三种膜生物反应器（MBR）工艺在中水回用中比较研究

卢 旷

（杭州天川环保科技有限公司浙江杭州310030）

1 概述

我国是一个水资源十分匮乏的国家，人均水资源占有量仅为世界人均占有量的25%，而且呈现出时空分布不均，开发利用难度大等特点，导致我国许多地域和城市面临着严重缺水的现状。据统计，我国三百多个大中型城市中有一百八十多个城市缺水，其中有五十多个属于严重缺水型城市，这在很大程度上制约了这些城市的经济发展和人民群众生活水平质量的提高。我国万元GDP用水量是美国的8倍、德国的11倍，是世界平均水平的5倍，而目前工业污水的再生回用率仅为6%，市政污水回用率更低。

中水又称再生水，是指污水处理后，达到一定的水质标准，满足某种使用需求可以进行再次使用的水，它是介于下水（污水）和上水（自来水）之间。中水具有很好的经济效益，一方面中水可以用于城市景观和市政园林绿化、车辆冲洗、工业冷却等各个方面，还可以大幅度减少对“上水”的消耗量，有效缓解水资源短缺问题，实现水生态的良性循环。而采用膜生物反应器（MBR）污水处理新工艺处理污水的最大优势就是经过处理后的排出水可满足城市污水再生利用水质标准，经消毒后即可作为中水进行回用。

2 膜生物反应器（MBR）简介

膜-生物反应器（Membrane Bio-Reactor,简称MBR），是以膜分离技术与生物处理技术有机结合的一种新型废水处理系统，不同于活性污泥法，它是以膜组件代替以往传统的生物处理技术末端二沉池，在生物反应器中保持高活性污泥浓度，提高生物处理有机负荷，通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量。通过膜生物反应器工艺处理的废水具有出水水质稳定、良好，工艺简单，占地面积少，模块化设计易于根据水量情况进行自由组合，自动化程度高便于管理，出水细菌、悬浮物和浊度接近于零，还可以截留粪大肠菌等生物性污染物，处理后的出水经消毒后可以直接回用。

3 膜生物反应器（MBR）工艺分类

膜生物反应器根据不同的标准，可以进行不同的分类（见表1）。根据膜组件在膜生物反应器中所起得作用不同，可将MBR分为分离膜生物反应器（BSMBR）、无泡曝气膜生物反应器（MABR）和萃取生物反应器（EMBR）三类。根据膜组件和生物反应器组合，MBR分为一体式膜生物反应器、分置式膜生物反应器和复合式膜生物反应器；根据膜组件类型的不同分为中空纤维、管式、板框式（平片式）、卷式和毛细管式；根据膜材料点的不同可以分为有机膜和无机膜；根据压力驱动形式的不同，可以分为外压式和抽吸式；根据生物反应器的不同，可以分为好氧型和厌氧型。

表1 ：MBR的分类

4 膜生物反应器（MBR）应用比较

根据膜组件与生物反应器的物理位置的不同，膜生物反应器的工艺类型可以分为一体式生物器（SMBR）、分置式生物反应器（RMBR）、复合式膜生物反应器（HMBR）。

4.1 分置式膜生物反应器（Recirculated Membrane Bio-Reactor,RMBR）

原理及应用：RMBR是将膜组件和生物反应器分开设置，其中生物反应器中的混合液经循环泵增压后打至膜组件的过滤端，在压力作用下混合液中的液体透过膜而成为系统处理水。姚宏等采取中试规模（处理水量1.5t/h）缺氧-好氧（A/O）分置式膜生物反应器来处理回用城市污水，通过实验发现，COD去除率达90%以上，NH3N去除率达95%以上，出水中的水质化学需氧量浓度小于20mg/L、氨氮的质量浓度小于1mg/L，浊度小于0.1NTU。此外，在出水水质中没有检测出悬浮物、大肠杆菌等。

优点及不足：RMBR具有运行可靠稳定，易操作管理，膜组件与生物反应器间的相互影响小，单位面积膜的水通量大以及膜易于清洗、更换和增设等优点；但不足之处在于：为了减少污染物在膜表面的沉积，一般对膜面流速要求较高，单位产水能耗就会相应的提高，此外，这种工艺中的循环泵内的高剪切力会导致生物絮体被破坏，生物活性大为降低等。

4.2 一体式膜生物反应器（Submergered Membrane Bio-Reactor,SMBR）

原理及应用：把膜组件置于生物反应器内部，通过泵的抽吸得到过滤液，膜表面清洗所需的交错流由空气搅动产生，曝气器设置在膜的正下方，混合液随气流向上流动，在膜表面产生剪切力，其中大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在负压作用下由膜过滤出水。白晓慧等选择用一体式膜生物反应器工艺对生产医药过程中的体酰氯废水进行处理实验后发现，原水COD为7000-51550mg/L，PH值为4-13时，厌氧池去除率在50%左右，采取一体式膜生物反应器工艺处理中，膜生物反应器处理效率在80%以上，COD去除率最高达96%，出水水质的各项指标均达到排放标准。

优点及不足：采取一体式膜生物反应器，由于膜组件直接放在生物反应器内，大大减少了占地面积，整体性强；膜表面的错流是靠空气搅动产生，不需要大功率的循环泵，运行动力费用大为降低；不足：一体式膜生物反应器具有与生俱来的缺点，比如氧利用率低、膜污染严重、需要定期清洗等问题。此外，还存在出水不连续，单为膜面积的水通量较低，一般仅为5-10L/m2·h。

4.3 复合式膜生物反应器（Hybrid MembraneBio-Reactor,HMBR）

原理及应用：复合式膜生物反应器实际上也是属于一体式膜生物反应器，所不同的是在生物反应器内加装填料，形成微生物降解与膜的截留作用结合而形成复合式处理系统，这种处理工艺改变了反应器的某些性状，提高生物反应器中的污泥浓度，以此来实现提升污水处理效率，在维持膜通量的基础上可以延缓膜污染量。杨孟通过采用复合式膜生物反应器去处理校园生活污水后得出：对氮的平均去除率达98%，出水氨氮浓度平均为0.40mg/L；对TN的平均去除率为21%；对COD、TOC、色度的平均去除率分别为90%、98%、98%，出水中的SS以及浊度几乎为零。

综上，由于膜生物反应器的工艺类型不同而导致其对于软件硬件设施的要求差别较大，工艺特点和优缺点也不尽相同（见表2）。

表2 ：膜生物反应器优点与不足

5 结论

总之，由于膜生物反应器（MBR）在污水处理中具有流程简便、出水水质好、耐冲击负荷、剩余污泥少、占地面积少、易于管理等特点。但由于不同的膜生物反应器有着各自不同的工艺特点，企业在选择工艺时可以根据自身的物力、实际情况合理做出选择。未来，对于那些居民点、旅游度假区等无排水管网系统的小区，现有城市污水处理厂的更新升级，洗车业、流动厕所等有污水回用需求的地区和场所，以及酒精、皮革等高浓度、有毒、难降解的工业废水处理等领域，膜生物反应器（MBR）有着广阔的应用前景和巨大市场潜力。

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