膜生物反应技术在环境污水处理中的应用

＊陈鸿浩

（厦门市翔安区环境卫生中心 福建 361100）

随着近年来城市化进程的发展，虽然促使社会经济水平有所提升，但同时也对环境质量产生较大的影响。尤其是污水排放，对环境生态产生严重污染，不仅严重影响经济建设，还会威胁人类的生命健康。因此在当前新时代下，加强对环境污水的处理具有重要意义。而膜生物反应技术是环境污水处理的一种新型技术，能够有效弥补传统环境工程中污水处理工艺所存在的局限性，有利于在保护环境的基础上，进一步提高环境污水净化处理水平，进而提升水资源利用效率。不过现阶段我国膜生物反应技术尚未在环境污水处理领域得到全面普及，并且存在一定的应用问题和不足，为此本文对膜生物反应技术的应用进行综述，以此指导相关实践，提升环境污水治理效果，推动生态文明建设进程加快。

1.概述

(1)膜生物反应技术原理

膜生物反应技术是当前污水处理领域内的重要手段之一，是指利用分离膜组件，构成生物单元组合，基于生物处理和二沉池技术形成新型的污水处理系统。其主要装置为膜分离器、萃取反应器、膜分离反应器，通过生化反应对污水实施处理。通常膜生物反应器是利用膜分离设备将水中的活性污泥与大分子有机物进行截留，通过在生物反应器中保持高活性污泥浓度，以此提升生物处理的有机负荷，减少剩余污泥量。膜生物反应器具有良好的截留作用，可保留世代周期较长的微生物，进而实现污水深度净化。并且硝化菌可在系统内充分繁殖，有利于实现深度的除磷脱硝作用。近几年，为更好的适应污水处理要求，出现反应膜分离生物反应器与集成生物反应器，根据不同含氧量的污水处理环境，选择好氧生物反应器或厌氧生物反应器。再通过结合膜分离与生物处理技术，提升污水净化处理效果[1]。

相比于传统处理方法，膜生物反应技术具有诸多优势，一是降低污泥产率，该技术能够利用膜生物反应器将污泥进行全部拦截，实现污泥零排放。二是可增强传氧效率，即膜生物反应器中设置曝气装置，采用新型透气膜可降低传质阻力，不受气泡大小和停留时间等影响，保证供氧系统正常运作，提升污水处理效率。三是在环境污水处理过程中，运用膜生物反应技术，能够避免硝化细菌的流失，保证其处于高浓度状态，有助于提升硝化速度。四是膜生物反应技术可有效分离微生物和废水，通过膜将微生物拦截，分离废水，能够在根源上保障污水处理效果良好，尽可能提升水质转化率。

(2)膜生物反应技术类别

由于现阶段环境中存在多种类型的污水，为保障处理效果得到提高，应当注重运用不同类型的膜生物反应技术，因此在实践中，可结合污水处理需求，采取适当的膜生物反应技术类别，具体如下。

①按照膜组件作用进行分类。一般情况下，根据膜组件不同作用可将膜生物反应技术分为三种，分别是固液分离膜、膜曝气膜、萃取膜生物反应技术等。

②按照膜组件与生物反应器相对位置进行分类。通常可分为两种型式，一是分置式膜生物反应技术，主要是将膜组件以及生物反应器进行分开设置，保证独立运行。如将膜组件设计安置在反应器外部，有利于开展膜的清洗、更换和增设等。二是一体化膜生物反应技术，即在生物反应器中直接放入膜组件，利用泵将水中的过滤液有效吸出[2]。

(3)膜生物反应技术发展

在现阶段环境污水处理中，较为常用的膜生物反应技术，包括曝气滤池技术、动态内循环反应技术、厌氧生物滤池法、EGSB-MBR技术、DMBR技术等。

①曝气滤池技术。利用分离反应器针对污水实施过滤，有助于对胶体以及洗涤剂等物质进行蒸发，再将空气注入到相应的生物反应滤池中，可实现化学中和废水沉淀，截留污染物，达到废水的基本清洗要求。近年来，随着生物膜技术的发展进步，曝气滤池技术可与膜生物反应技术进行组合，有效解决生物膜降解问题，改善反应器的流动性，有利于提高经济性优势。同时在生物膜相互作用下，借助曝气滤池能够支持膜生物反应过程，从源头上减少污染物总量，延缓对生物膜的污染。另外一方面，为保证污水中的杂质含量得到有效降低，可结合气浮工艺，将胶体、生物洗涤剂等生产肥料有效沉淀，促进水质得到有效改善。

②动态内循环反应技术。其是膜生物反应技术中的重要组成部分，在实际应用过程中，该方法对于反应环境有一定的要求，相关人员需要针对反应器开展改造和优化，保障处理过程顺利开展。当前阶段应用该项技术，具有自动化的特征，无需人为重复操作。有利于对吸附能力相对较强的污泥开展反复过滤和处理。同时在生物膜反应中，利用实用性较强的微网材料，可进一步降低成本预算，促使经济效益得到提升，并可组合侧向曝气法，减缓污水处理错流速度，实现良好的处理效果。

③厌氧生物滤池法。其是借助内部带有填料的微生物载体，对厌氧生物膜开展净化处理。工艺流程是将污水引入到沉砂池、初沉池中，再对砂石和悬浮物进行清理，再排入到厌氧反应池中，有效降解有机物，实现污水净化处理。最后经过沉淀实现固液分离，利用脱水设备针对剩余污泥开展处理，有效去除悬浮物。

④EGSB-MBR技术。是将膨胀颗粒污泥床技术与膜生物反应技术进行组合的方法，能够提升污水处理效能。其中EGSB技术是第三代厌氧反应器，主要作用是对有机废水进行处理，通过内部流体的融合，促使有机物和微生物混合具有灵活性。不过由于膜对生物反应会产生过度吸收等现象，促使大量杂质堆积，导致水流速度和流量下降。所以可组合利用膜生物反应技术，通过废水与微生物的分离，保证污水净化设备具有稳定性，有序进行污水净化处理。

⑤DMBR技术。该方法是指微动力动态膜污水处理技术，基于生物膜相互作用的基础上，对膜生物反应装置实施改进，使其具有动态内旋处理效果，在污水传导过程中，利用以有机过滤为主的动态膜，模拟超滤膜过滤方法，提升污水出水效率。通常情况下，可在反应器内设置大孔径微网，实现动态内旋转效果。在运用过程中该技术具有生产成本低、增压污泥过滤性能好、处理效率高等优势作用。对于污水处理后的出水，可进行循环利用，如在无害化处理后，可运用在道路、景观净化等方面，实现水资源的高效使用，尽可能节省资源消耗量。

2.环境污水处理存在的问题

(1)不够重视污水处理可行性研究

随着当前新时代的发展，环境污水问题日益严重，如工业企业数量大幅增加，致使污水类型以及性质有所增多，由于其成分差异相对较大，致使污水处理难度也有所提升。同时在居民生活方式更加丰富的背景下，生活污水排放量呈现大规模发展趋势，为有效保障环境质量，应当合理选择污水处理方式，控制污水污染影响范围。因此在相关工程中，应当做好污水处理可行性研究。通过明确污水种类和组成提高处理效率。但在实践过程中，往往不重视污水处理可行性的研究分析，造成项目运营方案存在缺陷，资金使用不合理等问题，影响污水实际处理效果。甚至个别企业为加快工程建设效率，随意编造数据，导致可行性研究报告失真，促使污水处理项目的整体实施价值不高，效果不佳。

(2)污水处理资金不足

污水处理的主要目的是改善城市水质，合理控制水污染的蔓延，以此营造良好空间环境，并高效利用水资源，实现可持续发展。但在实际环境工程中，普遍存在资金投入不足的问题。这是由于当前大型污水处理项目的投资额巨大，而且城市污水处理厂的建设成本、维护成本等均相对较高，如果资金投入不足，将会影响各项处理装置和系统的完善性，限制先进技术引进程度，很容易导致环境工程建设实效较低，污水处理效能不高，难以有效控制水污染现状，出现水资源浪费等问题[3]。

3.膜生物反应技术在环境污水处理中的应用

(1)城市污水处理方面

膜生物反应技术作为当前有效处理污水的重要手段，在城市污水治理领域具有重要作用。结合厦门环境污水处理的现实情况，其主要是针对市政污水的处理，利用传统净化处理方式，对污水中含有的胶体、洗涤剂等清除不到位，严重影响排出水质，对周边河流产生一定污染。为有效保证城市污水得到良好净化，则应当采用创新性技术，如利用膜生物反应技术中的生物曝气池技术，能够将废水中的胶状物、具有溶解性的有机污染物等排除，通过在固体表面附着微生物实现对污水的净化处置。同时，膜生物反应技术也是一种生态系统，可基于藻类、原生动物、菌群等对水质进行改善，将附着的固体介质作为载体，借助气层的好气菌对有机物实施吸附和分解，再进入到厌气层分解，通过流水层将老化生物膜冲掉，以此生长新的生物膜，有利于在长期循环中，对污水起到净化作用。

比如在厦门市某污水处理厂，采用传统污水净化处理技术难以实现良好的脱氮除磷效果。为此在近年来引进膜生物反应技术，并结合污水实际特点进行创新。如在曝气生物滤池基础上，采用大型膜生物反应器，通过定制BAF曝气生物滤池与脱氮除磷设备组合，有效净化城市污水。主要工艺为厌氧/缺氧/好氧-膜生物反应器工艺及其变形，有利于适应同步生物脱氮除磷要求。在具体实践中可通过变换A/O池的排布方式、混合液回流线路、进水分配方式，有利于针对城市污水的特点，进行有效处理，可通过节约碳源好氧消耗，促使内源碳利用增加，保证反硝化效率得到显著提升。同时当膜生物反应器工艺污泥龄较长，且生物除磷不能满足实际要求的过程中，需采用化学除磷方法，有利于在出水时深度去除COD等污染物[4]。

(2)工业废水处理方面

工业废水是当前环境污水中占有较大比重的类型，由于其组成较为复杂，难以实现降解。而且废水中含有的重金属离子、氨氮、燃料等成分，会对微生物产生较为严重的危害，导致污水处理效果无法达到标准。结合这一现状问题，可利用膜生物反应技术解决。应当加强对工业废水成分进行全面了解，便于科学合理的选择膜生物处理体系。比如综合考虑金属离子的浓度、适当增加膜生物反应器容积，提升处理效果。通过应用动态内循环反应技术，借助微网材料过滤吸附污染物，能够有效处理各种污水，实现水资源净化排放效果。并且该技术具有一定的自动化优势，能够减少人为操作，有效降低工业污水处理成本。

比如在厦门化工企业中，利用内置式MBR膜组件，前端采用uasb＋缺氧＋好氧的生化工艺，当生化出水进入MBR膜池后，利用膜元件的高分离精度分离固液，有利于提升系统出水水质。针对高含盐有机废水具有较好的处理效果，COD去除率可达85%以上，降低吨水处理费用。具体工艺流程如图1所示。为进一步满足未来工业污水处理需求，应注重解决膜污染以及膜堵塞、装置大型化的放大效应和自控技术问题等，通过采用膜维护与清洗技术、模块化技术、微生物富集优化技术、电气自动化技术集成等，进一步对膜生物反应技术进行研发优化，有效降低工业排污量。

图1 工业废水中膜生物反应技术应用

(3)生活废水方面

膜生物反应技术可对生活废水进行有效处理，如厦门市某污水处理厂，针对生活废水应用MRR技术，其工艺流程如图2所示，具有操作简单、效果明显等优势。但随着城市化进程的加快，生活废水中的污染物种类大幅增多，现有处理工艺难以充分保障污水得到有效净化。由此，该处理厂基于膜生物反应技术的发展，重点应用组合式污水处理模式，运用EGSB-MBR技术，有利于进一步提升污水净化效果，有利于解决膜对生物反应的过度吸收，从而积累大量杂质等问题，并降低水流量。通过实践应用，发现EGSB-MBR组合技术具有较强的抗冲击负荷能力，运行过程较为稳定，检测出水水质COD含量可达10mg/L以下，去除率为95%、氮氧化物含量低于5mg/L，去除率90%、色度下降20倍，保障水质符合城市杂用水标准，可回收循环利用。

图2 生活污水的膜生物反应技术应用

除此之外，也可运用DMBR技术，其主要是面对农村污水直排的现象进行改善，引进DMBR污水处理一体化装置，如DMBR-Z-XG/XF型双膜内循环生物反应器，能够实现“生物＋物理”组合，有效实现固液分离，具有占地面积小、剩余污泥产量小等优势。在厦门农村地区应用该技术，则增加气浮处理设施，投入适当的混凝剂，可去除污水中的油脂和一部分磷，减轻后续化学除磷对膜通量的不利影响。同时在好氧池后增加缺氧段，能够有效富集污泥浓度，降低剩余污泥量，保证出水总氮符合标准。

4.结论

综上所述，膜生物反应技术是当前时代下的一种全新生物技术，在环境污水处理工程中能够发挥良好优势，有利于提升污水处理效率，有效弥补传统生物处理工艺缺陷。在实际运用过程中，膜生物技术能够适用多个污水处理领域，如城市污水、工业废水和生活污水等，通过采用曝气生物滤池技术、动态内循环反应技术、组合式污水处理技术等，有效实现污水净化处置，改善出水水质，最大限度的保障水环境健康，实现可持续发展目标。