环境工程污水处理中膜生物技术的应用研究

贺光祖

摘  要：环境工程污水来源广泛，传统处理方式效果有限，膜生物技术能够在分离膜组件与生物池的结合下构建出生物单元组合，提高污水的处理质量和效率。相较于传统的污水处理技术，膜生物技术能够及时拦截污水中的大分子有机物和活性污泥，从而提升活性污泥浓度，促进难降解物质的反应与降解。目前，各个国家都在大力推广膜生物技术，相较而言，膜生物技术的污水处理效果更为理想。本文针对环境工程污水处理中膜生物技术的应用做出阐述与分析。

关键词：环境工程  污水处理  膜生物技术  应用

中图分类号：X703                             文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2020）10（b）-0071-03

Abstract： Environmental engineering sewage has a wide range of sources， and the traditional treatment methods have limited effects. Membrane biotechnology can build a combination of biological units under the combination of separation membrane modules and biological pools to improve the quality and efficiency of sewage treatment. Compared with traditional sewage treatment technology， membrane biotechnology can intercept macromolecular organic matter and activated sludge in sewage in a timely manner， thereby increasing the concentration of activated sludge and promoting the reaction and degradation of refractory substances. At present， various countries are vigorously promoting membrane biotechnology. Compared with membrane biotechnology， the sewage treatment effect is more ideal. This article describes and analyzes the application of membrane biotechnology in environmental engineering wastewater treatment.

Key Words： Environmental engineering; Sewage treatment; Membrane biotechnology;  Application

在社会发展下，我国的环境工程污水污染问题日益严重，不仅严重影响着水质，也严重威胁着人体健康，环境工程污水处理的技术多种多样，不同技术，各具优势。在环境工程的污水处理中，膜生物技术占据着重要地位，与传统污水处理技术相比，膜生物技术具有突出特征，也有更为完整的组合单元，该种技术设备运行稳定、操作简单，处理的水质质量更高，使用范围也十分广泛。

1  膜生物技术的发展

膜生物技术将生物反应器、膜分离技术相结合，利用膜分离装置取代了传统污水处理技术中的二沉池，从而提升分离效果。关于膜生物技术的应用，最早可以追溯至20世纪60年代的美国，在1968年，Smith将超滤膜、好氧活性污泥法应用在城市污水的处理中，这一技术占地面积小、能够减少污泥产量，但是在当时技术条件的限制下，水通透量不大，寿命较短。进入了20世纪70年代后，日本开始推广新型膜生物技术，并建立了包括淀粉厂废水、蛋白工厂废水、造纸术废水、酒精发酵废水等在内的污水MBR处理系统，取得了良好效果。后来，法国、澳大利亚等国家也大力发展膜生物技术，对于相关内容的研究更为全面。

進入20世纪90年代后，膜生物技术在各个国家都得到了推广，也诞生了新型膜组件，如加拿大Zenon公司的超滤管式膜生物反应器、淹没式中空纤维膜丝膜组件，进一步减小了污染。日本Kubota公司则研发出板式膜，具有工艺简单、耐污染、流通量大的优势，将其置入混合液后，出水更加稳定。我国在膜生物技术的研究上，起步相对较晚，于20世纪90年代末期开始，目前，这一技术已经在石化污水、生活废水、食品废水、港口污水、印染废水的处理中得到了应用，但是在膜组件、膜材料的自主开发能力上，还相对较弱，膜性能还有待提升。

2  膜生物技术的优势与不足

膜生物技术在环境工程污水中的处理价值，表现在几个层面：首先，提高了分离效率，膜生物部件不会涉及沉淀池、过滤单元，设备占地面积小，其MISS浓度较高，提高了系统的抗负荷能力，进一步提高了污水的处理效率;其次，活性污泥浓度更高，应用膜生物技术，可以优化生物反应能力，提高MISS浓度，适合高浓度有机废水的处理，可以大幅减少污水悬浮物，提高降解率;再次，对微生物、有机废水的分离具有很好的效果，可以有效提升处理效果，污泥的产率也不高，满足了零排放要求。在实际运行中，剩余污泥总量不多，比起传统的污水处理技术，污泥产率显著降低;最后，有助于硝化细菌的生长，能够避免硝化细菌数量减少，使得硝化细菌长期维持高浓度，提高了硝化效率。

而膜生物反应技术的应用也存在一些不足，生物膜的性质独特，在处理污水时，也可能吸附各类有害因素与混合颗粒，因此，为了充分发挥出膜生物反应技术的价值，需要做好清理工作，如果清理操作不恰当，可能会带来新的污染，降低透水量，这一问题，也是当前研究的重中之重。

3  膜生物技术的常见类型

3.1 曝气生物滤池

曝气生物滤池属于膜生物技术的常见技术，对于污水处理具有重要的辅助作用，膜生物技术融合了诸多技术类型，而曝气生物滤池将生物滤池、气浮工艺融合，提高了污水处理质量，能够从源头上净化污染物，提高处理质量。不同的膜生物反应技术，适合应用的污水类型各有差异，相较而言，曝气生物滤池技术适合应用在洗涤剂、胶体污染水体中，应用这一技术，在优化处理技术的同时，提高了处理效率，负荷消耗也不大。

3.2 动态内循环反应

动态内循环反应技术也十分常见，这一技术将环境工程污水技术与新型技术充分融合，借助膜生物反应装置，降低了制造成本，通过对生物膜材料的改进，能够制作出全新的微网材料，构建动态化的净化处理系统。当前，在污水处理中，曝气法是十分常见的处理方式，但是从技术层面来看，存在各种各样的缺陷，对此，需要进一步优化曝气装置，解决传统装置中存在的缺陷。

3.3 生物流化床

生物流化床是利用活性炭、砂砾、焦炭等小颗粒物质作为附着载体，主要应用悬浮式填料，让微生物处于流化状态，让生物膜、有机物、氧气之间可以充分接触。生物流化床适合应用在不同类型污水的处理，传质效率高，能够迅速降解污染物质，但是，这一工艺涉及的流化状态水力特征复杂，如果反应器规格发生变化，就会增加反映能耗，为了提高传质效率，对能耗的消耗也较高。

3.4 组合式处理技术

在膜生物反应技术的应用上，可选的技术类型较多，除了上述两种技术之外，还可以采用组合式的处理技术，将曝气生物滤池、动态内循环反应的优势相结合，充分发挥出膜生物反应器的作用。膜生物反应器的污水处理实效非常高，同时，借助膨胀颗粒污泥床，在污水处理上，通过膨胀颗粒污泥床，能够第一时间处理有机废水，效果非常理想，膨胀污泥床的污水去除效应非常好，再借助膜生物反应技术，能够弥补传统技术的不足，进一步提升污水处理质量。

4  环境工程污水处理中膜生物技术的应用

4.1 膜曝气膜生物反应器耦合系统的应用

膜曝气膜生物反应器属于当前新型的膜生物技术，气体分离膜的存在为微生物生长提供了有效的氧源支持，提高了氧气利用率，适合应用在高浓度有机废水中。研究显示，在溶解氧为0.8mg/L时，这一技术对于污水中氮、氨、COD去除率可以达到86.6%、87.9%、87.6%，这就显示，膜曝气膜生物反应器耦合系统的负载率性能、脱氮能力理想。

在技术的成熟下，各类新型膜曝气膜生物反应器耦合系统也相继诞生，处理效率也更高，如，铁-碳微电解-芬顿-膜曝气膜生物反应器-臭氧耦合技术，利用铁-碳微电解作用可以将有机物 分解，利用芬顿反应，能够将混合融合中的有机物转化为无机态，将其中的难降解物质去除。

4.2 厌氧膜生物反应器耦合系统的应用

厌氧膜生物反应器由膜分离、厌氧反应器之间耦合而成，是一种高效、新型的污水处理技术，利用这一技术，既能够净化污水，也可以生产沼气，在膜的作用下，实现了污泥停留、水力停留的分离，大幅提升了负荷，与传统技术相比，其出水水质更加优良，显著降低了污泥产量，也提高了资源的利用率。就当前来看，制约厌氧膜生物反应器耦合系统推广和应用的主要因素就是对氮、磷的去除率不高，因此，将其与厌氧氨氧化技术结合也是下一阶段的研究热点，这一新型技术能够在缺氧环境下将氨转化为氮气与硝酸盐，有着降低能源消耗、耗氧量低、工艺成本低廉的优势，有研究人员应用厌氧膜生物反应器耦合系统与厌氧氨氧化技术成功启动了厌氧氨氧化，总氮去除负荷可以达到0.49ks（m3·d），具有理想的预期脱氮效果，非常适合应用在高浓度氨氮废水处理中。

4.3 移动床生物膜反应器的应用

移动床生物膜反应器是一种复合性的处理工艺，在填料作用下，与污水接触，让污水微生物附着在填料上，并形成生物膜，将污水中的污染物吸附、降解，以达到净化水体的作用。与传统处理工艺相比，移动床生物膜反应器不易堵塞、扩容简单、空间小、维护难度低，在污水的处理和回收中，已经得到了广泛应用。有研究人员将移动床生物膜反应器应用在印染工业废水中，结果显示，COD显著下降。尽管该种技术对氨氮、COD的去除效果明显，但在应用环节，启动速度慢、处理量小、生物膜容易脱落等问题，因此，学界也在针对移动床生物膜进行改性研究。当前的主流研究认为，将碳纤维球填料与移动床生物膜反应器结合，可以优化生物膜形成速度，在不同的污水中，氨氮去除率也得以显著提升。还有研究人员尝试推广改良蜂细胞媒介，在介质孔隙中置入了核桃壳、杏仁壳活性炭颗粒，有效优化了污水的处理效果。另外，研究显示，利用外磁场作用，也能够进一步提高污染物降解速率，形成的生物膜也更加稳定，在氨氮与COD去除率上，比传统的载体要高出5%以上。

4.4 微生物代谢产物胞外聚合物的应用

微生物代谢产物胞外聚合物是由蛋白质、多糖组成，在侧链中，有大量负电性基团，在中性条件下，能够让污染物水解，利用高价金属离子絮凝剂，可以有效强化生物絮凝作用，改善污染物的处理效果，降低膜过滤阻力。近年来，将微生物代谢产物胞外聚合物与高价金属离子的结合应用已经取得了突破性进展，但是，对于不同价态、不同类型金属离子之间的协同和拮抗作用，现有的研究还不够深入。相信在分子生物学技术的进一步成熟和发展下，现有的研究必然能取得突破性进展。

5  结语

环境工程污水是我国污水的主要类型，包括工业污水污染、生活垃圾污染、城市径流污染。在工业发展下，城市工业污水问题日益严重，工业污水类型较多、处理技术要求也较高;在生活垃圾方面，多数地区并未制定出完善的排水系统，大量污水直接排入河道、沟渠，致使水体恶化严重;而城市径流污染则是由雨、雪冲洗地面、建筑物、废渣、垃圾形成，有明显的季节性，成分十分复杂。作为一种新型污水处理技术，膜生物反应技术受到了业界关注，膜生物反应技术融合生物处理单元与膜分离单元，有效提升了污水轉化率，弥补传统污水处理技术的不足。本文针对膜生物反应技术的概念、优势、不足以及具体的应用进行了阐述与分析，从当前的研究来看，膜生物反应技术在城市工业污水处理上，表现出良好的前景，但是从技术层面来看，还有一些部分尚未突破，在下一阶段，需要结合环节工程污水处理要求进一步改善现有技术，以提高处理效果。

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