MBR 工艺的概述及应用

2014-07-20钟小凤

资源节约与环保 2014年5期

钟小凤

（广州市尚善环保技术有限公司广东广州 510800）

1 MBR概述

MBR为膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor）的简称,是一种将膜分离技术与生物技术有机结合的新型水处理技术，它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物截留住，省掉二沉池。膜-生物反应器工艺通过膜的分离技术大大强化了生物反应器的功能，使活性污泥浓度大大提高，其水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）可以分别控制。

与传统废水生物处理工艺相比，MBR工艺具有处理效率高、出水水质好、占地面积小 (只相当于传统处理工艺占地的1/8～1/5)、耐冲击负荷、操作管理简单、易于实现自动控制、污泥停留时间与水力停留时间分离等优点[1]。

目前，各国水处理工作者对膜技术在污水处理中的应用进行了广泛和深入地研究，MBR已广泛用于生活污水、一般有机工业废水、垃圾渗滤液处理等。

2 MBR的分类及组成

2.1 MBR的分类

根据膜组件和生物反应器的相对位置，膜-分离生物反应器可以分为分置式膜生物反应器、一体式膜生物反应器和复合式膜生物反应器[2]。

分置式膜生物反应器分置式膜生物反应器是指膜组件与生物反应器分开设置，相对独立，膜组件与生物反应器通过泵与管路相连接。分置式膜生物反应器的工艺流程如图1所示。该工艺膜组件和生物反应器各自分开，独立运行，因而相互干扰较小，易于调节控制，而且，膜组件置于生物反应器之外，更易于清洗更换。但其动力消耗较大，加压泵提供较高的压力，造成膜表面高速错流，延缓膜污染，这是其动力费用大的原因，每吨出水的能耗为2～10kW·h，约是传统活性污泥法能耗的10～20倍，因此能耗较低的一体式膜生物反应器的研究逐渐得到了人们的重视。

图1 分置式膜生物反应器工艺流程图

一体式膜生物反应器为解决分离式MBR能耗高，人们研发了第二代，即一体式MBR。一体式膜生物反应器是将膜组件直接安置在生物反应器内部，有时又称为淹没式膜生物反应器（SMBR），依靠重力或水泵抽吸产生的负压或真空泵作为出水动力。一体式膜生物反应器工艺流程如图2所示。该工艺由于膜组件置于生物反应器之中，减少了处理系统的占地面积，而且该工艺用抽吸泵或真空泵抽吸出水，动力消耗费用远远低于分置式膜生物反应器，每吨出水的动力消耗约是分置式的1/10。如果采用重力出水，则可完全节省这部分费用。但由于膜组件浸没在生物反应器的混合液中，污染较快，而且清洗起来较为麻烦，需要将膜组件从反应器中取出。

图2 一体式膜生物反应器工艺流程图

复合式膜生物反应器复合式膜生物反应器也是将膜组件置于生物反应器之中，通过重力或负压出水，但生物反应器的型式不同。复合式MBR，是在生物反应器中安装填料，形成复合式处理系统，其工艺流程如图3所示。在复合式膜生物反应器中安装填料的目的有两个：一是提高处理系统的抗冲击负荷，保证系统的处理效果；二是降低反应器中悬浮性活性污泥浓度，减小膜污染的程度，保证较高的膜通量。

图3 复合式膜生物反应器工艺流程图

2.2 MBR工艺用膜及膜组件

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[3]。

这些膜的孔径一般介于0.02-0.5μm之间，因此，只要是粒径比膜孔径大的物质都可以被截留，去除的物质主要包括胶体、无机离子和小粒径的有机微污染物例如腐殖酸等[4]。

目前用的较多的是高分子有机膜材料，因为它的成本较低，造价便宜，膜的制造工艺较为成熟，膜孔径和形式也较为多样。但它的缺点也比较明显，运行过程易污染、强度低、使用寿命短。无机膜虽然有着耐酸、抗压、抗温、通量高、能耗相对较低等优点，但由于造价昂贵、不耐碱、弹性小、膜的加工制备有一定困难等缺点，导致应用受到限制。

3 MBR运行的影响因素

3.1 有机负荷

研究表明：好氧MBR出水受容积负荷与水力停留时间（HRT）的影响较小，而厌氧MBR出水受冲击负荷与HRT的影响较大[5]。

曾萍,吴志超等[6]采用好氧膜生物反应器处理不同高浓度氨氮的有机废水，尽管有机负荷从0.085Kg/Kg·d提高到0.43Kg/Kg·d，负荷增加到原来的5倍，其MBR段的COD去除率基本相当。

何义亮[7]用厌氧MBR处理高浓度食品废水时发现：当COD容积负荷从 2kg/(m2·d)升高到 4.5 kg/(m2·d)，COD去除率从 90%下降到70%。

在好氧MBR中,污泥浓度随容积负荷的增加迅速升高,有机物去除速率加快,污泥负荷基本保持不变,从而抑制出水水质的恶化；而在厌氧MBR中,污泥浓度升高缓慢,因此厌氧MBR出水水质易受容积负荷的影响[5]。

3.2 污泥浓度

污泥浓度是MBR系统的重要参数，不仅影响有机物的去除能力，还对膜通量产生影响。许多研究都表明污泥浓度与溶解性微生物产物是影响膜通量的重要参数。在一定条件下污泥浓度越高，膜通量越低。

金波等[8]采用MBR工艺对粮油加工废水进行处理，研究发现，在膜面流速固定的情况下，污泥浓度对临界膜通量的影响比较大，随着污泥浓度的升高，临界膜通量呈下降趋势。系统污泥浓度从1-2g/L增加到10-12g/L时，临界膜通量从10-12L/(m2·h)上升到了16-18L/（m2·h)。

4 MBR的应用

4.1 MBR在生活污水的应用

城市生活污水是MBR在水处理中涉及较早的领域，研究和应用都比较广泛。董良飞等[9]对无锡三座采用MBR工艺的城市污水厂进行分析，结果表明，各污水厂出水水质基本能实现稳定排放并达到GB18918-2002的一级A标准。

肖海水[10]对在庐山风景区老干所生活污水的处理工艺MBR进行研究，结果表明，通过合理地结构设计及运行参数设计，MBR系统能稳定运行，出水水质大道排放标准，能够实现风景区污水的零排放。

4.2 MBR在工业废水的应用

工业废水具有有机物浓度高、化学成份复杂、有毒有害物质多、难生物降解等特点，传统处理方法难以有效去除。MBR因其高效的生物降解和良好的净化效果使其在各种工业废水处理中得到关注和研究应用。

秦伟杰等[11]对采用气浮-酸化水解-MBR组合工艺对木材蒸煮废水和生活污水的混合废水进行处理，在日处理量为80m3的稳定运行工况下，出水水质达到国家《生活杂用水水质标准》（GJ/T48-1999），并被回用与厂内蒸煮工艺用水，部分回用于厂区绿化、冲厕等。

张守健等[12]对某染料中间体生产企业排放的废水采用预处理/UASB/MBR工艺对其进行处理，调试结果表明，在进水硫酸盐≤7500mg/L、COD≤3500mg/L的条件下，出水水质可达到《山东省海河流域水污染物综合排放标准》（DB37/675-2007）的二级标准。

4.3 MBR在垃圾渗滤液中的应用

垃圾渗滤液中含有多种难降解有机成分，污染物浓度高、毒性强、成分复杂、水质水量波动大，采用传统废水工艺处理很难达到排放要求。

柯水洲等[13]采用SBR与MBR-NF/RO工艺处理垃圾渗滤液：设计处理规模为1500m3/d，在进水COD为4150-14300mg/L，NH3-N为725-1770mg/L、硝酸盐回流比为500%、溶解氧为1.8-2.9mg/L的条件下，系统对COD去除率为99.68%-99.81，对NH3-N的去除率wie99.57%-99.99%；出水稳定，平均COD为13.97mg/L，平均NH3-N为2.24mg/L，所有出水水质指标都达到排放标准。

刘守亮等[14]对青岛市某生活垃圾填埋处理场采用的MBR-纳滤-反渗透工艺进行研究，结果表明，在日处理量为150m3，在进水水质 COD为 12000mg/L，BOD5为 6000mg/L，NH3-N为1200mg/L，采用该工艺处理出水水质能够达到排放标准。