1 關(guān)于MBR
膜生物反應(yīng)器(membrane bioreactor, MBR)集生物反應(yīng)器的生物降解和膜的高效分離于一體，是膜技術(shù)和污水生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合產(chǎn)生的新型高效污水生物處理工藝。其工作原理是利用反應(yīng)器的好氧微生物降解污水中的有機(jī)污染物，同時(shí)利用反應(yīng)器內(nèi)的硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化污水中的氨氮。最后，通過(guò)中空纖維膜進(jìn)行高效的固液分離出水。
MBR利用膜分離裝置將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)物有效截留，替代傳統(tǒng)活性污泥工藝中的二沉池，使生化反應(yīng)池中的活性污泥濃度(生物量)大大提高;實(shí)現(xiàn)水力停留時(shí)間(HRT)和污泥停留時(shí)間(SRT)的分別控制，將難降解的大分子有機(jī)物截留在反應(yīng)池中不斷反應(yīng)、降解。系統(tǒng)內(nèi)活性污泥濃度(MLSS)可提升至10 000 mg/L，污泥齡可延長(zhǎng)30 d以上。該工藝不僅有效地達(dá)到了泥水分離的目的,而且基本解決了傳統(tǒng)的活性污泥法存在的污泥膨脹、污泥濃度低等因素造成的出水水質(zhì)達(dá)不到中水回用要求的問(wèn)題。
2 MBR技術(shù)形成的歷史沿革及其功能分類
在發(fā)展過(guò)程中，diyi代MBR為分置式流程(20世紀(jì)60~80年代)。diyi代MBR使用板式超濾膜(聚丙烯晴)和管式超濾膜(有機(jī)及無(wú)機(jī))，由于膜成本高，運(yùn)行費(fèi)用大且應(yīng)用受到限制。
第二代MBR為采用一體化浸沒(méi)式流程(20世紀(jì)80年代末以后)。浸沒(méi)式MBR的特點(diǎn)是：浸沒(méi)放置，低壓(抽吸或重力)出水，氣液兩相流擾動(dòng)，間歇運(yùn)行，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，運(yùn)行能耗低。浸沒(méi)MBR的型式包括內(nèi)浸沒(méi)(與好氧反應(yīng)器一體)和外浸沒(méi)(與好氧反應(yīng)器分置)。
MBR的基本結(jié)構(gòu)包括四個(gè)環(huán)節(jié)，即進(jìn)水系統(tǒng)、生物反應(yīng)池、膜組件、自控系統(tǒng)。由于各個(gè)環(huán)節(jié)的多樣性，MBR有著不同的分類。從整體上來(lái)講，膜生物反應(yīng)器分類有以下幾種。
膜分離生物反應(yīng)器，用于污水處理中的固液分離。
膜曝氣生物反應(yīng)器，膜被用于氣體質(zhì)量傳遞，通常是為好氧工藝供氧，可以實(shí)現(xiàn)生物反應(yīng)器的無(wú)泡曝氣，大大提高反應(yīng)器的傳氧效率。
萃取膜生物反應(yīng)器，用于工業(yè)中優(yōu)先污染物的處理，選擇性透過(guò)膜被用于萃取特定的污染物。
按照膜組件的放置方式可分為分體式和一體式膜生物反應(yīng)器。
分體式膜生物反應(yīng)器把生物反應(yīng)器與膜組件分開(kāi)放置，膜生物反應(yīng)器的混合液經(jīng)增壓后進(jìn)入膜組件，在壓力作用下混合液中的液體透過(guò)膜得到系統(tǒng)出水，活性污泥則被截留，并隨濃縮液回流到生物反應(yīng)器內(nèi)。
一體式系統(tǒng)則直接將膜組件置于反應(yīng)器內(nèi)，通過(guò)抽吸得到過(guò)濾液，膜表面清洗所需的錯(cuò)流由空氣攪動(dòng)產(chǎn)生，設(shè)置在膜的正下方，混合液隨氣流向上流動(dòng)，在膜表面產(chǎn)生剪切力，以減少膜的污染。一體式膜生物反應(yīng)器工藝是污水生物處理技術(shù)與膜分離技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。
3 目前MBR的利好亮點(diǎn)
MBR由于采用了膜分離技術(shù)與生物反應(yīng)器相結(jié)合的方式，有機(jī)物的最終去除仍然是微生物細(xì)胞的新陳代謝作用，只是膜高效的固液分離作用強(qiáng)化了這種生物處理作用，因此MBR具有許多其他生物處理工藝無(wú)法bini的明顯優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：
(1) 能夠高效地進(jìn)行固液分離，分離效果遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的沉淀池，出水水質(zhì)良好，出水懸浮物和濁度接近于零，可以直接回用，實(shí)現(xiàn)了污水資源化。
(2) 膜的高效截留作用，使微生物*截留在反應(yīng)器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器HRT和污泥齡的*分離，使得運(yùn)行更加靈活穩(wěn)定。
(3) 反應(yīng)器內(nèi)的微生物濃度高，耐沖擊負(fù)荷。
(4) 膜生物反應(yīng)器有利于增殖緩慢的微生物的截留、生長(zhǎng)和繁殖，使硝化效率得以提高。通過(guò)運(yùn)行方式的改變也可以具有脫氮和除磷的功能。
(5) 污泥齡可隨意控制。膜分離使污水中的大分子難降解成分，在體積有限的生物反應(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，大大提高了難降解有機(jī)物的降解效果。反應(yīng)器在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷、長(zhǎng)泥齡的條件下運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)基本無(wú)剩余污泥的排放。
6) 系統(tǒng)由可編程序控制器(PLC)控制，可以實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化控制。
4 MBR的應(yīng)用范圍
4.1 在好氧工藝方面
在生活污水方面，主要涉及城市污水、樓宇污水、公廁污水、污水廠升級(jí)改造以及其他有回用要求的污水處理場(chǎng)合。有關(guān)MBR對(duì)生活污水的處理特性一直是研究的重點(diǎn)，其工藝形式多采用好氧MBR。在歐美日等國(guó)，其研究的目的在于一方面改造污水處理廠，使其達(dá)到深度處理的要求;另一方面，用于廢水處理使其達(dá)到回用的目的。目前在北美，MBR處理生活污水的應(yīng)用主要是流量在10~200 m3/d的小型處理裝置。
MBR作為一種強(qiáng)化的生物處理工藝，在工業(yè)廢水的處理中主要包括制藥廢水、化工廢水、食品污水等高濃度、難降解有機(jī)廢水的處理。目前好氧MBR工藝已經(jīng)成功應(yīng)用于下列行業(yè)的工業(yè)污水處理：包括醫(yī)藥、紡織、化妝品、食品、造紙與紙漿、飲料、煉油工業(yè)與化工廠，在歐洲垃圾填埋場(chǎng)滲濾液的好氧MBR處理廠也正在興建。
4.2 在厭氧工藝方面
厭氧生物法以其能耗低、可回收利用沼氣能源、負(fù)荷高、產(chǎn)泥少等諸多優(yōu)點(diǎn)成為了處理高濃度有機(jī)廢水的shouxuan方法。但由于厭氧微生物的生長(zhǎng)速率比好氧微生物的生長(zhǎng)速率小得多，污泥流失對(duì)厭氧生物法造成的不利影響遠(yuǎn)大于對(duì)好氧生物法的影響，因此如何減少污泥流失就成為了厭氧生物法所必須面臨的一個(gè)重要問(wèn)題，同時(shí)也是新型厭氧生物反應(yīng)器開(kāi)發(fā)的一個(gè)主要出發(fā)點(diǎn)。
將膜分離與厭氧生物處理相結(jié)合組成的厭氧膜生物法，一方面可以*避免厭氧污泥的流失，使反應(yīng)器內(nèi)有充足的厭氧微生物，保證處理效果的穩(wěn)定性;另一方面膜自身良好的截留作用還可以進(jìn)一步改善厭氧出水的水質(zhì)，提高處理效果。除此之外，膜分離作用還體現(xiàn)在對(duì)厭氧反應(yīng)器的構(gòu)造和處理效果有特殊的強(qiáng)化作用。而對(duì)于兩相厭氧MBR，膜分離作用可以使產(chǎn)酸反應(yīng)器中的產(chǎn)酸細(xì)菌濃度增加，提高水解發(fā)酵的能力，同時(shí)膜將大分子有機(jī)物截留在產(chǎn)酸反應(yīng)器中使之水解發(fā)酵，因此可以使系統(tǒng)保持較高的酸化率。
4.3在有機(jī)廢水處理脫氮方面
由于膜可以有效截留細(xì)菌，避免污泥的流失，因此可以使生長(zhǎng)緩慢的硝化細(xì)菌在最短的時(shí)間里獲得zuida的增殖，并且維持較高的濃度，為氨氮的順利硝化提供必要的保證。另外，MBR中過(guò)高的污泥濃度易于使污泥絮體形成表面好氧、內(nèi)部缺氧的狀態(tài)，可以在同一反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)硝化和反硝化。
有關(guān)MBR脫氮，目前多數(shù)是建立在傳統(tǒng)的硝化和反硝化機(jī)理上的兩級(jí)或單級(jí)脫氮工藝，但也有一些新的脫氮理念融入到MBR系統(tǒng)中。建立在傳統(tǒng)硝化和反硝化的兩級(jí)MBR脫氮工藝對(duì)TN的去除率多數(shù)為60%~80%。間歇曝氣MBR脫氮工藝對(duì)TN的去除率大于80%，說(shuō)明改進(jìn)型脫氮工藝的效果更好。某些單一的好氧硝化過(guò)程同時(shí)可實(shí)現(xiàn)反硝化作用，對(duì)TN的去除率為46%~60%，說(shuō)明MBR工藝具有一定程度同時(shí)硝化反硝化作用。各種處理系統(tǒng)中氮的負(fù)荷都比較低。
5 MBR的發(fā)展新趨勢(shì)
從MBR日益廣泛的應(yīng)用狀況來(lái)看，今后MBR的發(fā)展新趨勢(shì)主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。
⑴進(jìn)行新型膜組件集裝式、密集式模塊化的優(yōu)化設(shè)計(jì);
⑵研究新的制膜方法，研制性能*的膜材料;
⑶研制新型的MBR，并找到適宜MBR能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的工藝條件。
隨著膜技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化及膜在各行各業(yè)應(yīng)用的擴(kuò)大，今后MBR應(yīng)用可能獲得迅速發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域和方向如下幾個(gè)方面。
⑴應(yīng)用于高濃度、有毒、難降解工業(yè)污水的處理。如高濃度有機(jī)廢水是一種較普遍的污染源，全國(guó)造紙、制糖、酒精、皮革、合成脂肪酸等行業(yè)每年高濃度有機(jī)污水的排放量很大，這類污水采用常規(guī)活性污泥法處理盡管有一定作用，但是出水水質(zhì)難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。而MBR在技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，決定了它可以對(duì)常規(guī)方法難以處理的污水進(jìn)行有效的處理，并且出水可以回用。
⑵更新升級(jí)現(xiàn)有的城市污水處理廠，特別要針對(duì)出水難以達(dá)標(biāo)或處理流量劇增而占地面積無(wú)法擴(kuò)大的情況。
⑶應(yīng)用于有污水回用需求的地區(qū)和場(chǎng)所，如洗車業(yè)、賓館、流動(dòng)公廁等充分發(fā)揮膜生物反應(yīng)器占地面積小、設(shè)備緊湊、自動(dòng)控制、靈活方便的特點(diǎn)。
⑷應(yīng)用于垃圾填埋滲濾液的處理及回用。
⑸應(yīng)用于在小規(guī)模的污水處理廠的應(yīng)用，這由膜的價(jià)格所決定。
⑹應(yīng)用于無(wú)排水管網(wǎng)系統(tǒng)的地區(qū)，如小居民點(diǎn)、度假區(qū)、旅游風(fēng)景區(qū)等。
(7) 應(yīng)用于現(xiàn)有自來(lái)水廠飲用水水源中微量污染物去除的應(yīng)用。
總而言之，MBR原理大大提升了傳統(tǒng)活性污泥處理工藝的功能，在水處理多個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用同樣也受到了廣泛的關(guān)注。在21世紀(jì)的創(chuàng)新要求時(shí)代，被譽(yù)為quanqiu范圍內(nèi)zuiyou發(fā)展前途的水處理新技術(shù)之一，當(dāng)之無(wú)愧。
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