膜生物反应技术在环境工程污水处理中的运用

胡 艳

（江苏绿展环境科技有限公司，江苏 宿迁 223800）

我国环境工程是受国内政策驱动的产业，是我国国民经济发展的支柱，随着全球环境污染问题的不断凸显，我国也越来越重视环境工程的发展。污水处理作为我国环境工程的重要工作内容，近年来也取得了较为理想的发展[1]。通过选择具有较广阔发展前景的污水处理技术有助于促进环境工程企业尽快占领技术高地，所以在现阶段市场新竞争模式下，膜生物反应技术无疑是各环境工程企业的首要选择。

1 环境工程污水处理特性分析

1.1 污水处理

污水处理就是利用各种工艺技术降低污水中的有机物以及有害物质的含量，从而达到我国污水排放的标准。根据我国现行规定和政策，污水处理的标准是提高水质的性能和自净能力，因此无论环境工程需要处理哪种污水，无论其选择何种处理工艺，都需要充分保证处理后的水质能够达到相关排放标准[2]。目前，我国环境管理部门主要是根据各城市的经济发展水平制定污水排放浓度，一般来说，经济较发达地区的排放要求更加严格。

1.2 污水特性

污水可以分为生活污水和工业污水，无论是处理哪一类污水都需要充分去除污水中所包含的关键物质，从而提高水的净化程度。目前我国污水的主要特性是高复杂性和不稳定性[3]。高复杂性是指污水中一般含有大量的有机物和无机物，其经过各种副反应后所产生的对应产物会残留在污水中，因此处理起来十分复杂。不稳定性是指污水中不只含有一种物质，尤其是化学物质，这些物质会导致污水呈现酸性，从而影响其整体的稳定性。

2 生物膜反应技术特性分析

2.1 技术特点

与传统污水处理技术如活性污泥法等相比，膜生物反应技术是一种新兴的工艺技术，其充分体现了生物法以及膜分离法两种污水处理工艺的优势。该技术主要是利用膜组件来处理污水，在处理工业污水时具有较高的稳定性，其具有的膜高效分离特性也能够提高良好的抗偶然进水冲击能力。除此之外还具有以下几种处理特点：第一是能够高效去除有机物。膜生物反应技术具有良好的固液分离效果，能够有效抵御污染物的负荷变化，同时还可以有效降解一些水力停留时间较长的难降解的有机物[4]。第二是可减少剩余污泥的含量，与传统的污水处理技术相比，该技术可以大大降低污泥产量，且出水质量不会依赖污泥的沉降性能，因而能够有效解决污泥膨胀问题。第三是占地面积小，利用生物膜反应技术处理污水不需要设置二沉池，且整个工艺流程简单，体积比较小，可适用范围极为广泛，因而可以有效节约我国的土地资源。第四是运行管理方便，利用膜的截流特性可以在排放污水时充分保留污泥，提高运行管理工作效率。

2.2 膜生物反应技术原理

膜生物反应技术（MBR）是将生物技术和膜分离技术有机结合在一起，以提高污水处理效率。该技术的原理是将膜分离单元与生物处理单元结合，用膜组件取代传统生物处理技术的末端二沉池，从而实现对污水的深度净化作用。总之，利用MBR技术可以有效地节省空间，且可以有效减少污水处理后的污泥含量，其详细技术操作如图1所示。

图1 生物膜反应技术原理

2.3 膜生物反应技术的运用劣势分析

虽然膜生物反应技术相较于传统的污水处理技术具有很多优势，但其在实际应用过程中也存在很多劣势。

2.3.1 在处理污水的同时会吸附有害物质

虽然MBR技术比传统技术去除有机物的效果更好，但其所使用的生物膜在实际反应过程中会将污水中的有害物质吸附到其表面[5]，这主要是因为MBR技术本身所使用的生物膜中就含有有机物质。

2.3.2 出现膜污染问题

虽然MBR技术相较于传统的污水处理技术能够更高效地降低污水中有机物以及有害物的含量，但生物膜如果使用时间过长，那么在过滤有害物质时就会出现堵塞等不良问题，从而导致整个装置的通水量下降。

2.3.3 成本和能耗较高

应用MBR技术所需成本相对较高，操作过程中需持续加压。另外在运用MBR技术时，需要通过不断增加曝气量来充分减缓膜污染的速度，而要实现这一目标就需要使用较高的溶解氧浓度，导致耗能较高。

3 膜生物反应技术在环境工程污水中的应用分析

3.1 在处理工业废水方面的应用

我国工业发展水平一直在持续提高，国内各种化工企业的生产方式和产品也多种多样，因此其所产生的工业废水中所含的物质也存在较大差异，这就给我国环境工程开展污水处理工作带来了较大的困扰。想要利用MBR技术很好地处理污水就需要先对工业污水的成分进行全面调查分析，合理优化现有资源配置，选择最优的方式对污水进行处理。另外还需要将金属离子浓度控制在一定范围内，需要注意的是，随着污水环境的改变其金属离子的形式也会出现差异，因此在使用MBR技术前，需要有效降低污水中的金属离子的浓度，以调节污水的酸碱性。

3.2 生活污水的处理

MBR技术不仅适用于处理工业污水，还能够有效处理生活污水，且相较于处理工业污水来说，该技术处理生活污水的过程更加简单。但由于MBR技术是新兴技术，因此前期需要投入较多资金，所以用于处理生活污水显然不符合环境工程的经济需求。因此，在处理生活污水时，出于经济性考虑尽量不要选择MBR技术。

3.3 曝气生物滤池技术

在我国环境工程污水处理工作中，曝气生物滤池（Biological Aerated Filter，BAF）技术得到了较为广泛的推广应用，BAF技术起源于80年代末的欧美国家，90年代初得以迅速发展。利用该技术可以去除污水中的SS、COD、BOD及AOX（有害物质），从而减少污水中的杂质。但使用该技术时必须要结合气浮工艺，通过充分利用生产废料来降低污水中含有的杂质。该技术运用的优点在于所需基建投资少，运行能耗相对较低，运行费用较少，其技术原理如图2所示。

图2 曝气生物反应技术原理

3.4 动态内循环反应技术

该技术是基于MBR基础上进行优化升级的，通过建立一个动态反应器，污水通过动态反应器得到处理。使用该技术不需设置污水处理系统，从而有效节约了环境工程成本，另外也能够使污水系统内的活性物质得到充分利用，提高了整个污水处理系统的运行效率，且该技术还可以直接与曝气生物滤池技术结合运用，提高整个污水循环体系的运行效率，同时还可以有效解决污水处理中的断流问题。

3.5 组合式污水处理技术

这类技术在环境工程污水处理中十分常见，主要是联合应用MBR技术与膨胀颗粒污泥床技术，以保证污水的处理水平。该技术在处理污水时主要是先利用膨胀颗粒污泥床装置将污水中的有机物和污泥充分混合在一起，并从中提炼具有较高浓度的有机污水以及需氧污染物质，然后再利用MBR技术对污水进行处理，进而充分去除污水中的杂质。

4 膜污染的影响因素及控制方法

虽然膜生物反应技术能够有效提高污染水的处理效率，但也存在膜污染的缺陷，因此需要充分分析造成膜污染的原因，并对膜污染进行有效控制，从而进一步提高膜生物反应技术的应用效果。

4.1 影响因素

4.1.1 生物膜本身的影响因素

生物膜的质量决定了整个污水处理工作的效率，而影响生物膜质量的主要因素是孔径及孔隙率。生物膜的孔径越大，反应期间的进水量及孔隙率就会得到显著提升，因此能够有效避免发生堵塞现象。因此，在选择生物膜的时候，需要尽可能选择孔径较大的生物膜，另外生物膜的亲水性对污水处理效率也具有显著影响，其亲水性越高，膜的抗污染能力也会越强，而且还能够有效提高膜的污水处理能力。

4.1.2 污泥混合液的影响因素

污泥混合液的性能主要取决于悬浮物颗粒的分布情况以及固体的浓度。经大量研究发现，生物膜受污染的程度与污泥混合液的性质有着密切关系，当污泥混合液浓度较高时，其负荷能力就会随之下降，同时也会降低生物膜对污水的去除效率。另外，污泥混合液的浓度如果超出临界值，那么其污泥产量也会随之下降，从而影响污水处理效果，这主要是因为浓度超出临界值后会发生固液分离现象。

4.2 优化膜组件

目前改善膜组件的方式有很多，最常见的有膜丝直径、改变组件形式、防止方式等。通过改变膜的结构与形状可以降低膜污染的发生率。另外，工作人员还可以根据污水及污泥的构成来确定膜孔径参数，以降低膜组件在处理污水过程中发生污染的概率[6]。

4.3 改进污泥

MBR污水处理技术主要是利用膜分离设备截留水中的活性污泥与大分子有机物。MBR膜属于微滤膜，易结垢、含油类物质等容易造成其阻塞，因此可提出相应的技术改进方法。通过增设预处理措施对污水废水进行处理，并利用化学浸泡法对膜组件进行清洗，通过改善混合液的性质对污泥进行改进。

4.4 优化运行条件

所谓优化运行条件就是在利用MBR技术处理污水时，要密切关注水质的变化，同时需要注意膜污染的相关指标变化，通过不断调节运行过程中的相关参数及方式来控制膜污染的发生，其中需要控制和调节的参数主要包括回流比、曝气量、水利停留时间等[7]。

4.5 膜清洗

除了可以采取上述方式控制膜污染外，通过清洗膜也可以减少或延缓膜污染，但这种方式并不能完全避免膜污染的发生，而是更适合在膜污染形成后，通过清洗促进膜的再生速度，保障膜的功效。可采用物理方式或化学方式对膜进行清洗，物理方式主要是利用物理方法冲洗膜上的泥饼，可以直接用水，也可以用气体或海绵进行冲洗。其主要原理是去除膜表面的滤饼层和污泥层，由于这种处理方式比较简便，因此不能完全清洗掉吸附性污染。而化学清洗则是通过使用酸或碱类化学药剂充分清洗膜表面的吸附性物质，因此化学清洗方式能够更彻底地将膜清洁干净，更适用于已经受到严重污染的生物膜[8]。但无论采取哪种清洗方式都有较大概率对膜本身的结构造成破坏，因此，工作人员需要根据膜的需求合理选择清洗方式，尽可能延长膜的使用寿命。

5 结语

目前我国水资源污染问题严峻，为有效解决水资源污染问题，国家大力推进环境工程，并颁布了相关政策提高环境工程的发展速度。随着污水处理技术的不断发展和更新，环境工程也得到了显著提升。MBR技术是目前环境工程污水处理中比较先进的技术，利用该技术可以有效降低污水中的有机物含量，从而达到净化水质的效果。但目前我国对该技术的应用水平并不高，再加上该技术需要投入较多资金，因此并不适用于处理生活污水，今后还需要进一步加大对该技术的研究力度，促使其能够在污水处理中充分发挥作用。