膜分离技术在MBR出水深度处理技术中的应用

曲 磊，杨晓超

（1.天津现代职业技术学院 生物化工系，天津300350；2.西安华新能源工程有限公司，陕西 西安710054）

1 MBR技术原理

随着人们环保意识的增强和对环境质量要求的提高，传统生物处理工艺已难以满足日益严格的污水排放及回用标准，而经济的快速发展又对供水水质提出了更高要求。基于对污水处理工艺的改进，膜生物反应器（MBR）将传统生物处理单元和现代膜分离技术相结合，开创了污水处理技术的新纪元。

膜生物反应器（MBR）将生物处理工艺与膜分离工艺有机结合，由膜组件代替二沉池进行固液分离，这样不仅可以将二沉池无法截留的游离细菌和大分子有机物完全阻隔在生物反应池内，提高悬浮固体的去除效率，而且延长了硝化菌等生长缓慢的细菌在反应器中的停留时间。从而提高了硝化效率和难降解有机物的分解效率。该工艺克服了传统工艺出水水质不稳定、污泥容易膨胀等问题。MBR相对于传统方法的最大优点是可以有效地保持污泥活性，这是因为MBR对大于膜孔径的高分子微生物和絮状物颗粒等有很好的截流作用，有利于产生较高的污泥质量浓度从而加快生化反应速率。其优点主要体现在以下几个方面：较好的出水水质。可以去除包含有机物和悬浮物在内的大量杂质和病毒、细菌等，具有优良的消毒特性；污泥截留容易控制，有效达到泥水分离的要求；水力停留时间和固体停留时间分离，使运行更稳定；MBR利用紧凑的膜组件代替占地面积较大的二沉池，大大减小了构筑物的占地面积；传质效率高，氧转移效率可高达60%左右；模块化。容易升级改造，易于实现自动控制，操作管理方便等。用作污水处理的MBR工艺，是微滤（MF）或超滤（UF）膜分离技术与传统活性污泥工艺有机结合而成的新型污水处理工艺，以出水水质好、结构紧凑和产泥率低等特点在污水处理及回用中发挥着越来越重要的作用。MBR对污染物的去除率分别为COD＞90%、BOD5＞95%、SS＝100%，出水浊度小于0.2NTU，可完全满足RO或NF对进水水质的要求。

2 MBR出水回用的问题分析

但由于现有MBR中通常采用微滤或超滤膜，出水中存在的微量污染物等可能会对回用水的安全性带来一定影响，而对MBR出水进行深度处理可进一步提高其安全性，拓宽回用水的应用范围。但该法的处理出水不能够满足直接回用标准，需要针对生活杂用、市政杂用、工业冷却等不同用水途径，以城市污水及工业污水的二级处理出水为水源，以高效除磷脱氮、膜生物反应器、微滤膜、反渗透、化学絮凝、沉淀过滤、生物过滤、电聚浮等单元技术为核心，通过不同组合方式，将现有的成熟技术最大程度整合，集中突破技术整合过程中的技术难点和关键技术，研究开发或同时满足生活杂用、市政杂用、工业冷却水质要求的城市污水再生利用工艺技术及配套设备。使处理后的再生水达到市政杂用、生活杂用、园林绿化、生态景观、工业冷却、回注地下水、发电厂锅炉补给水等多种用途要求。

3 膜分离技术的应用

在废水处理中应用的膜分离过程主要有微滤、超滤、纳滤和反渗透，这些分离过程都是以压力为驱动力，废水流经膜面的时候，废水中的污染物被截留，而水透过膜，实现了对废水的处理。

膜分离技术的高效截留作用使其在污水深度处理中占据重要地位，但存在预处理要求高等缺点。膜生物反应器能截留污水中几乎全部的生物量，出水水质稳定，能够为膜分离技术的使用提供良好的水质环境。因此，膜分离技术与膜生物反应器的结合在污水处理中有着良好的发展前景。

3.1 超滤

垃圾渗沥液中长期大量存在的腐殖酸（Humic substances，HS）是导致渗沥液处理难度大、出水不易达标的一个重要原因，生物处理（如MBR）出水中有机物主要由HS组成。HS是饮用水消毒副产物的重要前体物之一，同时它也是良好的土壤保肥剂，如果能使渗沥液中HS与无机盐类、重金属有效分离，则不仅可避免HS进入地表水体，还可以将其作为液态肥料加以利用。

针对渗沥液中腐殖酸（HS）浓度高而导致膜生物反应器（MBR）出水难以达标，以渗沥液MBR出水为实验对象，采用超滤技术对其中的HS进行分离浓缩实验。结果表明：浓缩液中总有机碳（TOC）、腐殖酸（HS）浓度均随浓缩倍数升高而明显增加［1］。

3.2 纳滤处理

纳滤膜能够截留分子质量为200～2 000的有机物，并且对无机离子也有一定的截留，适合于对MBR出水的深度处理。

3.2.1 印染废水

Rozz i等［2］指出，MBR－NF组合应用时出水水质高且稳定，各项回用指标优于传统的生物处理－臭氧氧化－活性炭吸附组合工艺。

（1）采用MBR－NF工艺流程处理印染废水。在 HRT为30h、MBR进水COD、（NH3－ N）和TN 分 别 为 372～1 121，16.17～26.85，19.18～46.54mg／L的条件下，出水 COD、ρ（NH3－N）和TN分别为94，0.93，8.88mg／L，平均去除率分别为87%、95.8%和70.2%。处理效果优于一般生物处理方法，出水水质可以满足GB 4287－92《纺织染整工业水污染物排放标准》中的一级标准。

（2）MBR出水再经过NF处理，出水COD、色度、ρ（总Fe）、ρ（总 Mn）和pH 分别 为11～30mg／L、2.3～7.4倍、0.065～0.095mg／L、0mg／L 和8.06～8.21，水质可满足印染工艺回用要求［3］。

3.2.2 生活污水

MBR－纳滤组合工艺处理生活污水和超市废水，对浊度物质、有机污染物和营养物都有很高的去除效果，对二价及多价离子的去除率也很高，并可部分去除单价离子。出水水质低于城市生活饮用水标准中绝大多数常规检测项目中规定的限值，也可满足循环冷却水用再生水水质标准［4］。

3.2.3 卫生填埋场渗滤液

垃圾渗滤液不同于一般城市污水，是一种成分复杂、有机物浓度极高的废水。早期的填埋场渗沥液COD较高，可生化性较好；随着填埋龄的增加，COD将逐渐降低，氨氮则逐渐升高，可生化性变差。传统的垃圾渗沥液的处理方法一般有物化法和生物法。

阿苏卫垃圾卫生填埋场渗滤液在14年的运行过程中，水质即表现出了渗滤液典型特征。于1998年和2004年先后建成了氧化沟和碟式反渗透处理系统，基于实际运行中系统存在着操作压力大，预处理作用不明显等缺点，在2007年改扩建工程中采用了纳滤膜技术。

在阿苏卫垃圾卫生填埋场渗滤液改扩建工程中，以膜生物反应器（MBR）的出水为研究对象，考察了在一定的pH、进水流量、操作压力下纳滤膜对CODcr、NH3－N和电导率的去除情况。结果表明：在设备初期运行阶段，在pH为7、操作压力为0.5MPa时，纳滤膜对CODcr的去除率达75%；对NH3－N的去除率较低，出水的NH3－N值略低于进水；对电导率的平均去除率达55%。

3.3 反渗透（RO）

从MBR膜池排出的水经UV消毒渠后，出水直接进入RO反渗透膜系统，反渗透膜几乎能够去除水中全部溶解性物质和微生物等，产生的优质回收（纯）水可满足工业用水和饮用水源补给水的要求。将MBR膜池作为RO工艺的预处理并与之结合构成MBR－RO组合工艺，既可有效保证RO系统连续运行、控制膜污染，还可获得高质量的回收水。

3.3.1 造纸废水

针对某造纸厂生产废水SS及难降解污染物含量高的特点，采用强化物化预处理MBR－RO工艺。工程实践表明，MBR出水达到《造纸工业水污染物排放标准》（GB 3544－2001）一级排放标准，RO深度处理出水可达到该厂回用水标准［5］。

3.3.2 污水处理厂

北京北小河污水处理厂根据出水6万m3／d达到一次回用，其中1万m3／d达到高品质再生水的要求，并满足现况北小河污水处理厂占地面积要求，采用能大大节省占地且出水水质能达到一次回用要求的MBR工艺。

设计中采用了3种消毒工艺，即：紫外线先对MBR膜池出水进行整体消毒，杀灭水中病原微生物；而后，其中的5万m3／d水量经过臭氧接触池达到脱色、除味和消毒的目的，从而使出水水质在感观上得到进一步改善，另外1万m3／d的水量经过RO反渗透工艺，使水的品质进一步提高，成为高品质再生水；最后，由于紫外线和臭氧消毒均没有持续杀菌的能力，所以需要加少量氯（采用二氧化氯）消毒，以保持管网的余氯，避免管网的二次污染。

MBR－RO系统既充分发挥了MBR工艺的高效生物降解优势，又满足了RO对原水预处理的要求，为污水回收提供了一种新的选择途径［6］。

3.3.3 医院污水

Beier等利用MBR－NF／RO工艺处理医院污水［7］，结果表明RO膜的处理效果要优于NF膜，经过RO膜处理后，11种药品的出水浓度均在检测线以下；RO膜比高级氧化法的效率更高。

3.4 超滤－反渗透联合处理技术

建立了以混凝－超滤－反渗透组合工艺处理MBR出水的研究设备。研究表明，该组合工艺具有分离有机污染物和脱盐效果，对 TOC、电导率、CODMn、UV254、浊度、总碱度、总硬度的去除率分别达到93.95%、98.94%、90.69%、99.83%、93.41%、89.21%、97.94%。产水电导率≤10μS／cm，可满足部分行业的纯水使用要求。同时，在线投 加 7mg／L FeCl3和 0.35mg／L 聚 丙 烯 酰 胺（PAM）时，超滤对浊度、UV254、CODMn的去除率分别为82%、20.5%、32.2%，跨膜压差增长趋势减缓，膜污染速率降低，节约了清洗膜的药剂，延长了超滤膜使用寿命，对反渗透膜也具有保护作用［8］。

4 结语

水污染的现实和水质标准的提高，使全球水资源的供需矛盾日益尖锐化，MBR因其独特的优势在水处理领域得到推广。MBR的处理对象由污水处理扩展到给水处理，应用地域也从北美、日本过渡到其它地区。未来MBR与传统工艺的竞争能力日益增强，在当前未涉及的工业废水和饮用水预处理方面，应加快MBR的研究开发及应用推广。处理后水质可以达到自来水标准。通过膜生物反应器（MBR）技术建设小区中水回用工程以及对工业和市政污水处理装置进行技术及规模升级。膜分离技术成功应用于对MBR出水进行深度处理可提高排放水质并扩大回用范围，进而实现节约用水和保护环境的双重目的。

［1］苗豪梅，岳东北.渗沥液MBR出水分离浓缩腐殖酸的超滤实验研究［J］.环境卫生工程，2007，15（3）：37～40.

［2］Rozzi A F，Malpei，Bianchi R，et a1.Pilot－scale membrane bioreactor and reverse osmosis studies for direct reuse of secondary textile effluents［J］.Water Sci Technol，2000（4）：189～195.

［3］夏 炎，张林生.MBR－NF处理印染废水［J］.化工环保，2010，30（1）：52～55.

［4］尹 星.MBR－纳滤组合工艺在生活污水和大型超市废水处理中的研究［J］.环境工程学报，2010，4（1）：120～124.

［5］张景丽，曹占平.造纸废水处理及回用工程［J］.给水排水，2009，35（3）：69～71.

［6］沈维勇.MBR工艺在北小河污水处理厂改扩建工程中的应用［J］.市政技术，2010，28（2）：114～116.

［7］Beier S，Koster S，Velt m，et al.Treatment of hospital wastewater effluent by nanofiltration and reverse osmosis.5th IWA Conference on Membranes for Water and Waste water Treatment［C］.Beijing：IWA－MTC 2009Organising Committee，2009.

［8］夏四清，童 浩.在线混凝－超滤－反渗透组合工艺处理 MBR出水的中试研究［J］.给水排水，2008，34（12）：31～35.