近(jin)年來，隨著廢水排(pai)放量的(de)(de)飛(fei)速增長，膜(mo)(mo)生(sheng)物(wu)反(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)以其(qi)出水水質高、用(yong)地面積小、易于控制等優(you)點(dian)得到(dao)迅速的(de)(de)推廣。本文綜述了膜(mo)(mo)生(sheng)物(wu)反(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)的(de)(de)類(lei)型、研究(jiu)(jiu)歷程、應(ying)(ying)(ying)用(yong)以及膜(mo)(mo)生(sheng)物(wu)反(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)的(de)(de)優(you)缺點(dian)，介紹(shao)了膜(mo)(mo)生(sheng)物(wu)反(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)存(cun)在的(de)(de)最大問題即膜(mo)(mo)污(wu)染以及膜(mo)(mo)污(wu)染的(de)(de)防治，希(xi)望給膜(mo)(mo)生(sheng)物(wu)反(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)的(de)(de)進(jin)一步研究(jiu)(jiu)應(ying)(ying)(ying)用(yong)提供參(can)考。  

一、膜生物反應器簡介  

膜(mo)(mo)生(sheng)物反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(MBR)是膜(mo)(mo)分(fen)離技術與生(sheng)物污(wu)水處理技術相結(jie)合的(de)新型態廢水處理系統(tong)。其(qi)主(zhu)要組(zu)成部分(fen)包括生(sheng)物反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器、膜(mo)(mo)組(zu)件和控制系統(tong)。其(qi)中(zhong)，生(sheng)物反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器主(zhu)要發生(sheng)污(wu)染物降解，為該降解過程提供場所。膜(mo)(mo)組(zu)件由膜(mo)(mo)和其(qi)支撐部分(fen)組(zu)成，是整(zheng)個反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器的(de)核(he)心部分(fen)。  

由于膜組件的(de)不同(tong)及(ji)膜組件與生物反應(ying)器不同(tong)的(de)結合(he)方(fang)式，MBR可以有多種(zhong)分類方(fang)法：  

(1)根(gen)據生物(wu)反應器(qi)中膜組件膜的(de)孔徑大(da)小，MBR反應器(qi)可分(fen)為微濾、超濾、納(na)濾、滲(shen)透汽化等反應器(qi)。  

(2)根(gen)據生(sheng)(sheng)物反(fan)應(ying)器(qi)反(fan)應(ying)過程(cheng)是(shi)否需要曝氣可以(yi)分(fen)為好氧(yang)型(xing)(xing)膜生(sheng)(sheng)物反(fan)應(ying)器(qi)和(he)厭(yan)氧(yang)型(xing)(xing)膜生(sheng)(sheng)物反(fan)應(ying)器(qi)。其中(zhong)好氧(yang)型(xing)(xing)主要用于處(chu)理城市廢水和(he)生(sheng)(sheng)活污水，厭(yan)氧(yang)型(xing)(xing)主要處(chu)理高濃度有機(ji)廢水。  

(3)根據膜組件(jian)中膜的形式及(ji)排(pai)列(lie)方法，MBR可以(yi)分(fen)為板框(kuang)式、螺旋卷式、圓管式、毛細管式和中空纖(xian)維式膜組件(jian)。其中，常(chang)見(jian)的有(you)板框(kuang)式和中空纖(xian)維式。  

(4)根據膜組件作用(yong)(yong)效果，其可以分(fen)(fen)為分(fen)(fen)離式(shi)(shi)MBR、曝氣式(shi)(shi)MBR和(he)萃取式(shi)(shi)MBR，分(fen)(fen)離式(shi)(shi)主要(yao)用(yong)(yong)來去除污水(shui)中的(de)(de)懸浮顆(ke)粒(li)，高(gao)(gao)效地(di)完成固液分(fen)(fen)離。曝氣式(shi)(shi)主要(yao)應(ying)用(yong)(yong)于(yu)高(gao)(gao)需(xu)氧量廢水(shui)的(de)(de)處理(li)。萃取式(shi)(shi)主要(yao)用(yong)(yong)于(yu)工業廢水(shui)處理(li)中，用(yong)(yong)來完成廢水(shui)中污染(ran)物的(de)(de)萃取收集。  

(5)根據膜(mo)組(zu)件與生(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)應器(qi)的位置(zhi)擺放不同(tong)，MBR可分為分置(zhi)式(shi)(shi)和一體式(shi)(shi)膜(mo)生(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)應器(qi)。分置(zhi)式(shi)(shi)膜(mo)生(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)應器(qi)又稱循環(huan)式(shi)(shi)膜(mo)生(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)應器(qi)，混合(he)液通過(guo)增(zeng)壓(ya)進入組(zu)件內部，在壓(ya)力(li)作用下，液體透過(guo)膜(mo)而固體顆(ke)粒(li)被截留，濃縮液回流至生(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)應器(qi)進行循環(huan)。而一體式(shi)(shi)則是直接將膜(mo)組(zu)件放在反(fan)(fan)應器(qi)內部。  

二、MBR研究歷程及應用  

1.MBR的研究歷程  

二十世(shi)(shi)紀(ji)六十年(nian)代(dai)，活性污泥生物反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)與(yu)錯流膜過濾相結合，首次實現(xian)了MBR在(zai)(zai)廢(fei)水處理(li)中(zhong)的(de)應(ying)(ying)用(yong)。1989年(nian)，研究工(gong)作者(zhe)將(jiang)膜組件放在(zai)(zai)生物反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)內部，突破了一(yi)體式MBR反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)的(de)進展。九十年(nian)代(dai)以來(lai)，由于(yu)膜通(tong)量的(de)不(bu)斷(duan)提高，膜污染控制技術和膜材料也有了很大的(de)改進，膜生物反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)的(de)成本越來(lai)越低，該工(gong)藝逐步受到關注(zhu)。截(jie)止到2006年(nian)，全世(shi)(shi)界使用(yong)膜生物反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)的(de)總(zong)值達(da)到2.16億美(mei)元。相對(dui)而(er)言，我(wo)國發(fa)展起步較(jiao)晚(wan)，但其發(fa)展趨勢迅猛，增長速度遠超于(yu)世(shi)(shi)界平均增速，目前在(zai)(zai)許(xu)多(duo)實際污水處理(li)中(zhong)得(de)到良好的(de)應(ying)(ying)用(yong)。  

2.MBR的應用  

(1)MBR在城市污水處理中的應用

20世紀(ji)90年代末，隨著一體式(shi)MBR的出現，膜反應(ying)器在(zai)城市污(wu)水處理中的應(ying)用得到了快速的發展(zhan)，截止2005年，北(bei)美地區已建成219個(ge)MBR城市污(wu)水處理工程。我國雖然起(qi)步(bu)較晚，但發展(zhan)迅速，目前國內(nei)已經有較多正(zheng)在(zai)運行或建設(she)中的工程項目。  

(2)MBR在工業廢水處理中的應用  

相比(bi)于(yu)城市污水(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)，MBR在工業廢水(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)領域更具(ju)優勢。據統計，目(mu)前(qian)MBR在工業廢水(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)中已占(zhan)41%，廣(guang)泛用于(yu)印染、焦化、電(dian)鍍、煉油、食品、石(shi)化、啤酒、醫藥以及垃圾滲(shen)濾液等處(chu)理(li)(li)中。  

三、MBR的特點  

與傳統(tong)的水處理方法相比(bi)，MBR有以下幾個比(bi)較明顯的特點：  

(1)MBR可以(yi)有(you)效地截留污水中的微生(sheng)物，實現了污泥(ni)齡和水力(li)停留時間的分離(li)。通過調整污泥(ni)齡的大(da)小，使得生(sheng)長(chang)周期較長(chang)的微生(sheng)物如硝(xiao)化細菌(jun)及反硝(xiao)化細菌(jun)也可以(yi)成為(wei)優勢菌(jun)種(zhong)，在一定程度上可以(yi)提(ti)高整個反應器的脫(tuo)氮效率，使得運(yun)行(xing)更加靈活穩定。  

(2)MBR有較高的(de)固(gu)液(ye)分(fen)離效(xiao)(xiao)率(lv)，出水(shui)效(xiao)(xiao)果良好且穩定，受進(jin)水(shui)水(shui)質影響小。由于膜的(de)高效(xiao)(xiao)截留(liu)(liu)作(zuo)用，反應器中較大的(de)顆粒物(wu)、大分(fen)子的(de)有機(ji)物(wu)、細(xi)菌(jun)等均被截留(liu)(liu)在膜的(de)進(jin)水(shui)側。同時不(bu)用考慮污泥膨脹。  

(3)污泥(ni)濃度高(gao)，剩余污泥(ni)產(chan)量(liang)小。MBR可以在高(gao)容積負荷(he)(he)及(ji)低(di)污泥(ni)負荷(he)(he)條件下(xia)運行，剩余污泥(ni)產(chan)量(liang)低(di)，大大降(jiang)低(di)了后續(xu)的處理費用。  

(4)MBR反應器結構緊湊(cou)，工(gong)藝設備集中，因(yin)此占地(di)面(mian)積也較小，易實現一體化自動控制，操作(zuo)管(guan)理方(fang)便(bian)。  

盡管MBR具有上述特點，但也存在缺點，如膜污染(ran)(ran)嚴(yan)重、氧利用率低、投資成(cheng)本高、水(shui)處理能耗較高、化學清洗廢液(ye)會(hui)造成(cheng)二次污染(ran)(ran)等(deng)。實(shi)際應(ying)用中膜污染(ran)(ran)是影(ying)響MBR推(tui)廣的(de)最大限(xian)制因素。  

四、膜污染  

1.膜污染形成原因  

膜污(wu)染(ran)(ran)是(shi)指反應器在(zai)運行(xing)過程(cheng)中由于廢水中的(de)微小(xiao)顆粒(li)、膠體或大分子溶質在(zai)膜表面(mian)發生(sheng)物理化學等相互作用而造成的(de)膜孔堵(du)塞現(xian)象(xiang)。污(wu)染(ran)(ran)的(de)類型主要表現(xian)為孔口堵(du)塞、孔內沉積、和表面(mian)污(wu)染(ran)(ran)(污(wu)泥層形成)以及各種(zhong)污(wu)染(ran)(ran)形式的(de)組合。膜污(wu)染(ran)(ran)主要分為以下幾類：  

(1)短期(qi)污(wu)染，短時間內(nei)由于濃差極(ji)化、凝膠(jiao)層的形成使(shi)膜通量急劇(ju)下降(jiang)，其(qi)為可逆污(wu)染，通過(guo)反(fan)洗，可以迅速去除恢復。  

(2)長期污(wu)染(ran)，廢水(shui)中(zhong)的微小顆粒與膜(mo)表面發生的長期作(zuo)用而產生的膜(mo)污(wu)染(ran)現象，其為不(bu)可逆(ni)污(wu)染(ran)，可以(yi)通過化學(xue)藥(yao)劑清洗(xi)方法恢(hui)復。  

(3)不(bu)可(ke)逆膜污染(ran)，由于反應器的長期運(yun)行而產生(sheng)的不(bu)能(neng)被去除(chu)的污染(ran)。  

2.膜污染影響因素  

(1)膜本身的性質  

影(ying)響膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)污染的(de)(de)因素主要包括膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)材(cai)質、膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)孔(kong)(kong)徑、膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)親(qin)水性、膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)表面粗糙度(du)、電荷性質和密度(du)等。膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)組件(jian)根據膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)材(cai)料的(de)(de)不(bu)同主要分為無(wu)機膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)和有機膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)，其中應用(yong)(yong)于膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)生物反應器(qi)中的(de)(de)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)主要是無(wu)機膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)，較有機膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)而言使用(yong)(yong)壽(shou)命較長，不(bu)易(yi)形成(cheng)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)污染現象。膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)孔(kong)(kong)徑大(da)小及分布對膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)污染也有一(yi)定的(de)(de)影(ying)響，溶液(ye)(ye)性質不(bu)同、顆粒大(da)小分布不(bu)同，需采(cai)用(yong)(yong)不(bu)同孔(kong)(kong)徑的(de)(de)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)材(cai)料。與較大(da)孔(kong)(kong)徑的(de)(de)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)相比，小孔(kong)(kong)徑膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)更容易(yi)截留溶液(ye)(ye)中的(de)(de)污染物，因此而產(chan)生沉積層，增(zeng)加膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)阻力，加重膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)污染現象。膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)材(cai)料的(de)(de)憎水性對膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)污染也會產(chan)生影(ying)響。  

(2)混合液性質  

膜(mo)(mo)生物(wu)反應(ying)器中的膜(mo)(mo)污(wu)(wu)染(ran)主要(yao)來(lai)自混合(he)液(ye)(ye)中的物(wu)質(zhi)(zhi)。研(yan)究(jiu)表(biao)明懸浮固體(ti)濃度(du)(du)(MLSS)直接影響(xiang)混合(he)液(ye)(ye)粘(zhan)(zhan)度(du)(du)，粘(zhan)(zhan)度(du)(du)升高，過濾(lv)性能隨之下(xia)降，若流速(su)較小(xiao)或(huo)曝氣強度(du)(du)無法沖刷附(fu)著在膜(mo)(mo)表(biao)面的物(wu)質(zhi)(zhi)，則(ze)容易(yi)(yi)產生污(wu)(wu)染(ran)層。溶(rong)液(ye)(ye)中顆(ke)粒(li)大(da)小(xiao)及分布對膜(mo)(mo)污(wu)(wu)染(ran)現象的產生也(ye)有較大(da)的影響(xiang)，一般顆(ke)粒(li)粒(li)徑越小(xiao)，則(ze)容易(yi)(yi)在表(biao)面沉積，形成(cheng)的沉積層也(ye)越致(zhi)密，膜(mo)(mo)污(wu)(wu)染(ran)越嚴重(zhong)。除(chu)此(ci)之外，曝氣量、機械攪拌速(su)度(du)(du)及膜(mo)(mo)表(biao)面錯流速(su)度(du)(du)都會(hui)影響(xiang)膜(mo)(mo)污(wu)(wu)染(ran)程度(du)(du)。  

(3)操作條件  

操作條件(jian)會直(zhi)接(jie)或間接(jie)影響膜(mo)污(wu)(wu)染。研究表明適當增加(jia)污(wu)(wu)泥齡(ling)可以減少微生物(wu)產物(wu)和(he)胞外(wai)聚合物(wu)的生成，從(cong)而減緩膜(mo)污(wu)(wu)染現象。但(dan)是，過長的污(wu)(wu)泥齡(ling)又會增加(jia)污(wu)(wu)泥濃度，導致(zhi)更(geng)嚴重的膜(mo)污(wu)(wu)染。因此(ci)，實際城市污(wu)(wu)水應(ying)用(yong)中(zhong)一般設置SRT為5-20天。  

3.膜污染的防治  

目前，國(guo)內外(wai)膜污染的防(fang)治(zhi)主要集中在以下幾個方面(mian)：  

(1)改變(bian)混合液特(te)性，在混合液過濾(lv)前向其中加入(ru)適當的(de)藥劑或載體(ti)(如PAL、填料)，以改變(bian)料液或溶質(zhi)的(de)性質(zhi)，從而減輕膜污染負荷。  

(2)膜(mo)表(biao)面(mian)改性。膜(mo)表(biao)面(mian)的(de)改性主要傾向于以(yi)下幾個方面(mian)：新型無機膜(mo)的(de)開發;提(ti)高膜(mo)的(de)親水性以(yi)改善膜(mo)的(de)抗污染性能;制(zhi)造(zao)有機-無機混合膜(mo)，使之兼有無機膜(mo)與有機膜(mo)的(de)長處(chu)。  

(3)優化運(yun)行(xing)(xing)條件(jian)及反應器(qi)結構。選擇合適的(de)(de)操作壓力(li)、膜通量(liang)、曝氣強(qiang)度、HRT、SRT、抽(chou)吸時(shi)間(jian)(jian)及停(ting)抽(chou)時(shi)間(jian)(jian)，確定最優參數值(zhi);維(wei)持良好的(de)(de)生物條件(jian)，防止污(wu)泥膨脹和EPS的(de)(de)生成;間(jian)(jian)歇運(yun)行(xing)(xing)，停(ting)運(yun)期(qi)間(jian)(jian)進行(xing)(xing)空曝，并(bing)進行(xing)(xing)周(zhou)期(qi)性反洗。  

(4)膜清(qing)(qing)(qing)洗(xi)。為了恢復膜運行(xing)通量，必(bi)須對(dui)膜進行(xing)清(qing)(qing)(qing)洗(xi)，清(qing)(qing)(qing)洗(xi)方(fang)法包括物理清(qing)(qing)(qing)洗(xi)、化(hua)學清(qing)(qing)(qing)洗(xi)、超(chao)聲波清(qing)(qing)(qing)洗(xi)以及電清(qing)(qing)(qing)洗(xi)等。

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