之進行轉(zhuǎn)動，從而形成有效的錯流過濾。與分置式相比較，一體式MBR在運行上成本較低、工藝更為簡單，出水工藝泵每立方米能耗僅為0.2至0.4kw·h，只有分置式MBR的10%。不過一體式MBR膜清洗、更換，操作及管理，運行的穩(wěn)定性等都要差于分置式。

二、MBR在污水治理中的應用

1、城市污水處理

多座城市污水處理廠原本選擇傳統(tǒng)活性污泥法進行污水處理，但因為原污水處理廠的工藝無法達成要求，所以需要進行工藝的改造。在改造中常使用淹沒式MBR，即一體化MBR，以期能夠?qū)⒊鏊|(zhì)進行提升。以法國某污水處理廠為例，在改造中將原廠曝氣池（容積：320m3）改造為生物反應器，并在其內(nèi)設(shè)置膜組件（體積：8m3），由此構(gòu)成了淹沒式MBR設(shè)施。原本貯泥池改造成缺氧池，對處理廢物進行脫氮，二沉池則改建為剩余污泥池。整體完成改造之后，化學需氧量（CODcr）去除率達到了96%、凱氏氮（TKN）去除率達到了95%，糞便大腸菌則減少了6個數(shù)量級，出水的水質(zhì)能夠完全達成相應要求。

2、中水回用系統(tǒng)

中水回用系統(tǒng)的目的在于使建筑生活污水得到適度處理以后，能夠作為空調(diào)冷卻水、沖廁所、綠化、洗車等用水二次利用。因為受到城市建筑及使用目的限制，中水回用的水質(zhì)要求較高，主要為了避免回用中的衛(wèi)生問題，同時對于處理流程及占地規(guī)模要求越少越好，系統(tǒng)運行中應用穩(wěn)定、在各種環(huán)境中都能適用，且管理性強。盡管在要求上較為苛刻，但MBR能夠完全達成，在上世紀八十年代之后，MBR設(shè)施在日本等國家的中水回用系統(tǒng)中的應用逐漸普遍。

3、高濃度糞便污水處理

糞便污水中的有機物含量相對較為高，BOD5含量常在10000mg/L，常規(guī)進行糞便污水處理的過程中，會先將污水稀釋后再進行處理。MBR設(shè)施使得糞便污水的處理過程中，在不進行稀釋的情況下，實現(xiàn)對其直接進行處理，且在處理效果上能夠達成相應的要求。日本對于膜分離技術(shù)的研發(fā)使得糞便污水處理技術(shù)更為先進，但其核心中仍為活性污泥結(jié)合超濾膜組件的MBR設(shè)施。比如在日本山梨縣的MBR污水處理廠，在上世紀八十年代末投入使用，該廠中進行糞便污水的處理工藝首先為活性污泥添加，其次進行膜分離組合工藝，之后進行混凝，再后進行膜分離組合工藝，最后的處理過程為活性炭吸附，完成后處理水流出。首段膜需要在1到2個月之內(nèi)進行次氯酸鈉（200mg/L）的沖洗（1次），第二段膜則每兩周進行溴酸（500mg/L）沖洗（1次）。

4、其他廢水處理應用

MBR廢水處理設(shè)施在進行其他高濃度有機類型的廢水及垃圾滲濾液的處理時，有較多的應用實例。比如運用膜厭氧生物反應器進行玉米廢水處理試驗時，處理結(jié)果表明了CODCr去除率達到了97%。再比如膜厭氧生物反應器對35℃條件下，CODCr濃度極高的奶酪廢水進行處理時，去除率達到了95%至99%左右。這也說明，在進行應用的過程中，MBR的應用范圍較廣.

三、MBR在污水治理展望

在污水回用以及場地限制時，MBR技術(shù)應用中的優(yōu)勢最大。在技術(shù)的應用中，使膜的性價比提升以及將膜污染減少，是推廣MBR應用的關(guān)鍵。MBR未來研究的主要方向為：對性能高、成本低的膜進行研究。在現(xiàn)階段中，盡管分置式MBR在性能上穩(wěn)定、優(yōu)越，但是運行的成本相對較高，甚至是較常規(guī)的處理方式更高。同時回流污泥泵對于活性污泥的性能影響較大?，F(xiàn)階段一體式中空纖維MBR，能夠使得循環(huán)泵能源消耗降低，中空纖維在曝氣管上方進行安裝，這也會使得膜面上的污染相對更少。不過一體式MBR在進行化學清洗的過程中，相對較為困難，所以推廣應用受限，未來發(fā)展中期待有更為完善的一體式MBR.

結(jié)束語

膜分離能夠使得污水中難以降解的大分子，于一定體積的生物反應器中進行留置后，達成較好的去除效果。MBR設(shè)施系統(tǒng)能夠使高生物量濃度的污水具有較高成效的有機物去除效果。MBR能夠?qū)ξ勰喑两敌阅芗跋汝P(guān)限制進行克服，去除設(shè)施中的二沉池，與此同時達成除菌及澄清的目的。若是在建設(shè)完成的污水處理廠中應用MBR，不使得反應器容積增加，也能夠達成處理水量提升的效果。