膜生物反应技术在环境工程污水处理中的应用

曾海防

（厦门绿湾环保科技有限公司，福建 厦门 361000）

0 引言

随着我国社会经济持续发展，生态保护及可持续发展的理念深入人心。因此，我国越来越关注环境工程的建设，其中用到的先进技术，为环境工程的建设做出了突出的贡献。膜生物反应技术是近年来先进的污水处理技术，在各类环境工程中得到了大量的应用，充分展现了该技术高效和可靠的优势。为了进一步提高环境工程污水处理的效率，研究人员应该对膜生物反应技术进行深入的探究。

1 膜生物反应技术

1.1 技术原理

膜生物反应技术主要是指利用膜生物反应器（MBR），对废水进行深度净化的技术。在当前的污水处理系统中，可以用膜生物反应器取代传统的末端沉淀池，该反应器能提高活性污泥的浓度。总体来讲，膜生物反应技术是一种基于生物技术而研发出来的分离技术，该技术是在传统活性泥污水处理技术的基础上改良而来的。膜生物反应技术的污水处理系统的基本原理是：将定制的MBR安装在曝气池中，污水经过好氧曝气和生物处理之后，通过过滤膜被专用泵抽出来，如图1所示。在这个过程中，污水中的活性污泥和大分子有机物质将被截留，再进行深度处理。而被抽出的水，经过简单消毒净化之后，不仅可以达到排放标准，还可以作为再生水进行二次利用。该技术的核心特征在于不需要再进行二次沉淀，可以在提高污水处理效率的同时，节省了污水处理系统所占用的空间。

图1 基于膜生物反应技术的污水处理系统结构

1.2 膜生物反应系统运行流程

膜生物反应技术是一种基于膜分离技术，将超微滤组件和生物反应器有机结合，构成膜生物反应器，应用于污水处理方面的技术。膜生物反应器的主要构件包括膜组件、鼓风曝气设施和污水池等[1]。在实际运行中，污水储蓄在污水池中，进入生物反应器后，由污水的内部微生物对其进行降解。同时利用膜分离技术，将水中分子较大的污泥和细菌截留下来，从而实现对污水的有效处理和净化。在膜生物反应器工作运行中，截留下来的污泥也可以作为生化反应的催化因素，进而可以提高污水处理效率，使污水处理系统可以持续地进行处理工作。膜生物反应器一般有分体式和一体式2种结构，主要的区别在于分离膜配置位置的不同。根据系统内氧环境的不同，膜生物反应器还分为厌氧式和好氧式，两者所适用的污水环境及处理要求是不同的，需要结合实际情况进行合理配置。近年来，膜生物反应技术在我国环境工程中的污水处理方面逐步得到重视，并且集中应用在生活污水的处理方面。

2 膜生物反应技术的特点分析

作为一种新型的污水处理技术，膜生物反应技术很好地利用了现代生物科技和物理学技术，可以很好地在污水处理方面发挥重要的作用。总体来讲，基于膜生物反应技术的污水处理系统，有以下4个典型的特征：1）占用空间小。如前文所述，应用膜生物反应技术之后，污水系统本身不需要设置二次沉淀池，极大地减少了空间需求。同时，应用膜生物反应技术的污水处理系统结构更简单，尤其是该系统中的污泥浓度较高，这有助于减少污泥储池的占用空间，进而使整个系统的空间规划和设计灵活度更高。2）出水水质优质。膜生物反应技术具有非常高效的分离能力，与传统污水沉淀分离的方法相比，该技术的分离效果更好。经过膜生物反应器处理之后，水中的悬浮物非常少，同时其含有的各类病毒、细菌也得到了有效清除。在实际应用中，经过膜生物反应器处理之后，出水水质更好，这不仅达到了我国对污水处理的相关标准，还对处理以后的水进行合理的二次利用，提高了水资源的利用率。3）污泥剩余量少。在新技术的影响下，使用膜生物反应技术的污水处理设备可以根据污泥产量进行差异化处理，进一步降低污泥剩余量，甚至部分情况下还可以做到零污泥排放。不仅提高了污水处理的效率，还降低了剩余污泥的处理成本，减少对环境的污染。4）性价比高。从实际处理效果的角度来讲，采用膜生物反应技术不仅可以提升污水处理效率，还能增强系统稳定性，无需耗费大量能源，后期维护难度更低，是一种具有高性价比、高环保价值的污水处理技术。

3 环境工程污水处理中的膜生物反应技术改造

大量的实际案例证明，膜生物反应技术在环境工程污水处理中有很好的应用前景，考虑成本因素，在环境工程污水处理系统中应用膜生物反应技术的最佳方式是工程改造。下面，将分析环境工程污水处理中的膜生物反应技术改造要点。

3.1 普通曝气池改造

在传统的污水处理系统中，普通曝气池的水力一般停留时间为5 h左右，在改造过程中，主要是将原本的普通曝气池改为曝气池和缺氧池2个部分。在污水处理过程中，污水在缺氧池中的停留时间控制在 2 h～3 h，具体时间受到水中含氮量的影响。同时，缺氧池中要安装潜水搅拌机，进一步发挥缺氧池作用。在二沉池的基础上改建MBR池，在其中安装膜生物反应器，并加装抽水泵和鼓风机等烹调设备。除此之外，要根据膜生物反应器污水处理系统的实际运行要求，安装相配套的仪表、回流泵、膜清洗装置等。

3.2 A/O工艺及氧化沟改造

在实际应用中，MBR的防堵措施尤为重要，通常需要安装3 mm过滤格栅。由于污泥池中的污泥浓度很高，所以需要根据实际需求在氧化沟中加装潜水推进器以及曝气转碟。同时，改装二沉池，加装膜生物反应器、鼓风机以及抽水泵。

4 膜生物反应技术在环境工程污水处理中的应用策略

某污水处理厂工程项目位于厦门市翔安区，项目占地面积约1 329.67 m2，污水处理系统建成投入使用后，预计每天可以处理污水1 300 m³。该工程关于污水处理的设计符合我国《地表水环境质量标准》GB3838—2002中的地表水Ⅳ类标准。该工程的建设核心系统为水解-AAO-MBR池，同时配置了格栅井、调节池、出水井以及辅助用房在内的相关工程设施。污水处理系统处理完的尾水通过水泵房，排放至莲溪。而污泥通过浓缩和脱水处理达到含水率＜80%的标准后，集中运输到指定地点进行填埋处理，或者在农业种植和环境工程等方面进行合理的综合利用。在该工程的设计应用中，膜生物技术得到了重点应用，下面从3个方面进行具体探讨。

4.1 动态型内循环的反应技术应用

这是一种在膜生物反应技术基础上优化的污水处理技术，通过构建动态式循环反应器，将滤膜升级为有机过滤动态模[2]。在该技术中，由于滤膜材料孔径比较大，所以可以很好地控制反应器系统的建造成本。在该工程的应用中，设计人员通过模拟分析发现，该反应器准备约20 min之后，就可以正式进入运行状态，并且将滤饼层的作用全面发挥出来。在运行中，可以将污水中比较主要的TN、COD等污染物质降解和处理。经过实际测算，该反应器的COD去除率高达95.6%，TN、TP等有害物质的去除率也超过90%。使用这种技术概念的反应器，真正实现了内循环的生成，可以提升反应器的内流性，进而可以将混合液进一步混合。

4.2 曝气滤池的净化污水技术应用

曝气滤池技术是一种经过膜反应技术地优化而应用于污水处理工程中的新型技术。该技术主要是通过应用气浮工艺，将专用洗涤剂和胶体投入曝气生物反应器中，让其与污水进行反应。可以快速沉淀和净化污水，尤其对相应污染物的分离效果非常出色。

4.3 应用弹性填料的组合式技术

随着膜生物反应技术的不断发展，现代污水处理技术的研究也在不断深入，各类技术的融合应用也是主要的研究方向。在实际的环境污水处理工程中，将MBR技术和其他技术进行融合，充分做到扬长避短，发挥膜生物反应技术在实际应用中的优势。MBR技术可以在保持反应系统中污泥的活性的基础上，截留大于膜孔径的分子以及絮状物和微生物等。在此基础上，加入生物弹性填料，可以进一步提高污水处理的效率，处理之后的水品质较高，可以直接回收利用。生物弹性填料主要是将聚烯烃和聚酰胺中的相关元素进行处理，加入抗热氧和亲水等助剂，再结合拉丝工艺，排列加工出来的材料。将该材料铺设在膜生物反应器中，可以让膜生物反应器系统保持很好的活性和空隙可变性，加快新陈代谢，提升污水处理质量。

5 基于膜生物反应技术的污水处理工程建设要点

在该工程的具体设置方面，产区的前端位置设置了调节池，并且设置运行逻辑：如果进水量大于水处理厂负荷，或者系统在特殊情况下（如检修、故障）无法正常运行，将污水储蓄在调节池中，该环节还能起到沉淀污水的作用。格栅井的设计方面，将格栅井和调节池合并为一个整体，配置了1台循环齿把式格栅除污机，系统滤水道的宽度为0.75 m，格栅宽度为0.65 m。系统过滤装置内的污水流速控制在0.7 m/s。将水解-AAO-MBR池、调节池和出水井等布置在产区的西侧区域，而生产辅助区布置在厂区东侧区域。污泥处置房布置在辅助用房内部，与膜生物反应污水处理系统连通。其中，在水解-AAO-MBR池的施工建设方面，处理池为钢筋混凝土结构。配置有2座水解-AAO-MBR池，每座占地面积为204.85 m2，高度约为5.30 m。在水解酸化池中安装填料，底部配置了曝气管道。采用膜生物反应技术的污水处理系统在运行一段时间后，生物膜会出现老化的现象，影响污水处理效率[3]。为了有效解决该问题，该工程技术人员利用了曝气滤池技术，配置了曝气管道阀门。在该系统投入运行之后，管理人员定期结合实际观测结果，开启曝气管道上阀门，进行曝气处理。在执行该操作时，技术人员根据装置内生物膜的脱落情况，对曝气时间进行合理控制。正常情况下，曝气时间控制在5 min～15 min。

同时，该工程设置了2座AAO池，并分别配置了1台厌氧池潜水搅拌器和1台缺氧池潜水搅拌器。在好氧区分别配备了8组膜组件，并通过招标的方式寻求具有专业技术的设计和施工单位。在该污水处理厂工程项目的污泥处理系统设计与施工中，配置了2台污泥回流泵，对污泥进行过滤处理，并额外配备了2台剩余污泥处理泵，1台作为日常使用，另一台备用。

6 效果分析

为了评估膜生物反应技术在环境工程污水处理中的应用效果，取翔安区当地某小区化粪池污水，测得的水质数据见表1。

表1 实验原水水质检测表

将该实验原水通入该污水处理厂，然后根据系统运行时间，对各个阶段的污水、膜池上清液进行抽样检测，得出相关数据，再参照《水和废水检测分析方法（第四版）》进行对比分析。以NH4+-N这一指标为例，图2为该污水处理工程运行过程中NH4+-N（mg/L）的变化曲线图。可以发现，进水氨氮量为 25.1 mg/L～43.3 mg/L，平均浓度约为35.1 mg/L。同时，上清液氨氮平均浓度为1.73 mg/L，可以计算出氨氮去除率为95.1%。同时，出水氨氮含量比较稳定，仅为1.47 mg/L左右。

图2 实验污水NH4+-N去除率变化趋势图

在实验过程中，可以发现该污水处理系统有很强的抗负荷能力、较高的有害物质清除率以及稳定的出水水质，使污水经过该装置处理之后，其具有更高的回收价值。而通过对处理过程中的各项数据分析，可以发现在NH4+-N和TP等有害物质的去除过程中，膜生物反应器中的微生物发挥了极大的作用，而膜主要是对污水中胶体、较大分子有机物以及悬浮物进行截留。像氨氮这样的物质，无法被膜截留，而是在进入反应器之后受到微生物活动的影响被处理。总的来说，膜生物反应器中的微生物和膜各司其职，都在污水处理中发挥了关键作用。

工作人员对经过环境工程 MBR污水处理系统处理之后的出水进行检测，可以发现其氨氮指标和总氮指标等都达到了国家一级排放标准，同时关于大肠杆菌和表面活性剂的处理率也达到了城市杂用水标准。这说明对处理之后的污水进行回收利用，存在可行性，该检测数据为该地区的污水处理回收以及环境工程建设提供了参考。

7 结语

人们越来越关注生态保护和社会可持续发展，各类环境工程的建设热度空前高涨。而现代技术的发展，给环境保护工程的建设和运用提供了技术支持。其中基于膜分离技术和生物技术的膜生物反应技术，在环境工程污水处理方面得到了大量应用。膜分离技术能够实现对污水中有机物和有害物的快速分离，同时通过生物技术可以实现对污水的进一步净化。在实际使用中，需要根据实际情况和需求，合理应用膜生物反应技术，并采用一些相关的技术手段，进一步发挥该技术在污水处理中快捷、高效以及稳定的优势，为社会的可持续发展做贡献。