膜生物反应技术在生活污水处理中的应用优势

徐黎黎(绵阳职业技术学院 材料工程系，四川 绵阳 621000)

0 引言

随着国家对环境保护的日趋严格，生活污水处理能力和排放水质要求不断提升，各种污水处理技术不断发展。其中，膜生物反应技术因其节约用地及其高品质出水等自身工艺特点，在生活污水处理中得到了广泛应用及发展。

1 膜生物反应技术的概述

在上世纪90年代，西方发达国家已经开始研究和应用膜生物反应技术。该技术采用的是膜处理组件与生物反应器相结合的生化反应器，用于生活污水处理时，膜生物反应器中的膜组件相当于传统生物处理系统中的二沉池及深度处理的过滤器，进行固液分离，截留污泥于生物反应器，过滤水外排或进行回用。

2 膜生物反应技术的原理及组成

2.1 原理及组成

膜生物反应系统一般由三部分组成，即曝气系统、冲洗系统和膜组件系统。曝气系统主要是采用生物处理技术，通过氧化分解的方式，对污水中的有机物等进行有效处理。清洗系统是采取自动清洗的方法，清除沾染到组件上的污染物质，使组件能够连续工作。膜组件系统具有分离功能，可以实现污泥和处理水的分离，是生活污水处理的关键环节。采用膜生物反应器装置后，在外部压力驱动下，将污水引入系统内部，由于反应器内的膜孔较小，有机分子通过反应器纤维流到膜的另一端，将大量细菌、悬浮物等物质截留，排出反应后的净水，实现污水与污泥的有效分离。

2.2 膜生物反应器种类

(1)从整体上来讲，膜生物反应器可分为膜分离生物反应器、膜曝气生物反应器、萃取膜生物反应器等。膜分离生物反应器用于污水处理中的固液分离；膜曝气生物反应器通常用于好氧工艺供气，可以提高反应器的传氧效率；萃取膜生物反应器主要用于工业中优先污染物的处理，在生活污水处理方面几乎没有应用。

(2)按照膜组件的放置方式，可分为分体式和一体式膜生物反应器。分体式膜生物反应器把生物反应器与膜组件分开放置。一体式系统则直接将膜组件置于反应器内。一体式膜生物反应器工艺是污水生物处理技术与膜分离技术的有机融合，集成化的产物。

(3)按照膜生物反应器是否需要氧气，可分为好氧和厌氧膜生物反应器。好氧膜生物反应器在城市生活污水和工业的处理都有较多应用。厌氧膜生物发生器中，通过膜的高效截留，解决了厌氧污泥容易从膜生物反应器流失的问题。

2.3 MBR膜的分类

在生活污水处理行业中，MBR膜生物反应器被采用。膜的孔径一般为微米级。依据其孔径的不同，可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等；依据材料的不同，可分为无机膜和有机膜。无机膜有陶瓷膜和金属膜，过滤精度较低，选择性较小。有机膜是由高分子材料制成的，如醋酸纤维素聚醚砜、聚氟聚合物等。

(1)陶瓷膜是以无机陶瓷材料经特殊工艺制备而形成的非对称膜，也称无机陶瓷膜。陶瓷膜分为管式陶瓷膜和平板陶瓷膜。管式陶瓷膜管壁密布微孔，在压力作用下，原料液在膜管内或膜外侧流动，小分子物质(或液体)透过膜，大分子物质(或固体)被膜截留，从而可以实现污染物的分离、浓缩、纯化。平板陶瓷膜板面密布微孔，以膜两侧的压力差为驱动力，膜作为过滤介质，在一定压力作用下，当原液流过膜表面时，只允许水、无机盐、小分子物质透过膜，而阻止水中的悬浮物、胶体和微生物等大分子物质通过，从而实现分离。

(2)管式膜适用于超滤、微滤等膜分离技术，其优点是流道宽，原液在管内湍流流动，对料液的预处理精度要求低。管式膜易于清洗，不仅可采用化学试剂清洗，也可用机械物理擦洗。管式膜组件的压力损失小，其流道长，过滤效率高。

(3)中空纤维膜是外形呈纤维状，具有自支撑作用的膜。它是非对称膜的一种，其致密层可位于纤维的外表面，也可位于纤维的内表面。对气体分离膜来说，致密层位于内表面或外表面均可。

3 膜生物反应技术在生活污水处理中的特点

3.1 膜生物反应技术的优势

(1)膜生物反应系统可以采取高的污泥浓度的运行方式。通过污泥浓度的增加，提升了生活污水处理系统的抗负荷和抗冲击能力。污泥浓度的增大，其结果是系统的容积负荷提高，处理能力大大提升，使得生物反应器更小型化。

(2)膜生物反应技术具有较高的分离效率。膜生物反应技术不需要设置过滤单元和沉淀池，与传统的生活污水处理技术相比，其占地面积小，运行操作简单。同时，系统运行稳定，不会出现排泥控制不当，造成污泥上浮或外溢的情况，防止二次污染，在一定程度上提高了处理的可靠性。

(3)采用膜曝气生物反应器可以提高氧利用率。膜曝气生物反应器可以降低传质阻力，改善生物反应器的透气性。在传输过程中，气泡的大小和停留时间对未曝气生物反应器的运行影响较小，从而提高了传输效率。

(4)硝化效果增强，脱氮能力明显提高。对比传统生活污水处理系统，膜生物反应器中存在的生物膜可以减少硝化细菌的流失，使反应器中某些区域内的浓度始终维持在较高的水平；同时，系统的污泥停留时间长，对世代时间较长的硝化菌的生长繁殖有利，系统对氨氮的去除率可达95%以上。由于污泥浓度高，造成反应器内部存在局部缺氧，起到反硝化作用。

(5)污泥停留时间长。传统生物技术中系统的水力停留时间和污泥停留时间无法分别控制。采用膜分离技术，可在水力停留时间很短而污泥停留时间很长的条件下运行，增加了污水中生物难降解的大分子有机物在反应器中的停留时间，最终达到去除目的。

(6)在对生活污水处理系统进行改造时，易于实施。由于采用该技术，曝气池容积减少，无需二沉池，可以只将曝气池改造，就能大幅度提升系统的处理能力，不需另外修建工艺池，节约用地，节省投资和缩短施工周期。

3.2 膜生物反应技术存在的不足与对策

膜生物反应技术在应用过程中，有其工艺流程简单、出水水质较高、运行稳定、可采用自动化控制等优点，能够很大程度上确保生活污水处理达标排放。但在实际的应用过程中，也存在不足。

(1)膜生物技术所采用的膜生物反应器具有较强的吸附能力，针对同等级的污染水质进行实际处理过程中，通常会吸附更多的混合颗粒物以及有害物质。膜在最终失效后，由于吸附了大量的有毒有害物质，常常作为危险废物进行处置，处置费用很高。

(2)膜生物反应技术在应用的过程中，膜生物反应器的膜在使用一段时间之后，由于膜受到污染，可能导致通水量明显降低，将严重影响处理效果。如何能够进一步将膜的使用期限有效延长，确保膜在受到一定的污染之后能够保证较大的通水量，是膜生物反应技术需要深入研究的课题。

(3)膜是膜生物反应技术的核心，膜选用的是否合适是该技术能否达到要求的关键。目前，质量比较好的膜主要采用的是进口品牌，价格昂贵。因此，需要投入更多的人力和物力，研究出更多的膜替代进口产品，同时，如何提高膜的使用寿命也是一个值得深入研究的课题。

生活污水经过经济合理的资源化处理后，可以运用于浇灌绿地、道路清扫等。膜生物反应技术有很好的处理效果，且其自动化程度高，操作简单。但是，存在运行成本、设备设施维护成本较高，项目前期投入大，经济性不好。但可以看到的是在经济发达或对水质排放指标严格，改造受到场地限制的情况下，很多地区已经采用了该技术。我们相信，在现代各项技术高速发展的情况下，不断优化膜生物反应技术，以减少生产运行成本，该技术将在生活污水的处理过程中得到越来越多地应用。由于膜分离技术本身具有的优越性能，已经得到世界各国的普遍重视。

4 在生活污水处理中与膜生物反应技术常见的组合工艺

4.1 A2O-MBR工艺

采用厌氧、缺氧和好氧反应的A2O工艺可以实现同步除碳和脱氮除磷功能。工艺流程依次为厌氧、缺氧、缺氧和膜池。该工艺需设置两级回流，一级是膜池的混合液回流至缺氧池实现反硝化脱氮作用，另一级是缺氧池的混合液回流至厌氧池，实现厌氧释磷。A2O-MBR工艺中采用较高的污泥浓度、独立控制水力停留时间和污泥停留时间、回流比及污泥负荷等，具有更加明显的抗负荷和抗冲击的能力。

4.2 A2O/A-MBR工艺

A2O/A工艺是在A2O/A工艺后再设一级缺氧池，工艺流程依次为厌氧、缺氧、好氧、缺氧。A2O/A-MBR工艺是主要针对进水碳源不足，而同时又有较高脱氮要求的生活污水处理厂，该组合工艺是强化脱氮的MBR脱氮除磷工艺。

4.3 AO-MBR工艺

该工艺采用前置缺氧段、好氧段，进行生物脱氮，MBR进行深度处理。该处理工艺以膜组件取代传统生物处理技术中的末端二沉池，在生物反应器中保持高活性污泥浓度，减少设施占地面积。

4.4 SBR-MBR工艺

SBR是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥法生活污水处理技术。在运行上采用有序和间歇操作，它的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、沉淀等功能于一池，不需要污泥回流系统。SBR工艺运行方式可以灵活变换，满足不同类型污水的处理要求，便于自动控制。与传统SBR系统相比，SBR-MBR在反应阶段利用膜分离排水，可以减少传统SBR的循环时间，同时，出水指标可以进一步提高。

4.5 其它

在实际的工程应用中，诸如ASBR-MBR工艺、3A-MBR工艺等组合工艺还有很多，这里将不再一一说明。但是，我们可以看到，MBR工艺常常作为后置的工艺处理系统，将污水进行最终的深度处理，从而确保污水的达标排放。

5 结语

随着“史上最严”环保法的颁布实施及相关污水排放标准的提高，生活污水处理厂的环保压力将日益增大。膜生物反应技术凭借其自身所具有的占地少、处理效率高等特点已经逐渐被生活污水处理厂所采用。但是，其存在的运行及建设费用较高等问题仍然是制约其更大范围使用的限制因素。我国应加大膜生物反应技术人力物力地投入，针对膜生物反应技术的不足进行优化、完善，最终让其在生活污水处理方面发挥更大的作用。