膜生物反應(yīng)器及其應(yīng)用進(jìn)展

膜生物反應(yīng)器及其應(yīng)用研究進(jìn)展摘要：采用重力式沉淀方式作為固液分離手段的傳統(tǒng)活性污泥工藝有著不可避免的弊端。介紹了一種新的污水處理裝置——膜生物反應(yīng)器，它結(jié)合了高效的膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)的活性污泥工藝兩者的優(yōu)點(diǎn)。著重介紹了膜生物反應(yīng)器的分類及其所用的濾膜和濾膜組件，并對近幾年來膜生物反應(yīng)器的研究進(jìn)展及其在污水處理和中水回用中的應(yīng)用情況進(jìn)行了綜述。關(guān)鍵字：傳統(tǒng)活性污泥工藝膜生物反應(yīng)器超濾膜微濾膜污水處理中水回用1

引言傳統(tǒng)的活性污泥泥工藝(ConvventioonalAActivaatedSSludgee,CASS)廣泛地應(yīng)用用于各種污水水處理中。由由于采用重力力式沉淀方式式作為固液分分離手段，因因此帶來了很很多方面的問問題。如固液液分離效率不不高、處理裝裝置容積負(fù)荷荷低、占地面面積大、出水水水質(zhì)不穩(wěn)定定、傳氧效率率低、能耗高高以及剩余污污泥產(chǎn)量大等等等。傳統(tǒng)生生物處理工藝藝處理后的水水難以滿足越越來越嚴(yán)格的的污水排放標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，經(jīng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展所所帶來的水資資源的日益短短缺也迫切要要求開發(fā)合適適的污水資源源化技術(shù)，以以緩解水資源源的供需矛盾盾。在上述背背景下，一種種新型的水處處理技術(shù)——（MembrraneBBioreaactor,,MBR）應(yīng)運(yùn)而生生。隨著膜分分離技術(shù)和產(chǎn)產(chǎn)品的不斷開開發(fā)，(MBR)也更具有實(shí)實(shí)用價(jià)值，近近年來許多國國家都投入了了大量資金用用于開發(fā)此項(xiàng)項(xiàng)高新技術(shù)。2

CASCAS是一種應(yīng)應(yīng)用最廣的廢廢水好氧生物物處理技術(shù)。其其基本流程如如圖1所示，是由由曝氣池、二二次沉淀池、曝曝氣系統(tǒng)（含含空氣或氧氣氣的加壓設(shè)備備、管道系統(tǒng)統(tǒng)和空氣擴(kuò)散散裝置）以及及污泥回流系系統(tǒng)等組成。曝氣池與二次沉沉淀池是活性性污泥系統(tǒng)的的基本處理構(gòu)構(gòu)筑物。由初初次沉淀池流流出的廢水與與從二次沉淀淀池底部回流流的活性污泥泥同時(shí)進(jìn)入曝曝氣池，其混混合體稱為混混合液。在曝曝氣的作用下下，混合液得得到足夠的溶溶解氧并使活活性污泥和廢廢水充分接觸觸。廢水中的的可溶性有機(jī)機(jī)污染物為活活性污泥所吸吸附并為存活活在活性污泥泥上的微生物物群體所分解解，使廢水得得到凈化。在在二次沉淀池內(nèi)，活性性污泥與已被被凈化的廢水水（稱為處理理水）分離，處處理水排放，活活性污泥在污污泥區(qū)內(nèi)進(jìn)行行濃縮，并以以較高的濃度度回流曝氣池池。由于活性性污泥不斷地地增長，部分分污泥作為剩剩余污泥從系系統(tǒng)中排出，也也可以送往初初次沉淀池。圖1活性污泥泥法基本流程程3

MBR法法3.1MBRR及其分類MBR是指將超超、微濾膜分分離技術(shù)與污污水處理中的的生物反應(yīng)器器相結(jié)合而成成的一種新的的污水處理裝裝置。這種反反應(yīng)器綜合了了膜處理技術(shù)術(shù)和生物處理理技術(shù)帶來的的優(yōu)點(diǎn)。超、微微濾膜組件作作為泥水分離離單元，可以以完全取代二二次沉淀池。超超、微濾膜截截留活性污泥泥混合液中微微生物絮體和和較大分子有有機(jī)物，使之之停留在反應(yīng)應(yīng)器內(nèi)，使反反應(yīng)器內(nèi)獲得得高生物濃度度，并延長有有機(jī)固體停留留時(shí)間，極大大地提高了微微生物對有機(jī)機(jī)物的氧化率率。同時(shí)，經(jīng)經(jīng)超、微濾膜膜處理后，出出水質(zhì)量高，可可以直接用于于非飲用水回回用。系統(tǒng)幾幾乎不排剩余余污泥，且具具有較高的抗抗沖擊能力。特特別是1989年Yamammoto將中空纖維維膜應(yīng)用于活活性污泥處理理中，使工藝藝運(yùn)行成本大大大降低，實(shí)實(shí)際應(yīng)用前景景廣闊。因此此，MBR是當(dāng)今倍受受國內(nèi)外專家家學(xué)者重視的的一項(xiàng)高新水水處理技術(shù)。MBR的特點(diǎn)：：一、出水水質(zhì)好好由于采用膜分離離技術(shù)，不必必設(shè)立、過濾濾等其它固液液分離設(shè)備。高高效的固液分分離將廢水中中有懸浮物質(zhì)質(zhì)、膠體物質(zhì)質(zhì)、生物單元元流失的微生生物菌群與已已凈化的水分分開，不需經(jīng)經(jīng)三級(jí)處理即即直接可回用用，具有較高高的水質(zhì)安全全性。二、占地面積小小膜生物反應(yīng)器生生物處理單元元內(nèi)微生物維維持高濃度，使使容積負(fù)荷大大大提高，膜膜分離的高效效性使處理單單元水力停留留時(shí)間大大縮縮短，占地面面積減少。同同時(shí)膜生物反反應(yīng)器由于采采用了膜組件件，不需要沉沉淀池和專門門的過濾車間間，系統(tǒng)占地地僅為傳統(tǒng)方方法的60%

三、節(jié)省運(yùn)行成成本由于MBR高效效的氧利用效效率，和獨(dú)特特的間歇性運(yùn)運(yùn)行方式，大大大減少了曝曝氣設(shè)備的運(yùn)運(yùn)行時(shí)間和用用電量，節(jié)省省電耗。同時(shí)時(shí)由于膜可濾濾除細(xì)菌、病病毒等有害物物質(zhì)，可顯著著節(jié)省加藥消消毒所帶來的的長期運(yùn)行費(fèi)費(fèi)用，膜生物物反應(yīng)器工藝藝不需加入絮絮凝劑，減少少運(yùn)行成本。膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝是膜膜分離技術(shù)與與生物技術(shù)有有機(jī)結(jié)合的新新型廢水處理理技術(shù)。它利利用膜分離設(shè)設(shè)備將生化反反應(yīng)池中的活活性污泥和大大分子有機(jī)物物質(zhì)截留住，省省掉二沉池?；罨钚晕勰酀舛榷纫虼舜蟠筇崽岣撸νＭＡ魰r(shí)間（HRT）和污泥停停留時(shí)間（SRT）可以分別別控制，而難難降解的物質(zhì)質(zhì)在反應(yīng)器中中不斷反應(yīng)、降降解。因此，膜膜生物反應(yīng)器器（MBR）工藝通過過膜分離技術(shù)術(shù)大大強(qiáng)化了了生物反應(yīng)器器的功能。與與傳統(tǒng)的生物物處理方法相相比，是目前前最有前途的的廢水處理新新技術(shù)之一。從整體構(gòu)造上來來看，MBR是由膜組件件和生物反應(yīng)應(yīng)器兩部分組組成。根據(jù)這這兩部分操作作單元自身的的多樣性，膜膜生物反應(yīng)器器也必然有多多種類型。膜膜生物反應(yīng)器器的一些基本本分類見表1。表1MBR的的基本分類內(nèi)容分類膜組件管式、板框式、中中空纖維式膜材料有機(jī)膜、無機(jī)膜膜壓力驅(qū)動(dòng)形式外壓式、抽吸式式生物反應(yīng)器好氧、厭氧膜組件與生物反反應(yīng)器的組合合方式分置式、一體式式（浸沒式）分置式MBR是是指膜組件與與生物反應(yīng)器器分開設(shè)置，浸浸沒式MBR是指膜組件件安置在生物物反應(yīng)器內(nèi)部部。2種反應(yīng)器的的流程如圖2所示。圖2

MBRR流程圖表2

2種反反應(yīng)器的區(qū)別別MBR種類壓力驅(qū)動(dòng)形式動(dòng)力消耗管道要求膜更換和清洗情情況微生物失活情況況設(shè)備占地面積分置式壓力泵加壓大需要方便有可能大一體式真空泵抽吸小不需要不方便不失活小實(shí)際應(yīng)用中，分分置式MBR與一體式MBR互有優(yōu)缺點(diǎn)點(diǎn)，區(qū)別見表表2。3.2

MBBR所用濾膜及及膜組件在MBR工藝中中，超、微濾濾膜分離的對對象是活性污污泥混合液?；罨钚晕勰嗷旌虾弦褐饕ɡɑ钚晕勰嗪秃捅惶幚淼奈畚鬯?，而活性性污泥是由各各種膠體、絮絮狀物和微生生物（絕大部部分是各種細(xì)細(xì)菌）組成。膜膜組件長期過過濾活性污泥泥混合液時(shí)，污污染物不斷地地在膜表面沉沉積，細(xì)菌不不斷地向膜內(nèi)內(nèi)部繁殖，使使其生成的代代謝產(chǎn)物在膜膜孔中沉淀，進(jìn)進(jìn)而引起膜孔孔堵塞，使膜膜的通量下降降，膜壽命縮縮短，工藝運(yùn)運(yùn)行費(fèi)用增加加。一般而言，決定定膜過濾效果果的主要因素素是膜的孔徑徑及孔隙率，而而選擇什么樣樣的膜材料并并不是關(guān)鍵。但但是在MBR工藝中膜材材料種類卻強(qiáng)強(qiáng)烈地影響其其耐污染性，所所要解決膜污污染問題的最最主要的途徑徑是找到耐污污染的膜材料料或者是對膜膜進(jìn)行改性。所調(diào)研的近期文文獻(xiàn)中有關(guān)MBR所用濾膜及及組件的情況況如表3所示：從近期國內(nèi)外MMBR研究情況來來看（文獻(xiàn)的的抽取有隨機(jī)機(jī)性），濾膜膜大都為較小小孔徑的微濾濾膜，或較大大截留分子量量的超濾膜，孔孔徑范圍為0.1～0.5mm；材質(zhì)主要要是疏水性的的聚烯烴和親親水性的聚砜砜、纖維素等等，還有一些些無機(jī)膜。疏疏水性的聚烯烯烴一般做成成中空纖維式式膜組件，而而親水性的聚聚砜、纖維素素膜一般做成成平板式膜組組件。表3

近期文文獻(xiàn)中MBR所用濾膜及及組件形式應(yīng)用試驗(yàn)單位濾膜孔徑或切割割分子量濾膜材質(zhì)組件類型膜面積（m2）使用形式供應(yīng)商清華大學(xué)0.1mm聚丙烯中空纖維0.4浸沒式浙江大學(xué)清華大學(xué)0.45mmZrO2管式0.28分置式法TECH-SSET清華大學(xué)0.1mm聚乙烯中空纖維4.0浸沒式日本三菱公司同濟(jì)大學(xué)0.065mmm聚丙烯中空纖維2.0浸沒式百事德公司大連理工大學(xué)MW300000聚丙烯中空纖維4.0浸沒式

哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)0.34mm聚砜中空纖維1.0浸沒式

蘭州鐵道學(xué)院超濾膜PAN/PS外壓管式0.0173分置式自制南京建筑學(xué)院0.01mm聚丙烯中空纖維1.0浸沒式

4

MBR研研究進(jìn)展目前，MBR的的研究主要集集中在以下幾幾個(gè)方面：（1）降低膜污污染，提高膜膜通量；（2）探求合適適的工作條件件和工藝參數(shù)數(shù)；（3）降低處理理工藝的運(yùn)行行成本。張少輝,鄭平平,華玉妹〔1〕用反硝化生生物膜啟動(dòng)厭厭氧氨氧化反反應(yīng)器的研究究等選取不同同截留分子量量的聚醚砜膜膜（PES），采用板板框式膜組件件構(gòu)成的厭氧氧MBR對高濃度食食品廢水進(jìn)行行處理，考察察了截留分子子量對膜通量量和出水效果果的影響。王榮昌,文湘湘華,錢易〔2〕分析了生物物膜反應(yīng)器中中好氧顆粒污污泥形成機(jī)理理，研究了MBR運(yùn)行條件對對膜過濾特性性的影響。楊玉旺〔3〕研研究了移動(dòng)床床生物膜反應(yīng)應(yīng)器處理污水水的研究應(yīng)用用進(jìn)展。邢傳紅等進(jìn)行了了管式MBR（分置式）處處理城市污水水的工藝設(shè)計(jì)計(jì)，認(rèn)為運(yùn)行行成本主要由由電費(fèi)、藥劑劑費(fèi)和人工費(fèi)費(fèi)等3部分組成。其其中電費(fèi)是最最主要的，電電耗為2.3kWW·h/m33。魯敏，曾慶福，張張躍武〔4〕對一種新型型生物膜反應(yīng)應(yīng)器處理污水水的研究發(fā)生生了濃厚興趣趣。王亞娥等分析了了影響超濾膜膜通量和過濾濾阻力的主要要因素。楊磊等對MBRR運(yùn)行過程中中的膜污染和和清洗進(jìn)行了了較詳盡的試試驗(yàn)。李軍,彭永臻臻,楊秀山,王寶貞,楊海燕〔5〕著重研究了了序批式生物物膜法反硝化化除磷特性及及其機(jī)理。姜蘇等〔6〕研研究了一體化化A/O生物膜法處處理生活污水水。白宇等〔7〕研研究分析了污污水深度處理理生物濾層中中菌群的時(shí)空空分布特征。陳壁波等〔8〕〕對移動(dòng)床生生物膜反應(yīng)器器及對造紙廢廢水處理的意意義進(jìn)行了卓卓有成效的研研究論證。CoteP研研究了浸沒式式膜系統(tǒng)的電電耗，包括抽抽吸泵及曝氣氣2部分。每立立方米產(chǎn)水僅僅耗電0.3～0.6kkW·h，而電耗是是運(yùn)行費(fèi)用的的主要部分。榮宏偉等〔9〕〕在實(shí)驗(yàn)室條條件下對序批批式生物膜法法生物除磷進(jìn)進(jìn)行了試驗(yàn)研研究，得出了了令人期待的的結(jié)論。WangL--ChooHo等比較了浸浸沒式和分置置式MBR工藝運(yùn)行時(shí)時(shí)的電耗，結(jié)結(jié)果是，在通通量為18L/((m2·h)的情況下，前前者電耗僅為為0.2～0.4kkW·h//m3,而后者電耗耗為2～10kWW·h/mm3。鮑立寧等〔100〕在電極生物物膜脫氮工藝藝中反硝化菌菌相分析方面面進(jìn)行了研究究。MBR因自身特特殊的工藝也也要求了不同同于一般的超超、微濾膜材材料，但制備備針對于MBR所用的膜材材料的研究還還很少。顯然然選擇合適的的膜材料是降降低膜污染的的一個(gè)重要方方法，這還有有待于進(jìn)一步步研究。5

MBR應(yīng)應(yīng)用實(shí)例隨著研究的深入入，國內(nèi)外已已有了MBR應(yīng)用的實(shí)例例。實(shí)踐表明明，膜污染嚴(yán)嚴(yán)重、水通量量低，是限制制MBR推廣應(yīng)用最最主要的原因因。加拿大CoteeP等報(bào)道了北北美洲在20世紀(jì)90年代MBR發(fā)展的概況況。其中ZENON環(huán)保公司在1996年推出了組組件膜面積為為46m2、體積密度度為63m2/m3的ZW-5000型膜生物反反應(yīng)器，該設(shè)設(shè)備已成功地地應(yīng)用于市政政污水處理。目目前以小規(guī)模模裝置為主，處處理能力為10～200m3/d，主要在辦辦公樓、購物物中心、學(xué)校校、醫(yī)院和療療養(yǎng)地推廣使使用。裝置的的水力停留時(shí)時(shí)間(HRT)為24h，SRT為1～2年。濾出液液經(jīng)過紫外線線消毒或活性性炭吸附后，用用作廁所沖洗洗水。在安大大略省建成的的日處理污水水38000m3的MBR裝置，安裝裝了ZW-5000型膜組件144個(gè)，總膜面面積6624mm2。曝氣池體體積440m3，正常HRT為3.8h；厭氧反應(yīng)應(yīng)池體積為380m3，HRT為2.4h。運(yùn)行期間間的MLSS濃度為120000～200000mg/LL，MLVSS濃度僅為MLSS的55%～70%。運(yùn)行9個(gè)月以來出出水BOD和有機(jī)磷的的去除率都接接近100%。日本自19988年以來，著著重推廣了中中水道系統(tǒng)的的開發(fā)利用。其其目的主要是是將以廚房排排水、洗臉及及洗澡后的排排水為主體的的樓房排水進(jìn)進(jìn)行處理，然然后作為廁所所沖洗水再利利用。比如，日日立工廠建設(shè)設(shè)公司用高濃濃度活性污泥泥法和旋轉(zhuǎn)平平板超濾膜裝裝置組合而成成的系統(tǒng)作為為大樓中水道道的回用系統(tǒng)統(tǒng)。因?yàn)槟ぐ灏逍D(zhuǎn)，使膜膜表面的污泥泥被攪拌，從從而可控制膜膜面污染。天津清華德人環(huán)環(huán)境公司和天天津大學(xué)共同同研制的MBR已有了一些些的應(yīng)用實(shí)例例。以處理天天津某寫字樓樓排放的污水水為例，該寫寫字樓的建筑筑面積約為170000m2,采用了日處處理能力為25m3的裝置，設(shè)設(shè)備本體占地地3.2m2,投資10余萬元，能能耗為0.8kWW·h/m33。處理出水水可用作沖廁廁、綠化及洗洗車等。鄭斐等〔11〕〕研制出生物物膜法的新工工藝—無泡曝氣膜膜生物反應(yīng)器器。呂曉輝等〔122〕對移動(dòng)床生生物膜反應(yīng)器器脫氮除磷技技術(shù)情有獨(dú)衷衷，使脫氮除除磷效率又有有了較大的發(fā)發(fā)展。6

結(jié)語6.1

MBBR綜合了膜分分離技術(shù)和生生物處理技術(shù)術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，超超、微濾膜組組件能替代CAS中的二沉池池，更有效地地進(jìn)行泥水分分離，并延長長SRT，提高微生生物對污水中中有機(jī)物的處處理能力。經(jīng)經(jīng)超、微濾膜膜處理后出水水水質(zhì)好可以以直接用于非非飲用水回用用。系統(tǒng)占地地面積小，幾幾乎不排剩余余污泥，具有有較高的抗沖沖擊能力。6.2

MBBR具有一定的的實(shí)用性，但但膜污染仍是是制約MBR推廣應(yīng)用的的最主要因素素。因?yàn)镸BR中膜材料既既要面臨活性性污泥、污水水中固體顆粒粒的污染，又又要面臨活性性污泥中微生生物的侵蝕。雖雖可以通過控控制抽停時(shí)間間、曝氣量等等工藝參數(shù)以以及采用適當(dāng)當(dāng)?shù)那逑醇夹g(shù)術(shù)來減少膜面面的污染，但但最有效、最最根本的方法法是研制出一一種抗污染、耐耐微生物侵蝕蝕的新的膜材材料及對膜進(jìn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母母男浴?.3

在應(yīng)應(yīng)用MBR技術(shù)處理市市政、生活污污水并實(shí)現(xiàn)中中水回用時(shí)，還還要考慮另外外一個(gè)關(guān)鍵因因素，即運(yùn)行行成本。因此此，在研究中中要始終將運(yùn)運(yùn)行成本。作作為考慮試驗(yàn)驗(yàn)方案和確定定試驗(yàn)結(jié)果的的主要出發(fā)點(diǎn)點(diǎn)。7

參考文獻(xiàn)獻(xiàn)1張少輝,鄭鄭平,華玉妹.反硝化生物物膜啟動(dòng)厭氧氧氨氧化反應(yīng)應(yīng)器的研究.環(huán)境科學(xué)學(xué)學(xué)報(bào),20044,24(22):2200～2242王榮昌,文文湘華,錢易.生物膜反應(yīng)應(yīng)器中好氧顆顆粒污泥形成成機(jī)理.中國給水排排水，2004，20（3）：5～8.3楊玉旺.移動(dòng)動(dòng)床生物膜反反應(yīng)器處理污污水的研究應(yīng)應(yīng)用進(jìn)展.工