膜生物反应器（ＭＢＲ）在工程应用中亟待解决的问题

付卫东

摘要：固液膜分离生物反应器是利用超滤膜以及微滤膜单元取代传统污水处理工艺中的二沉池来水处理工艺。文章以提高难降解有机污染物的去除率、降低处理能耗、减少占地面积为主要目的，对实验室研究以及工程应用过程中所发现的问题作了必要的探讨和研究。

关键词：膜生物反应器；固液分离；污水处理；工艺配置

中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）16-0033-02

在超滤和微滤取得了市场应用之后，Dorr-Oliiver公司于20世纪70年代末推出了膜生物反应器。截至目前，在已派生出的三大类的MBR中亲气膜无气泡曝气生物反应器和萃取膜生物反应器还处在试验室研究阶段。而固-液膜分离生物反应器在很多国家都有了许多应用实例，在城市污水和某些工业废水的处理领域显示出取代普通活性污泥处理工艺的强劲势头。但是活性污泥法已经有了100多年发展历史，无论在设计理论还是运行维护方面都已经建立了一套完整的理论体系。另外，利用膜材料截留的功能来实现固液分离是活性污泥法发展历程中最革命性的一次革新。所以在成为一项成熟的水处理技术之前还有很多问题亟待解决。

一、固液膜分离生物反应器及特点

固液膜分离生物反应器是利用超滤膜以及微滤膜单元取代传统污水处理工艺中的二沉池来实现生物量分离的一种污水处理工艺，一般而言，固液膜分离生物反应器按照膜组件的布置形式可分为两类，既淹没式固液膜分离生物反应器和内循环式固液膜分离生物反应器。在内循环式固液膜分离生物反应器中，回流泵提供混合液循环动力，在膜分离单元中生物量（污泥）和水在有压的情况下被分开。而在淹没式固液膜分离生物反应器中膜组件直接浸入到生物反应器当中，借助真空吸力作用将污泥和水分开。为了保证出水水质，在活性污泥法污水处理工艺中污泥浓度要控制在6g/l以下，否则出水水质会受到严重的影响。而在MBR处理工艺中分离过程是以截留的形式实现的，即便在很高的污泥浓度条件下也不会影响到出水水质。近年来随着反冲洗技术和化学清洗技术的应用，使得膜通量在很长时间内保持稳定，同时也提高了MBR系统的自动化程度。因此大大地降低了日常维护的劳动强度。

值得注意的是，在MBR系统中污泥的分离过程是靠膜材料截留来实现的。因此也就不能够用SVI值作为设计的主要依据。因此适用于普通活性污泥法的设计理论体系就不能应用到MBR系统的设计当中去。截至目前，有关MBR处理工艺的系统的设计方法尚没有公开的文字报道。

二、MBR处理工艺在设计和运行过程中存在的问题

（一）工艺设计

在常规的水处理工艺中，废水中的污染物约有2/3被转化为新生的生物量（污泥）。因为这些新生的生物量也是一种潜在的污染源，所以在传统的水处理工艺中污泥的分离过程与降解过程具有同样重要的地位。

在传统的处理工艺中，污泥分离是以重力分离形式来实现的，因此反应器混合液污泥容积指数（SVI）在设计和运行控制过程中占有很重要的地位。

（二）MBR系统的工艺配置

MBR系统可以省去活性污泥法中的初沉池。但是，进入到MBR反应器的固体颗粒会聚集在膜纤维之间。过量的积累将导致断丝的情况发生使整个系统的正常运行受到影响。因为目前膜组件的造价占整个工程投资的比例较大，所以在MBR系统的设计过程中应该对预处理单元进行合理的配置。

此外，MBR处理工艺中污泥停留时间较长，随着运行时间延长污泥活性下降明显。污泥中的非活性物质在反应器中的积累不但对微生物的活性产生抑制使污泥老化，而且这些非活性物质还会在膜表面沉积导致膜通量降低，给反应器的稳定运行带来麻烦。另外，从固液分离的角度而言膜单元可以取代二沉池，但是它却很难实现剩余污泥分离这一功能。在传统活性污泥法中二沉池污泥含水率在99.8%（相当于20g/l），曝气池混合液污泥浓度在2500～4500mg/l之间。而MBR混合液的污泥浓度在6000～12000mg/l之间。另外，MBR混合液的沉降性能远不如活性污泥法中曝气池混合液的沉降性能好。目前，尚无一种现成的适合于处理MBR剩余污泥的方法。

（三）磷的去除

在MBR系统中污泥的分离过程是靠膜材料截留来实现的，因此MBR工艺与活性污泥法有很大的不同。其一是在传统活性污泥法中污泥的回流量通常为进水流量的0.5～1.5倍，而在MBR处理工艺中为了保证膜材料的分离性能回流量通常是进水流量的2～4倍。其二是在传统活性污泥法中回流污泥的溶解氧浓度很低，而在MBR处理工艺中回流混合液的溶解氧浓度在2～4mg/l之间。

MBR系统可以很方便的提高系统的污泥龄同时还可以为前置反硝化提供兼氧的环境，所以MBR系统具有很好的脱氮效果，而在MBR除磷的过程中则必须要合理的配置厌氧、兼氧和好氧过程或者采用化学处理的方式。

生物除磷是通过厌氧放磷、好氧过量吸磷以及含有磷元素的剩余污泥排除这样几个过程来实现的。在MBR系统中回流的是反应器混合液而不是像活性污泥法那样回流的是二沉池沉淀污泥。由于混合液溶解氧浓度较高采用一般布置形式的MBR处理工艺中厌氧放磷效果不理想。因此为了取得理想的除磷效果就要借助于化学除磷方式。

化学除磷是依靠投加化学药剂（铁盐、铝盐、石灰等）与混合液中的磷酸盐形成难溶性的沉淀类物质并以剩余污泥的形式排出系统。值得注意的是，在采用化学除磷的MBR处理系统中必须注意化学药剂的投放点以避免所生成的难溶盐在膜材料表面的沉积。

在MBR反应器中为了保证膜材料的通量就应该避免磷的难溶盐的生成以及沉淀过程和膜分离过程在同一个空间内进行。因此采用化学除磷就要对反应器进行合理、科学的布置。

三、结论

采用膜材料截流的方式取代以往活性污泥法中依靠重力沉降来实现生物量的分离是活性污泥发展历程中一次重要的技术革新。因此，MBR处理工艺和以往的活性污泥法处理工艺在工艺配置、设计方法、运行和维护方面都有了很大的不同。目前，MBR处理工艺在很多领域已经有了应用的实例。但是这项技术在逐渐成熟并取广泛应用的过程中还需要在以下几个方面进行深入的研究和开发：建立一整套科学、合理的设计理论；开发出配套处理单元，为MBR处理工艺的优化配置创造条件；找到更合适的营养盐去除方法，尤其是磷的去除。

参考文献

[1]C.P.Leslie Gerady，Jr．废水生物处理[M]．北京：化学工业出版社，2003.

[2]张自杰．排水工程[M]．北京：中国建筑工业出版社，2003．