摘　要　膜生物(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應器(qi)(qi)是將生物(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應器(qi)(qi)與膜分(fen)離技術(shu)相結合的一種高效廢水處理新(xin)技術(shu)。綜述了膜生物(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應器(qi)(qi)的類型、特(te)點、對污(wu)染物(wu)(wu)的去除特(te)性以(yi)及該工藝的影響因素和(he)運(yun)行(xing)控制(zhi)，提出了膜生物(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應器(qi)(qi)所(suo)存在的問題及其研究進展和(he)發展趨勢。

關鍵詞　膜(mo)生物反應器；廢水(shui)回用(yong)；膜(mo)污染；膜(mo)清洗

1前言

膜(mo)(mo)生(sheng)(sheng)物反應器(MBR)是一(yi)種由(you)膜(mo)(mo)分離單元與生(sheng)(sheng)物處(chu)理(li)單元相結合的(de)(de)新型水(shui)(shui)處(chu)理(li)技(ji)術，在(zai)廢水(shui)(shui)資(zi)源化及(ji)中水(shui)(shui)回用(yong)方面具有(you)及(ji)其(qi)廣(guang)(guang)闊的(de)(de)發(fa)展前(qian)景，已經(jing)受到了國內外(wai)的(de)(de)廣(guang)(guang)泛關注(zhu)。目(mu)前(qian)隨(sui)著水(shui)(shui)資(zi)源短缺(que)局(ju)勢的(de)(de)日益(yi)嚴峻(jun)及(ji)膜(mo)(mo)生(sheng)(sheng)產技(ji)術的(de)(de)不斷(duan)更新發(fa)展，MBR在(zai)水(shui)(shui)處(chu)理(li)領域得到了逐漸廣(guang)(guang)泛的(de)(de)應用(yong)，其(qi)數量日益(yi)增(zeng)多，規模不斷(duan)擴大，因(yin)此(ci)對(dui)膜(mo)(mo)生(sheng)(sheng)物反應器的(de)(de)進(jin)一(yi)步研究，對(dui)緩解(jie)我國日益(yi)嚴重的(de)(de)水(shui)(shui)環境污染狀(zhuang)況將具有(you)十分重要的(de)(de)意(yi)義。

2 MBR工藝的類型及(ji)特點(dian)

2.1  MBR工(gong)藝的分類

膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應器(qi)(qi)主要由(you)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)組(zu)件(jian)、泵和(he)(he)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應器(qi)(qi)三部分組(zu)成。根據膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)組(zu)件(jian)在膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應器(qi)(qi)中所起的(de)(de)(de)(de)作用(yong)的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)同，膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應器(qi)(qi)可(ke)以分為(wei)(wei)(wei)三種(zhong)類型[1]：（1）分離(li)(li)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應器(qi)(qi)（BSMBR－Biomass Separation Membrane Bioreactor）（2）無泡曝氣膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應器(qi)(qi)（MABR－Membrane Aeraction Bioreactor）（3）萃(cui)取(qu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應器(qi)(qi)（EMBR－Extractive Membrane Bioreactor）。目(mu)前我們(men)通(tong)常所說的(de)(de)(de)(de)MBR就是(shi)這三種(zhong)類型的(de)(de)(de)(de)總稱(cheng)，其中BSMBR是(shi)目(mu)前研究和(he)(he)應用(yong)最(zui)為(wei)(wei)(wei)廣(guang)泛的(de)(de)(de)(de)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應器(qi)(qi)，通(tong)常在無特殊說明的(de)(de)(de)(de)情況下(xia)，稱(cheng)之(zhi)為(wei)(wei)(wei)MBR。膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應器(qi)(qi)中所使用(yong)的(de)(de)(de)(de)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)組(zu)件(jian)相當于傳統生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)處理(li)(li)系統中的(de)(de)(de)(de)二(er)沉池，主要工程是(shi)進(jin)行固液分離(li)(li)，截留的(de)(de)(de)(de)污泥回流至生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應器(qi)(qi)，透過(guo)水外排(pai)。MABR則是(shi)采用(yong)致密膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)或(huo)微孔(kong)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)為(wei)(wei)(wei)氧傳遞(di)介(jie)質(zhi)或(huo)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)載體，對(dui)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應器(qi)(qi)進(jin)行無泡供(gong)氧，可(ke)實(shi)現對(dui)氧的(de)(de)(de)(de)高效利(li)用(yong)。EMBR則是(shi)采用(yong)萃(cui)取(qu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)將廢水中有(you)害、有(you)毒或(huo)溶(rong)解性(xing)差的(de)(de)(de)(de)物(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)進(jin)行萃(cui)取(qu)后，采用(yong)專(zhuan)性(xing)菌對(dui)其進(jin)行單獨的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)化(hua)學   處理(li)(li)，從而使專(zhuan)性(xing)菌不(bu)(bu)受廢水中離(li)(li)子強度和(he)(he)pH的(de)(de)(de)(de)影(ying)響，優化(hua)了生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)功能[2]。

2.2 MBR工藝的特點(dian)

MBR工(gong)藝采(cai)用膜組件(jian)代(dai)替傳統(tong)活(huo)(huo)性污泥(ni)(ni)工(gong)藝中的二(er)沉(chen)池(chi)，實(shi)現(xian)了(le)(le)高效的固液分(fen)離，克服了(le)(le)傳統(tong)活(huo)(huo)性污泥(ni)(ni)工(gong)藝水(shui)質(zhi)波動(dong)及不(bu)夠(gou)理(li)想、易發生(sheng)污泥(ni)(ni)膨脹等問題；與傳統(tong)活(huo)(huo)性污泥(ni)(ni)工(gong)藝及許多(duo)其(qi)他(ta)(ta)的廢水(shui)生(sheng)物(wu)處理(li)工(gong)藝相比較(jiao)，MBR工(gong)藝因其(qi)以具(ju)有特殊性能的膜作為泥(ni)(ni)水(shui)分(fen)離和澄清(qing)出水(shui)的介質(zhi)，而具(ju)有其(qi)他(ta)(ta)生(sheng)物(wu)處理(li)工(gong)藝無法比擬的明(ming)顯優勢，主要是以下幾點[3]：

（1）出水水質(zhi)良好(hao)。由于膜反應(ying)器能夠高效(xiao)地進行固液(ye)分離, 分離效(xiao)果遠(yuan)好(hao)于傳統的沉淀(dian)池(chi), 出水懸浮(fu)物和濁度接(jie)(jie)近于零(ling)，可直接(jie)(jie)回用，實(shi)現(xian)了污水資(zi)源化。

（2）使運(yun)行控制更加靈活穩定。由于膜(mo)的(de)高效截流作用，使微生物完全截留(liu)在反(fan)應器內，實現了反(fan)應器水力停留(liu)時間(HRT)和(he)污泥齡(SRT)的(de)完全分離。

（3）反應器內的微生物濃度(du)高，耐沖(chong)擊負荷。

（4）泥齡(ling)長。膜分離使污(wu)水(shui)中(zhong)的(de)大(da)分子難降解成分，在體積有(you)限(xian)的(de)生物反應器(qi)內有(you)足(zu)夠的(de)停留時間(jian)，大(da)大(da)提高(gao)了難降解有(you)機物的(de)降解效率(lv)，反應器(qi)在高(gao)容積負(fu)荷、低污(wu)泥負(fu)荷、長泥齡(ling)下運行，基本無剩余污(wu)泥排放。

（5）占(zhan)地面積小(xiao)，工藝設備集中，系(xi)統采用(yong)PLC控制(zhi)，可(ke)實現(xian)全程自動化控制(zhi)。

3 MBR工藝的應用

MBR工(gong)(gong)藝(yi)最早主要用于(yu)微(wei)生(sheng)物(wu)發酵(jiao)工(gong)(gong)業，在污水(shui)處(chu)(chu)理領域中(zhong)的應用研(yan)究始于(yu)60年代的美(mei)國。進(jin)入(ru)21世紀，國內外(wai)對膜生(sheng)物(wu)反應器的研(yan)究有了較(jiao)大(da)的進(jin)展，并逐漸(jian)進(jin)入(ru)中(zhong)試和生(sheng)產性(xing)應用研(yan)究階(jie)段(duan)。MBR工(gong)(gong)藝(yi)具有常(chang)規污水(shui)生(sheng)化處(chu)(chu)理所無法比(bi)擬的優勢，因此在城市污水(shui)處(chu)(chu)理與(yu)回用、中(zhong)水(shui)回用、生(sheng)活污水(shui)以及(ji)高濃度工(gong)(gong)業廢水(shui)等(deng)處(chu)(chu)理中(zhong)得到(dao)了廣泛(fan)的應用[4-6]。

MBR工(gong)藝因其占地(di)面(mian)積小(xiao)、生(sheng)(sheng)化效(xiao)率高、出水水質好(hao)等優(you)點(dian)已(yi)被國(guo)內外水處理領域所認可。隨(sui)著水資源短缺局勢的日益嚴峻及膜(mo)生(sheng)(sheng)產(chan)技術的不(bu)斷更(geng)新發展,MBR在水處理領域中逐漸得到了較為(wei)廣泛的應用, 其數量日益增(zeng)多(duo), 規模(mo)也不(bu)斷擴大[7-8]。

4 MBR工藝的影響因素及膜污染的控制措施

4.1  MBR工藝的影響因素

MBR工(gong)藝(yi)中，影(ying)響其工(gong)藝(yi)設計(ji)和(he)運(yun)行效能的(de)因素除廢(fei)水(shui)水(shui)質、污泥特性等外(wai)，更(geng)為(wei)重(zhong)要(yao)的(de)應是其膜(mo)的(de)運(yun)行操作(zuo)條(tiao)件，因此，在正確把(ba)握(wo)廢(fei)水(shui)水(shui)質，合理選取工(gong)藝(yi)設計(ji)參數和(he)運(yun)行方式外(wai)，加強對膜(mo)運(yun)行過程的(de)控制，就(jiu)顯得更(geng)為(wei)重(zhong)要(yao)。

在MBR工藝中(zhong)，膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)分離(li)操(cao)(cao)(cao)(cao)作的(de)(de)(de)主要影響因(yin)素(su)(su)(su)有膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)面(mian)流(liu)速(su)、溫度、操(cao)(cao)(cao)(cao)作壓(ya)力(li)(li)等，這些因(yin)素(su)(su)(su)對膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)通(tong)(tong)量(liang)(liang)及膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)組件(jian)的(de)(de)(de)有效產水效能構成(cheng)直接的(de)(de)(de)影響。其中(zhong)的(de)(de)(de)關鍵運(yun)行控制條件(jian)因(yin)素(su)(su)(su)有膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)操(cao)(cao)(cao)(cao)作壓(ya)力(li)(li)與膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)面(mian)流(liu)速(su)及膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)污染控制。作為MBR工藝中(zhong)重(zhong)要的(de)(de)(de)運(yun)行控制條件(jian)，操(cao)(cao)(cao)(cao)作壓(ya)力(li)(li)和膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)面(mian)流(liu)速(su)均(jun)對膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)通(tong)(tong)量(liang)(liang)有較大(da)的(de)(de)(de)影響，而且它們(men)的(de)(de)(de)影響往(wang)往(wang)又是(shi)相(xiang)(xiang)互(hu)交叉和制約的(de)(de)(de)，膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)面(mian)流(liu)速(su)一定(ding)且濃(nong)差(cha)(cha)極(ji)(ji)化現象(xiang)尚(shang)不明顯(xian)時，膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)通(tong)(tong)量(liang)(liang)隨壓(ya)力(li)(li)的(de)(de)(de)增(zeng)大(da)而增(zeng)大(da)；發生濃(nong)差(cha)(cha)極(ji)(ji)化后(hou)，壓(ya)力(li)(li)的(de)(de)(de)增(zeng)大(da)，一方面(mian)可(ke)以提(ti)高(gao)(gao)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)通(tong)(tong)量(liang)(liang)，但將在促進濃(nong)差(cha)(cha)極(ji)(ji)化的(de)(de)(de)同(tong)時，增(zeng)加通(tong)(tong)水的(de)(de)(de)阻力(li)(li)。當操(cao)(cao)(cao)(cao)作壓(ya)力(li)(li)一定(ding)時，隨膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)面(mian)流(liu)速(su)的(de)(de)(de)提(ti)高(gao)(gao)，膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)通(tong)(tong)量(liang)(liang)相(xiang)(xiang)應(ying)提(ti)高(gao)(gao)，但當污泥濃(nong)度較高(gao)(gao)時，膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)面(mian)流(liu)速(su)提(ti)高(gao)(gao)到一定(ding)值后(hou)，由于膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)面(mian)泥餅阻力(li)(li)的(de)(de)(de)增(zeng)加，膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)通(tong)(tong)量(liang)(liang)提(ti)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)速(su)率(lv)將隨膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)面(mian)流(liu)速(su)的(de)(de)(de)提(ti)高(gao)(gao)而降低[9]。

4.2 膜污染的(de)控制(zhi)措施

膜(mo)污(wu)染是指處理料液(ye)中(zhong)的微粒、膠體(ti)粒子或(huo)溶(rong)質大分子由于(yu)與(yu)(yu)膜(mo)存在物理化(hua)學(xue)相互作用或(huo)機械作用而引起的在膜(mo)表面或(huo)膜(mo)孔內吸附、沉積(ji)造成(cheng)膜(mo)孔徑變小(xiao)或(huo)堵(du)塞(sai)，使膜(mo)產生透(tou)過通量與(yu)(yu)分離特(te)性的不可逆變化(hua)的現象(xiang)。通常認為膜(mo)污(wu)染主要(yao)由4種原因引起[10]：吸附、孔堵(du)、濃(nong)差極化(hua)、濾餅層(ceng)的形成(cheng)和壓縮

膜(mo)污染的防(fang)治措施基本包括三(san)種(zhong)：第(di)一：改善(shan)膜(mo)的性質，提高(gao)膜(mo)的親(qin)水(shui)性。第(di)二：對(dui)濾(lv)液進行預(yu)處理，改善(shan)濾(lv)液特(te)性對(dui)膜(mo)污染的防(fang)治有很(hen)大的作(zuo)用(yong)。第(di)三(san)：優化膜(mo)分離操作(zuo)條件。

無論如何改(gai)進工藝，膜污染都是無法避(bi)免的，所以在應用中應及時對膜進行清(qing)洗(xi)(xi)，使(shi)其(qi)恢復過濾能力。目(mu)前清(qing)洗(xi)(xi)方法主要(yao)有物理清(qing)洗(xi)(xi)、化學清(qing)洗(xi)(xi)、超聲波(bo)清(qing)洗(xi)(xi)和電清(qing)洗(xi)(xi)[11]。

5 MBR工藝存在的主要問題及(ji)研究進(jin)展

MBR工(gong)(gong)藝(yi)具(ju)有出水水質好，操作運行簡單，污(wu)泥產率低，占(zhan)地面積小(xiao)等優點(dian)。隨(sui)著膜(mo)生(sheng)物反應器(qi)在污(wu)水處理的(de)應用(yong)范圍和(he)(he)(he)規模不斷擴大和(he)(he)(he)增(zeng)加，該工(gong)(gong)藝(yi)具(ju)有傳統工(gong)(gong)藝(yi)所(suo)不具(ju)備的(de)許多優點(dian)，但同(tong)時也存在膜(mo)污(wu)染、膜(mo)清洗(xi)和(he)(he)(he)膜(mo)更換以及能耗高等問題，有待(dai)于(yu)對其進行深入(ru)的(de)研究和(he)(he)(he)改(gai)進。

5.1  MBR工藝存在的主要問題

(1) MBR工藝的(de)一大缺點是膜在運行一段(duan)時間(jian)以(yi)后比較容易受到(dao)污(wu)染(ran)。膜污(wu)染(ran)取(qu)決于混(hun)合液組(zu)成(cheng)特性(xing)和(he)膜的(de)物(wu)化性(xing)能。膜生物(wu)反應器(qi)中膜污(wu)染(ran)的(de)物(wu)質來源是活性(xing)污(wu)泥混(hun)合液。對活性(xing)污(wu)泥混(hun)合液這種組(zu)成(cheng)復雜而又變化的(de)體(ti)系，要認識其(qi)污(wu)染(ran)機理還需對MBR有個全面的(de)研究(jiu)。[14]。

(2) MBR工(gong)藝(yi)的(de)(de)另一大缺(que)點是能(neng)耗(hao)比較高。研(yan)究(jiu)表明(ming)，常規分(fen)離式(shi)MBR運行(xing)能(neng)耗(hao)明(ming)顯高于活性污泥法(fa)。MBR高能(neng)耗(hao)的(de)(de)原因首先是因為MBR過程必須(xu)保(bao)持一定的(de)(de)膜驅(qu)動壓(ya)力，其次是MBR中MLSS非常高，所(suo)以MBR工(gong)藝(yi)采用(yong)加大曝(pu)氣量(liang)的(de)(de)方式(shi)來(lai)改善(shan)水(shui)中氧的(de)(de)傳質(zhi)效果，因而造成能(neng)耗(hao)偏高。

(3)膜組件(jian)(jian)的(de)結構也是影響(xiang)MBR工(gong)藝(yi)發展和(he)應用(yong)的(de)重要因素。在MBR工(gong)藝(yi)中，膜組件(jian)(jian)的(de)費用(yong)明顯高于占地和(he)土建(jian)費用(yong)[12]。

5.2 研究進展及(ji)發展趨(qu)勢

(1) 開發高性能(neng)、耐(nai)污染膜(mo)以(yi)及(ji)提高膜(mo)的單位(wei)面積處理能(neng)力，能(neng)從根本上改善膜(mo)污染的問題。

(2) 優(you)化膜(mo)組件的安裝設計以及改(gai)善對膜(mo)的清洗方法，對其使用效(xiao)果(guo)也有(you)很大的影響。

(3) 通過改(gai)進(jin)膜組(zu)件的(de)(de)形式和工(gong)藝條件，可以解決MBR工(gong)藝能耗較高的(de)(de)問題(ti)。

(4) 在現(xian)有(you)工藝(yi)基礎(chu)上開發(fa)出(chu)一些(xie)新的工藝(yi)。在膜(mo)生(sheng)物反(fan)應器研(yan)究的早(zao)期，生(sheng)物反(fan)應器基本上都是(shi)采用活性(xing)污(wu)泥法，膜(mo)組件也多采用加壓式平板(ban)膜(mo)。隨著膜(mo)材(cai)料的發(fa)展(zhan)、生(sheng)物反(fan)應器新工藝(yi)的開發(fa)和研(yan)究工作(zuo)的不斷深入，近些(xie)年(nian)出(chu)現(xian)了一些(xie)新型的膜(mo)生(sheng)物反(fan)應器[13]。

6結語

膜生(sheng)物反應(ying)(ying)器在污(wu)水(shui)處理(li)中的(de)應(ying)(ying)用和(he)研究(jiu)涉及(ji)到(dao)(dao)生(sheng)物學(xue)、水(shui)力學(xue)、材(cai)料學(xue)、經濟學(xue)和(he)工(gong)程學(xue)等眾多學(xue)科(ke)(ke)(ke)，MBR的(de)發展(zhan)需要每個(ge)學(xue)科(ke)(ke)(ke)的(de)進一步探(tan)索和(he)各個(ge)學(xue)科(ke)(ke)(ke)之間的(de)相互滲(shen)透。雖然(ran)膜污(wu)染和(he)高(gao)能耗問題尚(shang)未得到(dao)(dao)徹底(di)解(jie)決，但是由于MBR工(gong)藝(yi)有著傳統工(gong)藝(yi)所無法比擬的(de)優勢(shi)，尤其是近20年來有機高(gao)分(fen)子材(cai)料科(ke)(ke)(ke)學(xue)的(de)飛速(su)發展(zhan)，使得膜生(sheng)物反應(ying)(ying)器在城市污(wu)水(shui)和(he)工(gong)業污(wu)水(shui)處理(li)領域中得到(dao)(dao)了更多的(de)應(ying)(ying)用。可以相信，隨著膜技術(shu)發展(zhan)的(de)日益成熟(shu)，MBR技術(shu)必(bi)然(ran)會在我國成為一種實(shi)用技術(shu)而被廣泛(fan)采納。

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