膜生物反应器在废水处理中的研究及应用

(呼和浩特职业学院，内蒙古 呼和浩特 010051)
摘 要：文章根据国内外的研究及应用现状介绍了膜生物反应器的组成、特点以及在废水处理中的应用，并对其在废水处理与回用中的应用前景进行了展望。
关键词：膜生物反应器（MBR）；膜组件；废水
中图分类号：X703.1  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2008)08—0082—02

随着现代化工业的迅猛发展和城市化进程的不断加快，城市用水量和废水量不断增加，造成城市水源水量日益不足，水环境日趋恶化，水资源危机日渐严峻。用传统方法解决水污染已不能适应飞速发展的新形势，而膜生物反应器(Membrane Bioreactor，简写为MBR)就是在这种需求动力下的产物〔1，2，3〕，它融生物反应器的生物降解和膜的高效分离于一体，具有传统生化处理技术无法比拟的独到优势，为解决城市的废水处理和用水危机指明了方向。
1 膜生物反应器的组成和分类

MBR由生物反应器和膜分离组件构成。根据膜组件设置的位置不同，MBR可分为分置式和一体式2种。图1(a)为分置式MBR，采用错流式膜组件，即过滤液体平行于膜表面与滤液交错流动，产生的剪切力或湍流减轻了悬浮物在膜表面的沉积。该反应器运行稳定可靠，操作管理简单，但污泥回流动力消耗较大，回流泵的剪切作用会对微生物的活性产生一定影响。图1(b)为一体式MBR，也称浸没式MBR，膜组件置于生物反应器内，滤液由泵吸出，设在膜组件下方的曝气装置除具有充氧功能外，造成的强烈搅拌作用减轻了混合液中悬浮物在膜表面的吸着。与分置式MBR相比，一体式MBR能耗小，结构紧凑，体积小。

MBR所用的膜及膜组件种类较多。根据膜孔孔径不同，膜可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，其中以微滤膜、超滤膜应用较多。根据制膜材料不同，分为有机膜和无机膜，有机膜有聚烯烃类膜、纤维素衍生类膜、聚酯类膜、聚砜类膜等，无机膜常见的为陶瓷膜。根据膜组件形式不同，膜组件可分为平板式、管式、螺旋式、中空纤维式等。

2 MBR净化机理

MBR对污染物的净化去除作用主要表现为:
2.1 由于膜对混合液的高效分离，活性污泥几乎没有流失，使得污泥浓度(MLSS)能维持在很高的水平，可达10～20g/L(好氧型)，比传统的活性污泥法高出近10倍，从而增强微生物的降解作用。
2.2 由于污泥泥龄长，有利于硝化菌和反硝化菌的生长，对NH₃-N的去除效果非常好，多数情况下，出水中NH₃-N低于lmg/L，对TN的去除效率多数在60%～80%之间。
2.3 由于膜对有机大分子物质的截留作用，使得溶解性物质被截留在生物反应器内，获得比传统活性污泥法

更多与微生物接触反应的时间，并有助于某些专性微生物的培养，提高有机物的去除率。
2.4 污水过滤过程中，由于在膜面形成了生物膜沉积层，使得膜孔径变小，从而实现了对致病微生物(细菌、

病毒等)的去除，出水可直接达到致病菌和病毒的排放要求。
3 膜生物反应器在废水处理中的研究及应用

20世纪90年代以来，随着MBR技术的进一步发展，MBR的处理对象不断拓宽，除中水回用、粪便污水处理以外，MBR在工业废水处理、城市污水处理和难降解有机废水处理中的应用也得到了广泛关注。
3.1 粪便污水的处理

粪便污水中有机物含量很高，利用传统的反硝化处理方法要求有很高的污泥浓度，但是在固液分离时极其不稳定，因而影响了三级处理效果。而MBR的出现就很好地解决了这一问题，并且使粪便污水不经稀释而直接处理成为可能。
3.2 工业废水处理

近年来，人们利用MBR处理食品工业废水、水产加工废水、养殖废水、化妆品生产废水、染料废水、石油化工废水，均获得了良好的处理效果。

吴志超等〔4〕采用分置式好氧MBR研究了对巴西基酸生产废水的处理效果，结果表明:MBR具有产泥量少、污泥活性好、能有效提高有机物的去除效率等优点。
3.3 饮用水生产

随着氮肥与杀虫剂在农业中的广泛应用，饮用水也不同程度受到污染。Lyonnaisedes Eaux公司在90年代中期开发出同时具有生物脱氮、吸附杀虫剂、去除浊度功能的MBR工艺，1995年该公司在法国的Douchy建成了日产饮用水400m³的工厂，出水中氮浓度低于0.1 mgNO₂/L，杀虫剂浓度低于0.02μg/L。
3.4 城市生活污水处理

1967年第一个采用MBR工艺的废水处理厂由美国的Dorro-liver公司建成，这个处理厂处理14m³/d废水。1980年，日本建成了两座处理能力分别为10m³/d和50m³/d的MBR处理厂。

付婉霞等〔5〕采用一体式MBR处理高校学生宿舍盥洗废水，试验证明，无论进水水质如何变化，均能得到优质而稳定的膜过滤水，符合生活用水水质标准。
3.5 城市污水回用

1977年，一套MBR污水回用系统在日本的一幢高层建筑中得到实际应用，90年代中期，日本就有39座这样的厂在运行，最大处理能力可达500m³/d，并且有100多处的高楼采用MBR将污水处理后回用于中水道。鲍建国等〔6〕用一体式MBR处理港口污水，系统稳定后出水ρ(CODCr)＜40mg/L，ρ(NH₃-N)＜5mg/L，ρ(油)＜5mg/L，出水中SS和大肠杆菌均未检测到，且无臭，无不快感，处理后的出水水质达到中水回用水质标准，可直接回用于港口绿化、冲洗车辆及洒水降尘。
3.6 难降解有机废水处理

近年来MBR的研究已经从生活污水扩展到一些难降解废水，MBR对难降解废水表现出很强的处理能力。韩怀芬等〔7〕采用管式MBR处理造纸废液，原水CODCr质量浓度为900～1 300mg/L，通过混凝沉淀后进入反应器，出水可达一级排放标准。刘超翔等〔8〕采用规模为10m3/d左右的一体式MBR对毛纺厂印染废水的处理进行了中试研究，实验结果表明:用此装置处理印染废水，出水水质稳定良好，明显优于该毛纺厂现有接触氧化处理工艺出水。
4 膜生物反应器的发展前景

随着水污染状况的日益严重，尤其我国水资源供求矛盾的日益突出，全国131条流经城市的河流中有近一半受到中度以上的污染，已检测出数以百计的有机化合物，开展污水处理与回用技术研究势在必行。而膜生物反应器作为一种水处理与回用新技术，以它独有的优点越来越受到人们的重视。

但是，膜生物反应器工艺的庞大的处理费用制约该工艺的向前发展。膜生物反应器工艺的处理费用主要在于膜的成本较高和由于气水比较高造成的电费较高，膜的性能和价格是制约膜生物反应器发展的一个重要因素。相信在不久的将来，随着膜材料和膜制造技术的发展，将会研制出抗污染性强、通量大、价格低的膜材料，使膜生物废水处理技术得到广泛应用。同时，膜生物反应器更广泛的应用也会为我们国家的废水处理指明方向，解决水资源短缺的难题。
［参考文献］
［1］ 黄霞.膜生物反应器废水处理工艺的研究进展［J］.环境科学研究，1998，11(1)：40～44.
［2］ 邹联沛，王宝贞，等.膜生物反应器中膜的堵塞与清洗机理研究［J］.给水排水，2000，26(9)：73～75.
［3］ 张军，王宝贞，等.复合淹没式中空纤维膜生物反应器处理生活污水的特性研究［J］.1999，15(9)：131.
［4］ 吴志超，王士芬，高廷耀.巴西基酸生产废水膜生物工艺处理试验研究［J］.中国环境科学，1999，19(2):165～168.
［5］ 付婉霞，李蕾.膜生物反应器处理盥洗废水运行参数的选择［J］.北京建筑工程学院学报，2002，18(2):22～25.
［6］ 鲍建国，卢学实.一体式膜生物反应器处理港口污水及回用［J］.中国给水排水，2002，18(9):37～38.
［7］ 韩怀芬，金漫彤，黄玉柱，等.膜生物反应器处理难降解有机废水研究［J］.中国给水排水，2002，18(3):40～43.
［8］ 刘超翔，黄霞，文湘华，等.一体式膜生物反应器处理毛染废水的中试研究［J］.给水排水，2002，28(2):56～59.

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