《安全管理論文》之MBR技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用

.::;MBR技術(shù)在污水處置中的應(yīng)用

摘要：介紹了MBR在國內(nèi)外污水處置中的研究及應(yīng)用，以及MBR技術(shù)的分類及特點。

關(guān)鍵詞：膜生物反響器污水處置特點

膜生物反響器〔MembraneBioreactor，簡稱MBR〕，是由膜別離和生物處置結(jié)合而成的一種新型、高效的污水處置技術(shù)。膜別離技術(shù)最早應(yīng)用于微生物發(fā)酵工業(yè)，隨著膜資料和制膜技術(shù)的開展，其應(yīng)用領(lǐng)域不時擴(kuò)大，已經(jīng)涉及到化工、電子、輕工、紡織、冶金、食品、石油化工和污水處置等多個領(lǐng)域。

1、MBR技術(shù)在國外污水處置中的研究及應(yīng)用

膜別離技術(shù)在污水處置中的應(yīng)用開場于20世紀(jì)60年代末#1969年美國的Smith等人首次將活性污泥法與超濾膜組件相結(jié)合用于處置城市污水的工藝研究，該工藝大膽地提出了用膜別離技術(shù)取代常規(guī)活性污泥法中的二沉池，利用膜具有高效截留的物理特性，使生物反響器內(nèi)維持較高的污泥濃度，在F/M低比值下工作，這樣就可以使有機(jī)物盡可能地得到氧化降解，進(jìn)步了反響器的去除效率，這就是MBR的最初雛形。

進(jìn)入20世紀(jì)70年代，有關(guān)MBR的研究進(jìn)一步深化開展#1970年，Hardt等人使用完全混合生物反響器與超濾膜組合工藝處置生活污水，獲得了98%的COD去除率和100%去除細(xì)菌的結(jié)果。1971年，Bemberis等人在污水處置廠進(jìn)展了MBR試驗，獲得了良好的試驗結(jié)果。1978年，Bhattacharyya等人將超濾膜用于處置城市污水，獲得了非飲用回用水。1978年，Grethlein利用厭氧消化池與膜別離進(jìn)展了處置生活污水的研究，BOD和TN的去除率分別為90%和75%.

在這一時期，雖然各國學(xué)者對MBR工藝做了大量的研究工作，并獲得了一定的研究成果，但是由于當(dāng)時膜組件的品種很少，制膜工藝也不是非常成熟，膜的壽命通常很短，這就限制了MBR工藝長期穩(wěn)定的運行，從而也就限制了MBR技術(shù)在實際工程中的推廣應(yīng)用。

進(jìn)入20世紀(jì)80年代以后，隨著資料科學(xué)的開展與制膜水平的進(jìn)步，推動了膜生物反響器技術(shù)的向前開展，MBR工藝也隨之得到迅速開展。日本研究者根據(jù)本國國土狹小！地價高的特點對MBR技術(shù)進(jìn)展了鼎力開發(fā)和研究，并在MBR技術(shù)的研究和開發(fā)上走在了前列，使MBR技術(shù)開場走向?qū)嶋H應(yīng)用。

20世紀(jì)90年代以后，MBR技術(shù)得到了最為迅猛的開展，人們對MBR在生活污水處置！工業(yè)廢水處置！飲用水處置等方面的應(yīng)用都進(jìn)展了研究，MBR已經(jīng)進(jìn)入實際應(yīng)用階段，并得到了快速的推廣。

20世紀(jì)的最后幾年，人們圍繞著膜生物反響器的關(guān)鍵問題進(jìn)展了較多的研究，并獲得了一些成果。有關(guān)膜生物反響器的研究從實驗室小試！中試規(guī)模走向了消費性試驗，應(yīng)用MBR的中、小型污水處置廠也逐步見諸報道。1998年初，歐洲第一座應(yīng)用一體式膜生物反響器的生活污水處置廠在英國的Porlock建成運行，成為英國膜生物反響器技術(shù)的里程碑。

本世紀(jì)初，人們對膜生物反響器的研究方興未艾，使得該項技術(shù)正在逐步趨于成熟。

2、MBR技術(shù)在國內(nèi)污水處置中的研究及應(yīng)用

我國對膜生物反響器的研究雖然起步較晚，但開展速度很快。1991年，芩運華對膜生物反響器的應(yīng)用進(jìn)展了綜述，介紹了MBR在日本的研究情況，這是我國學(xué)者對膜生物反響器做的較早的報道。隨后，江成璋等人進(jìn)展了中空纖維超濾膜在生物技術(shù)中的應(yīng)用研究。1995年，樊耀波將MBR用于石油化工污水凈化的研究，研制出一套實驗室規(guī)模的好氧別離式MBR.

從1995年以來，我國對膜生物反響器污水處置技術(shù)的研究工作開場全面展開，多家科研院所進(jìn)展了此方面的研究，清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心、天津大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等對膜生物反響器的運行特性、膜通量的影響因素、膜污染的防止與清洗等方面做了大量細(xì)致的研究工作。2000年，顧平采用國產(chǎn)中空纖維膜對生活污水做了中試規(guī)模的MBR研究，結(jié)果說明：MBR工藝出水懸浮物為零，細(xì)菌總數(shù)優(yōu)于飲用水規(guī)范，COD和氨氮的去除率都高于95%，出水可直接回用。2001年，張立秋等對一體式MBR處置生活污水的主要設(shè)計參數(shù)HRT、SRT等進(jìn)展了理論推導(dǎo)，為實際工程設(shè)計提供了參考，并對膜堵塞機(jī)理進(jìn)展了深化研究討論，提出了膜內(nèi)部生物堵塞的存在。

雖然，我國在MBR技術(shù)的研究討論方面獲得了顯著的成果，但是同日本、英國、美國等國家相比，我國的研究試驗水平還比較落后，由于國產(chǎn)膜組件的品種較少，膜質(zhì)量較差，壽命通常較短，因而在實際應(yīng)用中存在一定的問題。雖然在我國膜生物反響器用于處置生活污水已有應(yīng)用，但到目前為止，設(shè)計完善、運行良好的應(yīng)用膜生物反響器的生活污水處置廠還未見報道。

3、MBR工藝的分類

膜生物反響器主要是由膜組件和生物反響器兩局部組成#根據(jù)膜組件與生物反響器的組合方式可將膜生物反響器分為以下三品種型：分置式膜生物反響器、一體式膜生物反響器和復(fù)合式膜生物反響器。

3.1分置式膜生物反響器

分置式膜生物反響器是指膜組件與生物反響器分開設(shè)置，相對獨立，膜組件與生物反響器通過泵與管路相連接#分置式膜生物反響器的工藝流程如圖1所示。

該工藝膜組件和生物反響器各自分開，獨立運行，因而互相干擾較小，易于調(diào)節(jié)控制，而且，膜組件置于生物反響器之外，更易于清洗更換#但其動力消耗較大，加壓泵提供較高的壓力，形成膜外表高速錯流，延緩膜污染，這是其動力費用大的原因，每噸出水的能耗為2～10kWh，約是傳統(tǒng)活性污泥法能耗的10～20倍，因而能耗較低的一體式膜生物反響器的研究逐步得到了人們的重視。

3.2一體式膜生物反響器

一體式膜生物反響器起源于日本，主要用于處置生活污水，近年來，歐洲一些國家也熱衷于它的研究和應(yīng)用#一體式膜生物反響器是將膜組件直接安頓在生物反響器內(nèi)部，有時又稱為吞沒式膜生物反響器〔SMBR〕，依靠重力或水泵抽吸產(chǎn)生的負(fù)壓或真空泵作為出水動力#一體式膜生物反響器工藝流程如圖2所示。該工藝由于膜組件置于生物反響器之中，減少了處置系統(tǒng)的占地面積，而且該工藝用抽吸泵或真空泵抽吸出水，動力消消耗用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于分置式膜生物反響器，每噸出水的動力消耗約是分置式的1/10.假如采用重力出水，那么可完全節(jié)省這局部費用。但由于膜組件浸沒在生物反響器的混合液中，污染較快，而且清洗起來較為費事，需要將膜組件從反響器中取出。

3.3復(fù)合式膜生物反響器

復(fù)合式膜生物反響器也是將膜組件置于生物反響器之中，通過重力或負(fù)壓出水，但生物反響器的型式不同#復(fù)合式MBR，是在生物反響器中裝置填料，形成復(fù)合式處置系統(tǒng)。

在復(fù)合式膜生物反響器中裝置填料的目的有兩個：一是進(jìn)步處置系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷，保證系統(tǒng)的處置效果；二是降低反響器中懸浮性活性污泥濃度，減小膜污染的水平，保證較高的膜通量。

復(fù)合式膜生物反響器中，由于填料上附著生長著大量微生物，可以保證系統(tǒng)具有較高的處置效果并有抵抗沖擊負(fù)荷的才能，同時又不會使反響器內(nèi)懸浮污泥濃度過高，影響膜通量。

4、MBR工藝的特點

4.1對污染物的去除效率高

MBR對懸浮固體〔SS〕濃度和濁度有著非常良好的去除效果。由于膜組件的膜孔徑非常小〔0.01～1μm〕，可將生物反響器內(nèi)全部的懸浮物和污泥都截留下來，其固液別離效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于二沉池，MBR對SS的去除率在99%以上，甚至到達(dá)100%；濁度的去除率也在90%以上，出水濁度與自來水相近。

由于膜組件的高效截留作用，將全部的活性污泥都截留在反響器內(nèi)，使得反響器內(nèi)的污泥濃度可到達(dá)較高水平，最高可達(dá)40～50g/L.這樣，就大大降低了生物反響器內(nèi)的污泥負(fù)荷，進(jìn)步了MBR對有機(jī)物的去除效率，對生活污水COD的平均去除率在94%以上，BOD的平均去除率在96%以上。

同時，由于膜組件的別離作用，使得生物反響器中的水力停留時間〔HRT〕和污泥停留時間〔SRT〕是完全分開的，這樣就可以使生長緩慢、世代時間較長的微生物〔如硝化細(xì)菌〕也能在反響器中生存下來，保證了MBR除具有高效降解有機(jī)物的作用外，還具有良好的硝化作用。研究說明，MBR在處置生活污水時，對氨氮的去除率平均在98%以上，出水氨氮濃度低于1mg/L.

此外，選擇適宜孔徑的膜組件后，MBR對細(xì)菌和病毒也有著較好的去除效果，這樣就可以省去傳統(tǒng)處置工藝中的消毒工藝，大大簡化了工藝流程。

另外，在DO濃度較低時，在菌膠團(tuán)內(nèi)部存在缺氧或厭氧區(qū)，為反硝化發(fā)明了條件。僅采用好氧MBR工藝，雖然對TP的去除效率不高，但假如將其與厭氧進(jìn)展組合，那么可大大進(jìn)步TP的去除率。研究說明，采用A/O復(fù)合式MBR工藝，對TP的去除率可達(dá)70%以上。

4.2具有較大的靈敏性和實用性

在城市污水或工業(yè)廢水處置中，傳統(tǒng)的處置工藝〔格柵+沉砂池+初沉池+曝氣池+二沉池+消毒池〕流程較長，占地面積大，而出水水質(zhì)又不能保證。而MBR工藝〔篩網(wǎng)過濾+MBR〕那么因流程短、占地面積??！處置水量靈敏等特點，而呈現(xiàn)出明顯優(yōu)勢#MBR的出水量根據(jù)實際情況，只需增減膜組件的片數(shù)就可完成產(chǎn)水量調(diào)整，非常簡單、方便。

對于傳統(tǒng)的活性污泥法工藝中呈現(xiàn)的污泥膨脹現(xiàn)象，MBR由于不用二沉池進(jìn)展固液別離，可以輕松處置。這樣，就大大減輕了管理操作的復(fù)雜水平，使優(yōu)質(zhì)！穩(wěn)定的出水成為可能。

同時，MBR工藝非常易于實現(xiàn)自動控制，進(jìn)步了污水處置的自動化水平。

4.3處置了剩余污泥處置難的問題

剩余污泥的處置問題，是污水處置廠運行好壞的關(guān)鍵問題之一#MBR工藝中，污泥負(fù)荷非常低，反響器內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)相對缺乏，微生物處在內(nèi)源呼吸區(qū)，污泥產(chǎn)率低，因而使得剩余污泥的產(chǎn)生量很少，SRT得到延長，排除的剩余污泥濃度大，可不用進(jìn)展污泥濃縮，而直接進(jìn)展脫水，這就大大節(jié)省了污泥處置的費用。有研究得出，在處置生活污水時，MBR最正確的排泥時間在35d左右。

由上述可知，MBR工藝所具有的優(yōu)越性，是目前其他處置工藝無法比較的#該工藝在城市污水或生活污水處置！高濃度有機(jī)廢水、難降解有機(jī)廢水以及中水回用等方面都具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]張軍，王寶貞，張立秋。復(fù)合吞沒式膜生物反響器脫氮除磷效能研究[J].中國給水排水，2000，〔16〕：26-28