论MBR污水处理设施应用的优越性

李晗

澳洲新南威尔士大学 土木环境学院

MBR的中文释义为膜生物反应器，主要应用膜高效分离技术以及生物降解作用，对污水进行处理以及回收利用的新型技术。MBR在进行应用时，设备总体一般有生物反应器、膜分离组件两个部分。根据膜分离组件的设置位置差异，能够将MBR分为一体式和分置式两个类别。

一、MBR概述

1、分置式MBR构造及优势

最先研发出的MBR为分置式，生物反应器中混合液体，在工艺泵压力增强的情况下，使得液体通入膜组件。在力的作用下混合液水会通过膜成为处理完成水，其他物质则会被膜体截住，同时跟随浓缩液返还流入反应器中。为了使得膜污染得到减缓，混合液需要将工艺泵以较高的流速压入至膜组件，膜表面会形成错流冲刷的效果。工艺循环泵在进行使用时，会使得系统能耗得到增加，膜孔径不同时，每立方米中的能耗大约为2至10kw·h。相关研究者认为，分置式MBR在进行使用时，高模面的流速所产生的高剪切力，会导致污泥絮体平均尺寸较小，膜生物反应器是以生物反应为基础的工艺技术，对于生物菌种活性造成破坏，即是使反应器的可应用性大打折扣，最终导致MBR在生物处理中的效果不理想。不过总体而言，分置式MBR在应用时，有运行较为稳定，且操作简易，管理便利，膜增设及更换都较为容易的优点。

2、一体式MBR构造及优势

一体式MBR设施则是将模组间在生物反应器中安装，使用工艺泵负压进行抽吸，能够得到膜过滤出水。因为膜在反应器混合液中被浸没，所以也被称之为淹没式及浸没式。在一体式MBR中，膜组件常使用中空纤维超滤膜及平板膜，依靠水流及空气扰动，来使得膜污染得到减少。为了对膜污染进行有效的预防，也会在反应器中加上中空轴的设计，通过中空轴旋转，能够使得轴上膜随之进行转动，从而形成有效的错流过滤。与分置式相比较，一体式MBR在运行上成本较低、工艺更为简单，出水工艺泵每立方米能耗仅为0.2至0.4kw·h，只有分置式MBR的10%。不过一体式MBR膜清洗、更换，操作及管理，运行的稳定性等都要差于分置式。

二、MBR在污水治理中的应用

1、城市污水处理

多座城市污水处理厂原本选择传统活性污泥法进行污水处理，但因为原污水处理厂的工艺无法达成要求，所以需要进行工艺的改造。在改造中常使用淹没式MBR，即一体化MBR，以期能够将出水水质进行提升。以法国某污水处理厂为例，在改造中将原厂曝气池（容积：320m3）改造为生物反应器，并在其内设置膜组件（体积：8m3），由此构成了淹没式MBR设施。原本贮泥池改造成缺氧池，对处理废物进行脱氮，二沉池则改建为剩余污泥池。整体完成改造之后，化学需氧量（CODcr）去除率达到了96%、凯氏氮（TKN）去除率达到了95%，粪便大肠菌则减少了6个数量级，出水的水质能够完全达成相应要求。

2、中水回用系统

中水回用系统的目的在于使建筑生活污水得到适度处理以后，能够作为空调冷却水、冲厕所、绿化、洗车等用水二次利用。因为受到城市建筑及使用目的限制，中水回用的水质要求较高，主要为了避免回用中的卫生问题，同时对于处理流程及占地规模要求越少越好，系统运行中应用稳定、在各种环境中都能适用，且管理性强。尽管在要求上较为苛刻，但MBR能够完全达成，在上世纪八十年代之后，MBR设施在日本等国家的中水回用系统中的应用逐渐普遍。

3、高浓度粪便污水处理

粪便污水中的有机物含量相对较为高，BOD5含量常在10000mg/L，常规进行粪便污水处理的过程中，会先将污水稀释后再进行处理。MBR设施使得粪便污水的处理过程中，在不进行稀释的情况下，实现对其直接进行处理，且在处理效果上能够达成相应的要求。日本对于膜分离技术的研发使得粪便污水处理技术更为先进，但其核心中仍为活性污泥结合超滤膜组件的MBR设施。比如在日本山梨县的MBR污水处理厂，在上世纪八十年代末投入使用，该厂中进行粪便污水的处理工艺首先为活性污泥添加，其次进行膜分离组合工艺，之后进行混凝，再后进行膜分离组合工艺，最后的处理过程为活性炭吸附，完成后处理水流出。首段膜需要在1到2个月之内进行次氯酸钠（200mg/L）的冲洗（1次），第二段膜则每两周进行溴酸（500mg/L）冲洗（1次）。

4、其他废水处理应用

MBR废水处理设施在进行其他高浓度有机类型的废水及垃圾渗滤液的处理时，有较多的应用实例。比如运用膜厌氧生物反应器进行玉米废水处理试验时，处理结果表明了CODCr去除率达到了97%。再比如膜厌氧生物反应器对35℃条件下，CODCr浓度极高的奶酪废水进行处理时，去除率达到了95%至99%左右。这也说明，在进行应用的过程中，MBR的应用范围较广.

三、MBR在污水治理展望

在污水回用以及场地限制时，MBR技术应用中的优势最大。在技术的应用中，使膜的性价比提升以及将膜污染减少，是推广MBR应用的关键。MBR未来研究的主要方向为：对性能高、成本低的膜进行研究。在现阶段中，尽管分置式MBR在性能上稳定、优越，但是运行的成本相对较高，甚至是较常规的处理方式更高。同时回流污泥泵对于活性污泥的性能影响较大。现阶段一体式中空纤维MBR，能够使得循环泵能源消耗降低，中空纤维在曝气管上方进行安装，这也会使得膜面上的污染相对更少。不过一体式MBR在进行化学清洗的过程中，相对较为困难，所以推广应用受限，未来发展中期待有更为完善的一体式MBR.

结束语

膜分离能够使得污水中难以降解的大分子，于一定体积的生物反应器中进行留置后，达成较好的去除效果。MBR设施系统能够使高生物量浓度的污水具有较高成效的有机物去除效果。MBR能够对污泥沉降性能及先关限制进行克服，去除设施中的二沉池，与此同时达成除菌及澄清的目的。若是在建设完成的污水处理厂中应用MBR，不使得反应器容积增加，也能够达成处理水量提升的效果。