朱萬進

（國能徐州發(fā)電有限公司，江蘇 徐州 221166）

0 引言

膜生物反應器處理技術（MembraneBioreactor，MBR）在1900 年問世，于1960 年迅速發(fā)展并在國外展開應用。最早一批被投放在微生物發(fā)酵工業(yè)中使用。隨著我國材料科學的不斷進步和制膜工藝的提升，膜生物反應器處理技術已經被相繼應用到食品生產加工、冶金、化工、醫(yī)療廢水處理等多個范疇。膜生物反應器處理技術實現了對水力滯留時間（HRT）和污泥滯留時間（SRT）的獨立控制。其優(yōu)點是占地面積小、節(jié)能環(huán)保、出水質量高、污泥余量小。

1 MBR 膜技術的概述

MBR 膜技術又稱作膜生物反應器處理技術，是一種水處理工藝，工作原理是生物處理單元和經膜分離單元結合的新型水處理技術[1]。MBR 膜技術的膜有不同的種類，根據膜的結構分類包括平板膜、中空纖維膜、管狀膜等；根據膜孔分類包括闊微濾膜、反滲透膜、超濾膜、納濾膜等，MBR 膜技術主要被投放在水資源再利用領域上被使用。

1.1 MBR 膜技術的工作原理

MBR 膜技術分為一體式、復合式和分置式三種類型[2]。

1）一體式MBR 膜技術，其原理是在生物反應器中安裝膜組件，膜生物反應器中含有活性污泥，活性污泥能夠去除污水中的污染物，然后泵會發(fā)揮出傳送作用，將其推送至膜進行過濾完成水的處理。

2）復合式MBR 膜技術，其原理是建立在一體式MBR 膜技術基礎之上的特殊表現形式，在生物反應器中加入特殊的填充物質，并使其發(fā)揮填充物的特性，為污水處理增添優(yōu)勢。

3）分置式MBR 膜技術，是將過濾膜作為獨立體和生物反應器分開，生物反應器中的混合液體在泵的壓力作用下透過膜，以此達到水污染的處理效果。

1.2 MBR 膜技術的工藝特點

MBR 膜技術中的膜起到至關重要的作用，膜的作用是過濾生物反應器中的活性污泥，攔截有機大分子污染物，使經過生物反應器處理后的廢水能夠正常排出。膜的原理和傳統(tǒng)工藝的二次沉淀原理極為相似，所以膜的出現成功取締傳統(tǒng)工藝的二次沉淀，使傳統(tǒng)工藝的弊端得到解決。MBR 膜技術的優(yōu)點：

1）出水水質優(yōu)良，此工藝和其他的工藝相比，MBR膜技術出水的水質量是最高的，實現了水資源的重復利用，這也是當今膜生物反應器領先的重要原因。

2）污泥余量較少，污水經MBR 膜技術處理和傳統(tǒng)工藝技術處理相比，MBR 膜技術處理后的污泥剩余量明顯比傳統(tǒng)工藝技術處理后的污泥剩余量少，甚至達到零淤泥排放量，解決了傳統(tǒng)工藝造成的污泥余量過盛的問題，而MBR 膜技術的可操控性和管理也尤為便捷和簡單，實用性也更強。

3）占地面積小，節(jié)約土地資源。

2 MBR 模技術的意義

水是一種非常寶貴的自然資源，人類的生活生產離不開水。據相關統(tǒng)計數據顯示，中國平均每年每人水資源的占有量不足全世界水平均量的1/4，大約只有2 250 m3。中國是人口大國，對水資源需求量較大，我國大約有600 多個城市，在這600 個城市中幾乎大多數的城市都在面臨著缺水的問題，間接說明我國缺水問題的嚴重性，平均每年水資源的缺乏量可達60 億m3，我國每年為補充缺水量將近耗資2 000 億元。正因如此，實現水資源的可重復利用是必要的。MBR 模生物反應器是一種有效的污水處理工藝，經過處理后的污水，水質量能夠達到規(guī)定指標。MBR 模生物反應器也是現階段相對較好的一種污水處理工藝，其具有環(huán)保性、經濟性、社會效益性，在污水處理領域受到廣泛的關注度[3]。

3 MBR 膜技術的分類

3.1 反滲透膜技術

反滲透其實是過濾的一個步驟，反滲透膜技術的作用是將液體溶劑通過壓力加壓到膜的另一面，所以，滲透需要一定的物理壓力支持，即將壓力轉換為推動力然后進行擠壓作用。但反滲透膜技術的原有壓力有一定限度，這就要求在溶液分離過程中，液體的壓力不可以超過反滲透的壓力。反滲透膜技術的特點是沒有污染、運行操作簡單便捷、有一定可選擇性、維修養(yǎng)護方便、設備運行耗能較低、結構合理科學，是一種比較環(huán)保健康的水處理膜技術。

3.2 滲透蒸發(fā)膜技術

滲透蒸發(fā)膜技術即液體通過滲透作用和蒸發(fā)作用后再分離的原理，滲透蒸發(fā)膜技術的特點是設備運行費用和投資資金偏低，但發(fā)展前景和發(fā)展空間還有待進一步提升。

3.3 超濾膜技術

濾過膜技術能夠對固體物質和液體物質的濃度進性高效分離，同時還能辨別分解物質的等級。超濾膜技術的特點是其自身性能比較高端，能同時對大分子物質和固體物質實現有效濃縮和分離。超濾膜技術是當今最為實用的一種技術，和其他膜技術相比，耗能和運行資金方面有一定經濟性，在污水處理領域中應用廣泛。

3.4 微濾膜技術

微濾膜技術表面孔隙較多，膜的厚度略微單薄，運行機制是將推動力轉化為靜壓差，物質分離在網狀過濾介質中進行。微濾膜技術特點是精確度高、膜孔直徑大小勻稱、過濾分離速率快、介質完好。微濾膜技術在飲食領域、生物制藥領域應用比較普遍。其能夠達到高效去除菌群、去除顆粒物質、凈化和濃縮。

4 MBR 膜技術處理污水工藝具體體現

4.1 厭氧、缺氧交替工藝

厭氧和缺氧交替工藝在污水處理中的優(yōu)勢在于其能夠加強生活污水里氮、磷的處理效果，強化脫氮除磷工藝環(huán)節(jié)。工藝組成是厭氧池和缺氧池共同構成交替反應池，將含有好氧池的濾過單元放入池中。好氧池的底面作用是改變回流污泥的流動方向，能夠起到污水治理的效果。在設備具體運行過程中，會順次產生缺氧環(huán)境和厭氧環(huán)境，對污水實行同時脫氮處除磷、硝化作用、生化需氧量（BOD）消除等環(huán)節(jié)。此外好氧反應器在連續(xù)曝氣過程中能降低膜污染，還能有效提高清洗的范圍。厭氧和缺氧交替工藝的應用比較常見，在所有污水處理工藝中占據一定優(yōu)勢。

4.2 A2/O+MBR 膜技術工藝

A2/O+MBR 膜技術工藝是將A2/O 技術和MBR 膜技術進行融合，取其兩者精華，摒棄兩者糟粕，二者結合的污水處理方式能夠有效配合，實現污水的高效率轉化。A2/O+MBR 膜技術工藝的優(yōu)點是降低水的留存時間，與此同時，能夠同步進行硝化作用以及反硝化作用。盡管C/N 水平較低，也不會影響污水處理效果，而對脫氮除磷的作用效率很高，其次對各種污染物質也能做到有效去除，在污水處理領域有重要的應用意義。

4.3 PAC-MBR 膜技術工藝

PAC-MBR 膜技術工藝是指將PAC 放置在MBR膜技術設備污染混合液中。通常情況下的污水處理，是以PAC 顆粒作為污泥絮體的框架。絮凝混合液中的物質可通過該工藝進行吸附，例如：細微膠體、溶解性有機物質、胞外聚合物等物質，可加大污泥顆粒的直徑，抗壓性也會隨之增加[4]。同時膜面沉積層孔隙率會有顯著的上升，密壓性會隨之而降低。最終，PAC-MBR 膜技術工藝中的膜過濾阻力和膜被污染的程度會降低，實質上是膜通量的增加來達到污水的成效。PAC 污泥絮體的吸附作用與生物降解作用之間有何不可分割的協(xié)同關系，作用過后會生成生物活性炭，在有機感染物處理環(huán)節(jié)中，PAC 會重新生成利用性，依次加長膜清洗周期。

4.4 進水、回流工藝

4.4.1 進水

脫氮除磷一直都是污水處理的重難點，為進一步加強污水廠脫氮除磷的成果，污水處理廠對污水來源途徑進行合理規(guī)劃，對即將進入的污水進行有效管控。需要格外注意的是，要控制好污水的比例，保證厭氧池以及缺氧池內的污水在有效范圍之內。

4.4.2 回流

回流環(huán)節(jié)的處理受多方面因素的影響，例如：MBR 膜技術工藝的特點和應用規(guī)定、污泥回流和硝化液規(guī)范化使用。

三段回流方式是MBR 膜工藝中的一種，主要是加大混合液中的氧氣水平，合理設定設備參數，實現對MBR 膜池消化液回流環(huán)節(jié)的把控，防止出現直接回流現象。

4.5 好氧區(qū)和優(yōu)化措施

在整個MBR 膜技術工藝流程中，回流和進水程序的方法需要做進一步的優(yōu)化，實現有效發(fā)揮污水處理過程中混合液回流提升和系統(tǒng)功能的提升[5]。通常情況下，大多數MBR 膜技術工藝提升系統(tǒng)需要利用水泵的功能，把污水從好氧池內提升到構建的膜池里，由于混合液具有一定重力，利用重力將污水引入構建好的生物池中。生物池中的污水會在MBR 膜技術工藝中的提升系統(tǒng)中實現進一步的自動化調整，該步驟的目的是防止生物池深度過低，將好氧池中的污水直接引入相應的膜池[6]。該過程的優(yōu)點是對出水水質有一定保證。另外，還需格外關注MBR 膜技術工藝中的好氧池，如果將混合液DO 的濃度高度作為基準點，則溶液融合的速度會有顯著的提升，使混合液能夠懸浮，并且紊流狀態(tài)相對較好。

4.6 設備參數設定以及MBR 膜技術處理工藝的運行維護

4.6.1 設備參數設定

MBR 膜技術工藝設備的運行，調配參數是污水處理的重要步驟，參數的設定直接影響污水的處理情況。污水來源不同，參數的設定也不同，要根據污水的特點設定合理的、科學的設備運行參數。例如污水中淤泥負荷多大或者污泥濃度過高，設備的參數需要隨之增大，這樣才能達到污水有效處理的效果[7]。

4.6.2 MBR 膜技術處理工藝的運行維護

膜組件的通透性直接影響出水能力，膜組件的通透性降低，出水量就會減少。所以，所以在日常的運行維護方面，要注重膜組件的清洗和保養(yǎng)。離線清洗和在線反洗系統(tǒng)共同作用能夠在一定程度上恢復膜的通透性。

5 MBR 膜技術污水處理的應用

MBR 膜技術在污水的處理中應用范圍很廣泛，本次主要闡述應用農村生活污水、城市污水以及煤化工污水的處理。

5.1 農村生活污水的應用

近年來，農村的經濟發(fā)展受到國家高度重視，在國家政策的有效引導下，農村經濟得到了大幅度的提升，但是，農村的環(huán)境問題并未引起相應部門的重視，水污染尤為嚴重的問題。生活在農村的村民對污水的排放毫無意識，池塘、小溪等都是農民任意排放污水的地方，長時間的污水積累，水質漸漸發(fā)黑，臭氣很大，導致許多蚊蟲滋生，不僅環(huán)境臟亂不堪，對農民的身體健康也存在著潛在威脅。農村生活污水具有氨氮和溶解磷含量較高的特點，所以在污水處理技術的選擇上非常廣泛，例如：厭氧池、好氧池、MBR 池的A2O-MBR 一體式反應器等都能夠對農村污水進行有效降解，能夠有效去除水中的氮磷含量和污染物。經A2O-MBR 一體式反應器處理過的污水等級可達國家一級水平。

5.2 城市污水處理

城市污水一般經管道匯集到城市污水處理廠進行處理，大量且集中的污水可選擇厭氧膜生物反應器，這種反應器完全取代了傳統(tǒng)的二沉池，消除了污泥大量堆積的顧慮。在城市城市污水的處理上，厭氧膜生物反應器還有很多優(yōu)勢，例如：該反應器大小無限制，對硬件無硬核要求，對城市建設的需求性達到較高的滿足性；該反應器在工作中不需要向反應器曝氣，使建設和運行費用得到控制，符合節(jié)能環(huán)保的需求；該反應器在工作中可產生沼氣，充分實現了資源的可重復利用；對高濃度積液廢水和餐飲的含油性廢水也能達到非常好的處理結果。

5.3 煤化工廢水處理

煤化工在工藝流程運行中會產生大量的廢水，廢水中含有大量的無機污染物和有機污染物，蘭炭廢水和焦化廢水就是常見的兩種煤化工廢水，其成分極其復雜，處理起來難度非常大，至今仍是污水處理中的難題。針對以上兩種廢水可采取以下措施。

蘭炭廢水是在中低溫干餾環(huán)境下產生的。有平臺提出一套流程優(yōu)化且降低費用的聯合處理工藝，工藝流程如下：“預處理→厭氧酸化→混凝沉淀→MBR 平板膜生物反應器”，經此工藝處理后出水水質優(yōu)良，能夠達到排放標準。

焦化廢水是在高溫干餾環(huán)境下產生的，其中包含大量的有毒物質。目前針對焦化碳水的處理采取“電解+MBR 工藝”。其工藝原理如下：

1）將重油類物質通過電解預處理以沉淀的方式去除。

2）混凝工藝負責去除清油和乳化油，但混凝工藝清除乳化油不徹底，常常會有少部分的殘留，殘留的部分和大量的氰化物、酚類等物質可通過電解徹底去除。

3）經電解處理后，廢水中的其他污染物通過MBR工藝降解去除。

4）處理過的廢水再經次氯酸鈉消毒方可達到排放的標準。

6 進一步提高MBR 膜技術應用效果的途徑

MBR 膜技術在處理污水中的應用價值很高，但是MBR 膜技術處理污水的成本不容小覷，膜污染和能耗問題限制了MBR 膜技術的應用領域。MBR 膜技術尚有很多改善的空間。

6.1 合理解決膜污染問題

膜的使用壽命受大分子無機物和有機物等影響，這些物質會形成沉淀堆積在膜的表面，膜的通透性會降低，逐漸堵塞，降低膜的使用壽命。有研究結果表明，在物質孔徑和膜的孔徑在極為接近或孔徑大于膜孔的情況下，膜孔極易發(fā)生堵塞。解決措施如以下兩點：從材料問題著手，發(fā)掘新的膜制作材料，在控制材料制作成本基礎上達到延長膜使用壽命的目的。也可在原材料上進行改進，提高膜的實用性；膜清洗技術，對堵塞的膜進性清潔，讓膜恢復通透性，在清洗的同時要保證不會對膜造成損壞。微納米氣泡技術在這一方面有很大的研究空間[8]。

6.2 有效處理能耗問題

不同類型的MBR 工藝在耗能方面具有一定差異性，分置式的耗氧MBR 的能耗比活性傳統(tǒng)污泥工藝高出十倍以上，一體式的MBR 于傳統(tǒng)工藝相差不大，但是一體式的MBR 在維持錯流效應上的能耗非常高，綜合相比一體式的MBR 并不比分置式的耗氧MBR 耗能少。尋找其他的工藝和MBR 膜技術對接，或者開發(fā)新的工藝將能耗降到最低是有效解決能耗問題的辦法[9]。

膜污染和能耗問題改進，MBR 膜技術的應用領域將走進新的里程。

7 MBR 膜技術的發(fā)展展望

7.1 拓展石油化工領域范圍應用

近年來，MBR 膜技術已經被投放到市政污水、農村生活污水、工業(yè)廢水、煤化工廢水、醫(yī)藥廢水等多個領域使用。預測在將來MBR 膜技術還會被應用到石油化工領域，特別是石油化工產業(yè)，石油化工產業(yè)中的油田淡水供應、污水處理、生產、以及加工程序中的反應、分離、濃縮、純化等環(huán)節(jié)，都可以運用MBR 膜技術進行處理。所以MBR 膜技術的發(fā)展和應用前景還是比較可觀的。

7.2 MBR 膜技術科技水平提升

根據近幾年的社會發(fā)展形勢來看，社會各界對科技的研究投入比較大，各種新型技術不斷興起，在污水處理領域也不例外。目前在MBR 膜技術的水處理工藝尚存在一些問題，可利用當下的高科技技術和MBR 膜技術進行有機結合。比如在MBR 膜技術上建立計算機網絡，增加信息處理技術，對設備運行的各項數據及設備參數進行統(tǒng)計整合，使MBR 膜技術的水處理過程及效果更佳明確和清晰，為水處理工作提供可視性。

8 結語

我國的水污染處理目前在MBR 膜技術的推動下已經得到了很大改善，MBR 膜技術擁有很多優(yōu)勢，在處理水污染上取得了一定價值，雖然MBR 膜技術的優(yōu)勢遠遠超過傳統(tǒng)水處理工藝，由于膜的使用成本和能耗問題使MBR 膜技術的應用范圍正在縮減。所以要維持MBR 膜技術的可持續(xù)發(fā)展，就要對膜的污染和能耗問題提出解決對策，這兩個難題一旦被攻克，MBR 膜技術將發(fā)揮最大應用價值，帶動水處理技術走向新紀元，從而解決污水處理的難題。