1  概述

膜生(sheng)物反應器[1]（Membrane Biological Reactor，簡(jian)稱MBR）技(ji)術(shu)，是(shi)膜分離技(ji)術(shu)與(yu)生(sheng)物技(ji)術(shu)有(you)機結合的(de)新型水處理技(ji)術(shu)。它通過膜的(de)分離技(ji)術(shu)，大(da)(da)大(da)(da)強化了生(sheng)物反應器的(de)功能，具有(you)設計操作簡(jian)單(dan)、出水水質良好、占地較(jiao)小(xiao)等諸多優點，尤其(qi)適用于城市高層建筑(zhu)和(he)住宅小(xiao)區生(sheng)活污水的(de)再生(sheng)利用。

1.1 MBR工藝作用(yong)機理

膜生物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)反應器(qi)是利用膜組件(jian)進行固液分(fen)(fen)離，將截(jie)流(liu)的(de)污(wu)泥(ni)回流(liu)至生物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)反應器(qi)中(zhong)(zhong)，透過水(shui)外排。膜組件(jian)是MBR中(zhong)(zhong)最主要(yao)的(de)部分(fen)(fen)，它(ta)是把膜以某種形式組裝(zhuang)成一個(ge)基本單元，相當于傳(chuan)統(tong)(tong)生物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)處(chu)理系統(tong)(tong)中(zhong)(zhong)的(de)二沉(chen)池[2]。在膜組件(jian)中(zhong)(zhong)，活性(xing)微生物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)與污(wu)水(shui)充分(fen)(fen)接觸(chu)，不斷氧化污(wu)水(shui)中(zhong)(zhong)的(de)那部分(fen)(fen)能被(bei)其(qi)降解的(de)有機物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)，而(er)不能被(bei)微生物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)降解的(de)有機物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)和無機物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)及活性(xing)污(wu)泥(ni)、懸浮(fu)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、各(ge)類膠體、大部分(fen)(fen)細菌則被(bei)截(jie)留(liu)，從(cong)而(er)實現對污(wu)水(shui)處(chu)理凈化的(de)目的(de)[3]。

1.2膜(mo)生物反(fan)應(ying)器的特點及應(ying)用現狀

1.2.1 MBR工(gong)藝特點

MBR（膜生(sheng)(sheng)物反應器(qi)技(ji)術(shu)(shu)(shu)）是膜分(fen)(fen)離(li)技(ji)術(shu)(shu)(shu)和(he)污水生(sheng)(sheng)物處(chu)理(li)技(ji)術(shu)(shu)(shu)有(you)機(ji)結合的(de)(de)產物，該(gai)技(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)(de)特(te)點(dian)是以(yi)超、微濾膜分(fen)(fen)離(li)過(guo)程取代傳統活性污泥(ni)處(chu)理(li)過(guo)程中(zhong)的(de)(de)泥(ni)水重力沉(chen)降分(fen)(fen)離(li)過(guo)程，由于采用膜分(fen)(fen)離(li)，因(yin)此可(ke)以(yi)保持(chi)很(hen)高的(de)(de)生(sheng)(sheng)物相(xiang)濃度和(he)非(fei)常(chang)優異的(de)(de)出(chu)水效(xiao)(xiao)果。可(ke)有(you)效(xiao)(xiao)去除水中(zhong)的(de)(de)有(you)機(ji)物與(yu)氨(an)氮(dan)等污染物質，與(yu)其他生(sheng)(sheng)物處(chu)理(li)技(ji)術(shu)(shu)(shu)相(xiang)比具有(you)以(yi)下特(te)點(dian)[4]：

（1）占地面(mian)積小，約為傳統(tong)工(gong)藝占地的1/2~1/3；

（2）高生物(wu)負荷率，可達2~5KgCOD/（m3•d）；

（3）低污泥產率(lv)，為常規方法的10~30%；

（4）系統不受污泥膨脹的影響；

（5）出水水質良好穩(wen)定；

（6）抗(kang)沖擊負荷能(neng)力強(qiang)，可(ke)適應2~3倍的水質、水量(liang)變化(hua)；

（7）自動化程度高，運行管理簡便(bian)；

（8）模塊(kuai)化，易于擴建(jian)。它用膜(mo)分離取代(dai)傳統活(huo)性污(wu)泥處理工藝中的二(er)沉池，而達到強(qiang)化污(wu)水凈化效果的目的。

1.2.2  MBR工藝應用現狀

國(guo)際上于(yu)20世紀90年(nian)代(dai)初期(qi)開始進入了實際應用(yong)階段，用(yong)于(yu)去除懸浮物(wu)，COD，BOD，TP，TN及細菌，現在(zai)膜(mo)生物(wu)反應器(qi)（MBR）工藝技術在(zai)單座(zuo)污(wu)水(shui)(shui)(shui)處理(li)(li)廠的(de)(de)(de)最大(da)日處理(li)(li)量能達到10 000 m3/d的(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)平(ping)[5]。我(wo)國(guo)MBR的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)還不到十年(nian)，但進展(zhan)十分迅速。國(guo)內對(dui)(dui)MBR的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)大(da)致(zhi)可分為(wei)(wei)幾(ji)個方面，現在(zai)主要處于(yu)擴大(da)MBR的(de)(de)(de)應用(yong)范圍(wei)的(de)(de)(de)階段，MBR的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)對(dui)(dui)象從生活污(wu)水(shui)(shui)(shui)擴展(zhan)到高濃度有機(ji)廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)（食品廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)、啤酒(jiu)廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)）與難降解(jie)工業廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)（石化(hua)污(wu)水(shui)(shui)(shui)、印染廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)等），但以生活污(wu)水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)處理(li)(li)為(wei)(wei)主[6][7]。

2  MBR工藝在中水處理中的應用

2.1 MBR工程應用(yong)

MBR工藝處(chu)理(li)污(wu)水，去除率高(gao)、處(chu)理(li)效果穩定且操作(zuo)方便、占地面積小，能較好的應(ying)用于居民住(zhu)宅區等建筑密度較大(da)的地區，目前(qian)國(guo)內(nei)已有一些(xie)成(cheng)功的案例可(ke)供參(can)考。圖(tu)1為某小區中水處(chu)理(li)MBR工藝圖(tu)[8]。

圖1 某小區(qu)中水處理(li)MBR工藝流程

 該工藝的運行周期內，運行情況良(liang)好(hao)[8]，出水(shui)水(shui)質可達到城(cheng)市(shi)污水(shui)再生利用城(cheng)市(shi)雜用水(shui)水(shui)質標準(GB/T18920-2002)的要求。

膜分離生(sheng)物(wu)反(fan)應(ying)器(qi)按照膜組件的(de)放(fang)置(zhi)(zhi)方式(shi)(shi)[9]可分為(wei)分體式(shi)(shi)（分置(zhi)(zhi)式(shi)(shi)）和一體式(shi)(shi)（浸(jin)沒式(shi)(shi)）膜生(sheng)物(wu)反(fan)應(ying)器(qi)（Submerged MembraneBioreactor）。

2.1.1 分體式生物反應器(qi)

分(fen)體式生(sheng)物(wu)反應(ying)(ying)器(qi)(qi)把生(sheng)物(wu)反應(ying)(ying)器(qi)(qi)與膜(mo)組件分(fen)開放置(zhi)，生(sheng)物(wu)反應(ying)(ying)器(qi)(qi)的(de)混(hun)合液經泵增壓后進入膜(mo)組件，在(zai)壓力(li)作用(yong)下混(hun)合液中的(de)液體透過膜(mo)得到系統出(chu)水，活性污泥則被截留，并隨濃縮液回流到生(sheng)物(wu)反應(ying)(ying)器(qi)(qi)內。

2.1.2 一(yi)體(ti)式生物反(fan)應器

一體式系統則直(zhi)接將(jiang)膜(mo)(mo)組件置(zhi)(zhi)于(yu)反應(ying)器(qi)內，通過(guo)泵的(de)抽(chou)吸得到過(guo)濾液(ye)，膜(mo)(mo)表面清(qing)洗(xi)所需的(de)交錯流(liu)由(you)空氣(qi)攪(jiao)動產生(sheng)，曝(pu)氣(qi)器(qi)設置(zhi)(zhi)在(zai)膜(mo)(mo)的(de)正下方，混(hun)合液(ye)隨氣(qi)流(liu)向上(shang)流(liu)動，在(zai)膜(mo)(mo)表面產生(sheng)剪切(qie)力，以減少膜(mo)(mo)的(de)污染(ran)。一體式膜(mo)(mo)生(sheng)物反應(ying)器(qi)可集沉淀過(guo)濾曝(pu)氣(qi)膜(mo)(mo)濾于(yu)一體，便(bian)于(yu)管理，優于(yu)分體式膜(mo)(mo)生(sheng)物反應(ying)器(qi)，在(zai)工程上(shang)應(ying)用較(jiao)多(duo)。

膜生物(wu)反(fan)(fan)應(ying)器利用膜分(fen)離(li)設備將(jiang)生化(hua)反(fan)(fan)應(ying)池中(zhong)的(de)活性(xing)污泥(ni)和大分(fen)子(zi)物(wu)質(zhi)截留(liu)住，活性(xing)污泥(ni)濃度(du)因(yin)此大大提(ti)高，水(shui)(shui)力停留(liu)時(shi)間（HRT）和污泥(ni)停留(liu)時(shi)間（SRT）可以分(fen)別控制，而(er)難(nan)降解的(de)物(wu)質(zhi)在(zai)反(fan)(fan)應(ying)器中(zhong)不(bu)斷反(fan)(fan)應(ying)，有效降解有機物(wu)，孔隙率不(bu)大于0.08μm級膜將(jiang)凈水(shui)(shui)與雜(za)質(zhi)徹底分(fen)離(li)，出水(shui)(shui)中(zhong)SS值趨于零。絕大部分(fen)的(de)細菌、微生物(wu)、熱源、病毒(du)隨同它的(de)載體一道被截留(liu)在(zai)污水(shui)(shui)中(zhong)，后續消(xiao)毒(du)手段可作為殺菌的(de)雙重保險，避免了傳統工藝(yi)可能會出現(xian)的(de)水(shui)(shui)質(zhi)不(bu)合格的(de)問題，出水(shui)(shui)水(shui)(shui)質(zhi)完(wan)全得到保證。

膜(mo)(mo)生(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)器的前處理與后處理極其簡單，占地小(xiao)，可程控化管理。MBR反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)器中的有機物在(zai)MBR池內(nei)被(bei)自(zi)身分(fen)解氧化，基本不(bu)產(chan)生(sheng)(sheng)剩余污(wu)泥(ni)，極少需要排泥(ni)，不(bu)產(chan)生(sheng)(sheng)二次污(wu)染，僅需利用簡單的PLC技術對水位進行自(zi)動控制、膜(mo)(mo)污(wu)染報(bao)警及(ji)開啟(qi)相應(ying)(ying)反(fan)(fan)(fan)洗設施(shi)即可程控化管理[10]。因此，一體(ti)式膜(mo)(mo)生(sheng)(sheng)物反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)器工(gong)藝(yi)通過膜(mo)(mo)在(zai)中水處理工(gong)藝(yi)中得(de)到廣泛的應(ying)(ying)用。

2.2 技術(shu)經濟可行性

在目(mu)前常見的幾種中(zhong)水回(hui)(hui)用處(chu)理工(gong)藝中(zhong)，MBR工(gong)藝的投資較(jiao)大。但從長遠(yuan)角度上來講，該工(gong)藝不(bu)僅(jin)能保證(zheng)穩定和(he)高質的出(chu)水，也能可以慢慢收(shou)回(hui)(hui)成本。當生(sheng)物(wu)膜的研究(jiu)到達新的階段，MBR將有可能成為應用最廣泛的污水處(chu)理技術。

某(mou)高(gao)校生(sheng)活區，采用(yong)MBR工藝(yi)中水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)回用(yong)，其處理(li)綜合成(cheng)本約為1 元(yuan)(yuan)/t[11]。按目前(qian)中水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)源數量和自來水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)市場水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)價（2.46 元(yuan)(yuan)/t）、全年280天(tian)，可得每年中水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)處理(li)量為4.2 萬(wan)t，每年減少(shao)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)費(fei)10.3 萬(wan)元(yuan)(yuan)。而水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)處理(li)綜合成(cheng)本為4.2 萬(wan)元(yuan)(yuan)/年，每年可節約6.1 萬(wan)元(yuan)(yuan)。在目前(qian)學生(sheng)規模狀況下，建設中水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)回用(yong)系(xi)統，將中水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)應用(yong)于沖廁(ce)、綠化澆(jiao)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)等用(yong)途(tu)，每年可節約6.1 萬(wan)元(yuan)(yuan)，經濟效益明顯。從(cong)社會角度分析，中水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)使用(yong)減少(shao)了(le)優質(zhi)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)源的(de)(de)消(xiao)耗，緩(huan)解了(le)地區供(gong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)不足的(de)(de)矛(mao)盾，具有顯著的(de)(de)社會效益。

3  MBR工藝尚需解決的問題

MBR在(zai)顯示出許多傳統工藝無法比(bi)擬的優點時，也暴露出一(yi)些尚需(xu)改進的地(di)方，這(zhe)是研(yan)究人員關注的焦點。

（1）膜制造技術需要(yao)進步，膜質量有待提高和膜制造成本(ben)需要(yao)降低，MBR的投資(zi)也會(hui)隨之降低。

（2）膜(mo)(mo)受到污染而導致膜(mo)(mo)通量的(de)降(jiang)低，如何減(jian)緩膜(mo)(mo)污染進(jin)程(cheng)從而維持(chi)膜(mo)(mo)通量是(shi)應用膜(mo)(mo)工藝時所面臨的(de)一大挑戰。

（3）雖(sui)然較高的(de)污泥(ni)濃度能有(you)效減小MBR的(de)體積(ji)，但(dan)過高的(de)污泥(ni)濃度對于MBR正常運行(xing)是不利的(de)，在運行(xing)MBR時應控制適當的(de)污泥(ni)濃度。

4 結語

綜上所述，MBR工(gong)藝(yi)作為一種新型的(de)(de)中水(shui)回用(yong)(yong)技術，具(ju)有運行管理簡單，出水(shui)水(shui)質可(ke)達到城市雜(za)用(yong)(yong)水(shui)水(shui)質標(biao)準的(de)(de)要求[12]，以及(ji)占地面(mian)積小等優點，今后將(jiang)隨著國內膜(mo)制造(zao)技術的(de)(de)提高以及(ji)各(ge)種新型MBR工(gong)藝(yi)的(de)(de)開發，其經濟成本和運行費將(jiang)進一步(bu)降低。因(yin)此可(ke)以預見，MBR在中國未來(lai)的(de)(de)中水(shui)回用(yong)(yong)領域，將(jiang)會進一步(bu)推廣并得到廣泛的(de)(de)應用(yong)(yong)。

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