朱佳潔

（深圳市寶安灣環(huán)境科技發(fā)展有限公司，廣東 深圳 518000）

膜生物反應(yīng)器在高效膜分離元件上工作，實(shí)現(xiàn)了合適的水處理功能，不僅占地面積小，而且廢水處理質(zhì)量非常高，操作簡(jiǎn)單，可以長(zhǎng)期穩(wěn)定地運(yùn)行，因此具有比較廣泛的應(yīng)用。隨著膜生物反應(yīng)器技術(shù)的逐漸普及和進(jìn)步，環(huán)境廢水處理進(jìn)入了一個(gè)新的階段，相關(guān)機(jī)構(gòu)和技術(shù)人員開(kāi)始探索利用該技術(shù)的可能性。

1 膜生物反應(yīng)技術(shù)的基本原理

該技術(shù)主要基于用于形成生物單元的分離膜模塊的有效組合，其是由二次沉淀和生物處理演變而來(lái)的一種新型廢水處理方式。與傳統(tǒng)污水處理技術(shù)相比，膜生物反應(yīng)器技術(shù)的效率更高，容易使用。該技術(shù)的主要裝置是膜生物反應(yīng)器，是生物處理技術(shù)和膜分離技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，是基于兩種技術(shù)的改進(jìn)和整合，使膜生物反應(yīng)器技術(shù)在實(shí)踐中更加有效[1]。

隨著膜分離技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，膜生物反應(yīng)器技術(shù)還包括了生物處理技術(shù)，這是一種很好的技術(shù)組合，可以有效提高廢水處理效率，顯著提高廢水向再生水的轉(zhuǎn)化率。在實(shí)踐中，通過(guò)膜生物反應(yīng)器技術(shù)與傳統(tǒng)廢水處理技術(shù)的比較，更顯示出其優(yōu)越性。分析表明，該技術(shù)包括膜分離器、曝氣系統(tǒng)和提取反應(yīng)器。最常用的是膜分離反應(yīng)器，由于其生物特性，它具有特殊的優(yōu)勢(shì)。不同類型的膜生物反應(yīng)器也被用于廢水處理，可以是單一單元，也可以是獨(dú)立單元，根據(jù)生物膜在反應(yīng)器中的位置不同而不同。

1.1 膜生物反應(yīng)技術(shù)的研究背景

目前城市的發(fā)展，仍然無(wú)法應(yīng)對(duì)現(xiàn)有水資源短缺問(wèn)題，人類對(duì)水資源的生產(chǎn)和需求將繼續(xù)增長(zhǎng)，而且使用水資源時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生大量廢水，這些廢水如果未經(jīng)處理直接排放，將影響生態(tài)環(huán)境。傳統(tǒng)的活性污泥法處理廢水，由于所需設(shè)施占地面積大，所以不能大規(guī)模使用。隨著社會(huì)的發(fā)展和廢水量的增加，傳統(tǒng)活性污泥法已不能有效處理廢水。因此，人們不得不尋找一種更有效的方法處理廢水[2]。

膜生物反應(yīng)器技術(shù)是膜分離和生物技術(shù)相結(jié)合的一種新型廢水處理方法，是用膜分離法取代了活性污泥法，利用二級(jí)澄清器改進(jìn)了傳統(tǒng)處理方法，并利用膜生物反應(yīng)器的作用分離廢水的固相和液相，通過(guò)微生物和有機(jī)物的化學(xué)反應(yīng)降低廢水中的有機(jī)物含量，并降低過(guò)濾后水的濁度，從而達(dá)到廢水處理的目的[3]。根據(jù)生物膜在反應(yīng)器中的位置，有不同類型的反應(yīng)器：第一種是單室反應(yīng)器。在安裝這種類型的反應(yīng)器時(shí)，膜組件主要位于工廠內(nèi)部，由于能耗低、表面積小，不需要安裝混合液體再循環(huán)系統(tǒng)。然而，通過(guò)膜的流速很低，容易導(dǎo)致膜的污染，而且該工藝的維護(hù)成本很高。另一種是安裝分離反應(yīng)器，即膜組件和反應(yīng)器必須分開(kāi)安裝，并且必須安裝一個(gè)混合液體再循環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)污水通過(guò)生物膜時(shí)，液體與被保留的物質(zhì)一起進(jìn)入系統(tǒng)，避免了微生物的高損耗。該技術(shù)運(yùn)行可靠，膜組件易于拆卸和清洗，但回收混合液體會(huì)損害微生物，降低其活性，對(duì)污水處理產(chǎn)生負(fù)面影響。此外，這些設(shè)備可以在復(fù)雜的膜生物反應(yīng)器中與其他技術(shù)并行使用。

2 膜生物反應(yīng)技術(shù)分析

2.1 優(yōu)勢(shì)分析

2.1.1 分離效率高

膜生物反應(yīng)器在處理污水時(shí)，不需要污泥池和過(guò)濾系統(tǒng)，因而減少了占地面積，并消除了處理過(guò)程中的污泥堆積，可以使系統(tǒng)容量得到最佳利用，因而有效提高了污水處理中的生產(chǎn)率和質(zhì)量。

2.1.2 能有效分離廢水和微生物

膜生物反應(yīng)器可以處理廢水和廢水中的活性污泥，其處理方式是將廢水隔離在膜中，使廢水只流向與進(jìn)出口相連的膜室，這就保證了生物細(xì)菌不能進(jìn)入膜內(nèi)，總是在膜外活動(dòng)，從而達(dá)到將廢水與微生物分離的目的，提高了廢水處理的質(zhì)量。

2.1.3 氧氣運(yùn)輸系統(tǒng)的性能非常穩(wěn)定

曝氣系統(tǒng)使用膜生物反應(yīng)技術(shù)，所使用的膜為一種新型的可滲透膜。這種膜的傳質(zhì)阻力小，不易受外界環(huán)境因素的影響，充分保證了膜生物反應(yīng)器中氧氣傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.1.4 可減少淤泥的形成

使用膜生物反應(yīng)器還可以提高生物反應(yīng)的效率，保證反應(yīng)器混合物中的懸浮物濃度足以提高大分子降解的效率，阻斷反應(yīng)器中的所有污泥，從而使污泥產(chǎn)量降低[4]。膜生物反應(yīng)器技術(shù)與傳統(tǒng)的廢水處理技術(shù)相比具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因此值得進(jìn)一步研究。

2.2 劣勢(shì)分析

膜生物反應(yīng)器技術(shù)有一定的壽命，它可能因廢水的濃度而變化。如果廢水中含有大量污染物，壽命就會(huì)縮短，水容量也會(huì)減少，從而影響生態(tài)廢水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，研究如何有效延長(zhǎng)膜的壽命，以及如何確保膜在結(jié)垢后能保留適量的水是很重要的。此外，在廢水處理中使用膜生物反應(yīng)器技術(shù)會(huì)引起污染物和混合固體過(guò)度吸附的問(wèn)題,難以達(dá)到滿意的治理效果。

3 膜生物反應(yīng)技術(shù)在環(huán)境工程污水處理中的應(yīng)用

3.1 動(dòng)態(tài)內(nèi)循環(huán)技術(shù)

由于膜生物反應(yīng)器技術(shù)對(duì)反應(yīng)器提出了非常高的要求，因此必須對(duì)傳統(tǒng)反應(yīng)器進(jìn)行升級(jí)。在實(shí)踐中，升級(jí)反應(yīng)器技術(shù)時(shí)必須考慮環(huán)境廢水處理的特點(diǎn)和要求，不斷改進(jìn)和完善反應(yīng)器技術(shù)，以創(chuàng)造一個(gè)動(dòng)態(tài)的在線反應(yīng)器，減少對(duì)人工操作的依賴。膜生物反應(yīng)器技術(shù)通過(guò)引入微米材料，大大降低了廢水處理成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益。通過(guò)使用動(dòng)態(tài)循環(huán)技術(shù)，可有效將活性污泥吸附原理引入污水處理過(guò)程中，并對(duì)高產(chǎn)污泥進(jìn)行反復(fù)過(guò)濾或系統(tǒng)吸附，使不同反應(yīng)物得到反復(fù)處理。目前通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)反應(yīng)技術(shù)在內(nèi)部循環(huán)中的具體應(yīng)用分析表明，部分地區(qū)的廢水處理仍采用側(cè)吹法，可能會(huì)造成不合理的泄漏或延遲等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了最終廢水處理的質(zhì)量和效率。因此，在處理廢水時(shí)，要充分了解廢水處理的具體要求和技術(shù)特點(diǎn)，加裝立式水流風(fēng)機(jī)，合理降低廢水處理中的水流量，避免反應(yīng)器因反應(yīng)速率過(guò)高而中斷流動(dòng)，這樣才能體現(xiàn)內(nèi)部動(dòng)態(tài)反應(yīng)的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值。

3.2 EGSB-MBR重組技術(shù)

增強(qiáng)型顆粒污泥床（EGSB）是第三代厭氧消化器，與上一代相比增加了污水再循環(huán)系統(tǒng)，并改進(jìn)了對(duì)消化器中有機(jī)物的吸收，使有機(jī)物和微生物之間的接觸更加均勻和密集，從而加快了生化反應(yīng)速度，大大增加了生物降解效率[5]。該技術(shù)可與膜生物反應(yīng)器技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)互補(bǔ)。例如，膜生物反應(yīng)器技術(shù)由于吸附了過(guò)多的污染物，隨著時(shí)間的推移會(huì)降低流速和水質(zhì)，而顆粒污泥反應(yīng)器技術(shù)在長(zhǎng)期使用過(guò)程中對(duì)氨氮排放和懸浮固體的凈化效果較差。使用EGSB MBR可以有效補(bǔ)充這兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，從而提高處理后水的穩(wěn)定性。

3.3 氣浮等膜生物反應(yīng)組合技術(shù)

結(jié)合膜生物反應(yīng)器技術(shù)，如氣浮技術(shù)，可以減少污水中的洗滌劑、膠體和其他污染物，有效去除污水中的不溶性膠體和物質(zhì)，減少下游生物處理步驟的負(fù)荷，進(jìn)一步減緩膜的污損。在實(shí)踐中，膜生物反應(yīng)器技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣，不僅可以單獨(dú)使用，還可以與其他技術(shù)結(jié)合使用，更好地滿足不同廢水處理過(guò)程的具體要求。

3.4 連續(xù)循環(huán)曝氣系統(tǒng)

膜生物反應(yīng)器中最重要的技術(shù)之一是連續(xù)循環(huán)曝氣系統(tǒng)（CCAS），可有效提高廢水的處理效率，解決根部污染的問(wèn)題，并減少了污垢，提高了水處理效果。CCAS使出水主要分為污泥暴露和污泥流動(dòng)。額外的污泥再循環(huán)可以有效地控制曝氣機(jī)的體積，膜組件可以直接連接到生物澄清器，以過(guò)濾和分離污水，確保污泥的分離、濃縮和處理。CCAS SBR系統(tǒng)還保留了靜態(tài)污泥和低SS的優(yōu)點(diǎn)，創(chuàng)造了厭氧區(qū)，使出水中磷的去除更加穩(wěn)定。

3.5 曝氣生物濾池技術(shù)

這項(xiàng)技術(shù)是將膜的生物活性與生物過(guò)濾結(jié)合起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)最佳的廢水處理效果。除了生物過(guò)濾層之外，生物過(guò)濾器還包括一個(gè)曝氣和配水系統(tǒng)。使用微生物膜可以去除溶解的有機(jī)物，而使用帶有單孔膜的空氣分配器可以提高系統(tǒng)的效率和安全性。

4 膜生物反應(yīng)技術(shù)在環(huán)境工程污水處理中的應(yīng)用范圍

4.1 處理工業(yè)廢水

工業(yè)生產(chǎn)和清潔過(guò)程往往需要大量的水，因此產(chǎn)生和排放的廢水量非常大。此外，由于工業(yè)的特殊性質(zhì)，廢水污染通常很嚴(yán)重，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，對(duì)人類、動(dòng)物和植物健康非常不利。工業(yè)廢水的復(fù)雜成分也使其難以處理，然而，工業(yè)生產(chǎn)往往是集群式的，一個(gè)工業(yè)基地通常只生產(chǎn)一種類型的產(chǎn)品或成分略有不同的產(chǎn)品，例如，一個(gè)生產(chǎn)電池的工業(yè)基地只生產(chǎn)與電動(dòng)自行車所需電池相關(guān)的產(chǎn)品。因此，在處理工業(yè)廢水時(shí)，必須充分了解工業(yè)場(chǎng)所的具體條件。在設(shè)計(jì)使用膜生物反應(yīng)器技術(shù)的廢水處理系統(tǒng)時(shí)，微生物的選擇必須滿足工業(yè)設(shè)施的實(shí)際廢水處理要求，以達(dá)到最佳的廢水處理效果。同時(shí)，在選擇微生物時(shí)，應(yīng)仔細(xì)分析微生物的生存條件，考慮廢水的溫度和環(huán)境，選擇適應(yīng)這些溫度條件并能正常生存的微生物。這些問(wèn)題都應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行仔細(xì)分析，主要目的是實(shí)現(xiàn)最佳的廢水處理效果，并利用膜生物反應(yīng)器技術(shù)創(chuàng)建一個(gè)合理、高效的廢水處理系統(tǒng)。

4.2 處理生活廢水

膜生物反應(yīng)器技術(shù)不僅適用于工業(yè)廢水的處理，也適用于生活廢水的處理。膜生物反應(yīng)器技術(shù)用于處理生活污水的主要優(yōu)勢(shì)在于其效率高且使用方便。然而，這種技術(shù)也有很多缺點(diǎn)，如技術(shù)結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，初始投資太高。因此，為了避免高額投資，該技術(shù)不適用于處理生活污水。但近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的經(jīng)濟(jì)和科技進(jìn)步已經(jīng)充分克服了原有膜生物反應(yīng)器技術(shù)的缺點(diǎn)，引進(jìn)該技術(shù)的成本也在逐漸降低。此外，這項(xiàng)技術(shù)還能有效提高用水效率，因此處理生活污水的優(yōu)勢(shì)也越來(lái)越明顯。該技術(shù)可以科學(xué)、高效地處理生活污水，防止其破壞生態(tài)環(huán)境，也可有效減少用水量，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)利用的目標(biāo)。

4.3 處理醫(yī)院污水

由于醫(yī)院廢水具有相對(duì)明顯的毒性和危害性，因此需要利用膜生物反應(yīng)器技術(shù)對(duì)其進(jìn)行凈化處理，以提高廢水處理的效率，降低水的毒性。在處理醫(yī)院廢水時(shí)，可以選擇主體工藝，使水在循環(huán)中的停留時(shí)間為5 h左右，廢水中的氨氮濃度和廢水中的化學(xué)需氧量分別為4 mg/L和50 mg/L。這種解決方案不僅能有效改善廢水質(zhì)量，而且非常方便用戶的使用，因此，可以達(dá)到良好的廢水處理效果。

5 膜污染防治措施

5.1 改善膜性能

在應(yīng)用膜生物反應(yīng)器技術(shù)過(guò)程中，隨著時(shí)間的推移，越來(lái)越多的污染物被吸附在膜上，如果不定期清洗，膜就會(huì)被堵塞，影響廢水處理效率。因此，選擇合適的膜非常重要，這些膜不僅要有高孔隙率和良好的親水性，還要有足夠的孔徑。在實(shí)踐中，必須要不斷改進(jìn)膜生物反應(yīng)器技術(shù)，以優(yōu)化膜的親水性，防止廢水處理過(guò)程中的進(jìn)一步污染。

5.2 改善污泥特性

在實(shí)際廢水處理中，可以通過(guò)引入預(yù)處理系統(tǒng)來(lái)防止膜的污損，從而改善污泥特性。在這一過(guò)程中，可以在污泥中添加活性炭顆粒，以改善活性污泥的過(guò)濾性能，減少污泥層的整體厚度，從而降低膜的過(guò)濾阻力。

5.3 優(yōu)化膜分離的操作條件

檢測(cè)膜污損對(duì)改善膜分離過(guò)程非常重要。在這種情況下，管道末端過(guò)濾會(huì)導(dǎo)致膜結(jié)垢問(wèn)題，因此可以采用逐步過(guò)濾的方式。通過(guò)相關(guān)人員的研究和分析可知，可以根據(jù)管端過(guò)濾、反向過(guò)濾和溢流過(guò)濾的各自優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)出一個(gè)結(jié)合管端過(guò)濾、反向過(guò)濾和溢流過(guò)濾的綜合系統(tǒng)。實(shí)際和實(shí)驗(yàn)分析表明，這個(gè)綜合系統(tǒng)是非常高效、有效和經(jīng)濟(jì)的。

5.4 根據(jù)不同膜污染選擇清洗劑

膜污染類型見(jiàn)表1。

表1 膜污染類型

5.4.1 酸性洗滌劑

酸性洗滌劑可以溶解和去除無(wú)機(jī)礦物質(zhì)和鹽類，溶解凝膠和石灰層中的銅和鎂等無(wú)機(jī)金屬離子，徹底清潔留在薄膜表面的凝膠和石灰層，恢復(fù)其滲透性。常用的酸有鹽酸、檸檬酸、草酸等。產(chǎn)生的酸溶液的pH值取決于膜材料，因此，清洗酸溶液的方法取決于沉淀物。

5.4.2 堿性清洗液

堿性清洗液可以有效去除輕度污垢，并分解凝膠層，使其從薄膜表面被去除。例如，利用物理方法清洗薄膜表面凝膠層的大顆粒等物質(zhì)效果很弱，就可以用堿性清洗液清洗被污染的薄膜，因?yàn)橛袡C(jī)物、二氧化硅和生物污染物在堿性條件下很容易被去除。

5.4.3 氧化性洗滌劑

氧化性洗滌劑如H2O，NaCIO等，具有很強(qiáng)的氧化性，現(xiàn)在經(jīng)常使用殺菌性洗滌劑，既能去除污垢又能殺死細(xì)菌。

5.5 膜組件的選擇和合理優(yōu)化

5.5.1 薄膜材料的選擇

商業(yè)薄膜材料包括硝化纖維素（NC）、醋酸纖維素（CA）、NC-CA薄膜混合物、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚丙烯氰化物（PPc）和氟化乙烯（PVF）、聚四氟乙烯（PTFE）等。薄膜材料的選擇應(yīng)基于對(duì)材料的技術(shù)分析和經(jīng)濟(jì)評(píng)估，包括材料的強(qiáng)度、耐溫性、化學(xué)穩(wěn)定性、抗污性、水性能、使用壽命、薄膜的成本等。

5.5.2 膜孔徑的選擇

在理論上，選擇孔徑較大的膜可以提高水的流速，同時(shí)保證污染物的保留。然而，實(shí)驗(yàn)表明，增加膜的孔徑會(huì)加速污損并迅速降低水的流速。總的膜顆粒尺寸（MW）必須比要釋放的污染物的尺寸小一個(gè)數(shù)量級(jí)。

5.5.3 膜表面改性

由于出水中的污染物和活性污泥是有機(jī)物，必須降低膜和原水之間界面的能量，以避免膜被侵蝕。因此，應(yīng)使用具有優(yōu)良抗淤泥性能的親水膜；此外，與溶液具有相同電荷的膜材料也會(huì)更耐堵塞。

5.5.4 膜元件的安裝

為避免膜的堵塞，應(yīng)合理安裝膜元件，膜元件與曝氣池壁的距離、膜元件與配氣管的距離、膜元件與反應(yīng)器液面的距離，氣隙壁與曝氣池底部的距離應(yīng)根據(jù)公共環(huán)境性能指標(biāo)確定，以保證一定的曝氣頂與曝氣液面、分散空氣與曝氣池底部的距離。

6 結(jié)語(yǔ)

目前，膜生物反應(yīng)器技術(shù)被認(rèn)為是最有效的廢水處理技術(shù)之一，并且受到公眾和科學(xué)界越來(lái)越多的關(guān)注。然而，膜生物反應(yīng)器技術(shù)也有一些缺點(diǎn)，因此，人們應(yīng)充分了解這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，科研人員需要對(duì)該技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究和創(chuàng)新，以有效解決該技術(shù)存在的不足，促進(jìn)技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展，使膜生物反應(yīng)器技術(shù)能夠充分發(fā)揮其潛力，在污水處理方面取得預(yù)期的效果。今后，相關(guān)科研人員將通過(guò)對(duì)膜材料的深入研究，逐步開(kāi)發(fā)出各種不易受腐蝕和污染的新型膜材料，以克服膜生物反應(yīng)器技術(shù)的缺陷。