MBR平板膜在新農村建設污水處理中的應用
來源：重慶吉創科技有限公司 閱讀：5758 更新時間：2012-11-08 14:43
當前我國農村的基礎設施建設十分落后，人居環境差，生活污水隨意排放。此外污水處理效率低，間歇排放量少且分散，氮、磷濃度高，含有大量的營養鹽、細菌、病毒等特點，給農村污水的收集和處理帶來了一定的難度。尋求一種經濟合理的處理工藝，加強農村生活污水的處理與回用，是社會主義新農村建設的重要內容。文章對MBR平板膜在生活污水處理中的應用及實際運用于無錫市（宜興市）丁蜀鎮尹家村生活污水處理的情況進行了簡單介紹，該村采用MBR工藝， 處理出水優于國家一級A排放標準。
1 引言
據報道，目前全國農村每年有超過2500萬噸的生活污水直接排放，造成河流、水塘污染。與城市相比，我國農村的基礎設施建設十分落后，人居環境差，環境安全隱患與問題突出，嚴重影響村民居住環境和身體健康。
因此，重視與加強農村地區的污水排放收集和處理設施建設工作，避免因污水未經處理直接排放而對農村地區的水體、土地等自然環境產生污染，確保農村水源安全和農民身體健康，既是新農村建設中加強基礎設施建設，推進村莊整治工作的一項重要內容，同時也是當前農村人居環境改善工作中所要解決的最迫切、最突出的問題。
2 農村污水排放特點
農村生活污水包括洗滌、沐浴、廚房炊事、糞便及其沖洗等排水[4]。
建設部《村莊人居環境現狀與問題》調查報告，對我國具有代表性的9個省43個縣74個村莊的入村入戶調查顯示，96%的村莊沒有排水渠道和污水處理系統，生產生活污水隨意排放。
農村污水處理率低，面廣分散、來源多、水質水量變化大、間歇排放排量少，這是農村污水的典型特征，此外，氮、磷濃度高并含有大量的營養鹽、細菌、病毒等特點，給農村污水的收集和處理帶來了一定的難度。
3 農村污水處理工藝
我國地域發展不平衡，不同地域間農村差別較大，加之農村地區長期以來形成的居住方式、生活習慣等方面的差異，使得污水處理方式不能過于單一，而應根據農村具體現狀、特點、風俗習慣以及自然、經濟與社會條件，因地制宜地采用多元化的污水處理模式。
農村污水處理工藝選擇時應重點考慮以下因素：
1）滿足當前達標處理與今后再生利用需要。針對農村地區的地形地勢、道路交通條件以及居民住宅建設布局等具體不同情況，探索因地制宜的農村污水收集處理方式，既解決當前村莊污水達標處理排放問題，又充分考慮今后污水處理回用的需要，節約水資源、保護水環境，促進農村地區的社會經濟發展與資源、環境相協調，這是確定農村地區污水處理方式首先應考慮的因素。
2）農村生活污水不像城市污水具有連續性，一般早、中、晚家庭用水較多，上午8點到10點達到高峰期，因為要使生活污水分散處理達到國家排放標準或者回用標準，在技術上要實現抗沖擊性。
3）應運行操作簡便，日常維護管理簡單。針對廣大農村地區經濟基礎薄弱、從業人員技術和管理水平較低的現狀，污水處理技術選擇應特別注重選用簡便易行、自動化控制水平很高、運行穩定、維護管理方便，利用當地技術和管理力量能夠滿足正常運行需要的處理工藝。
依據新農村建設對污水處理的要求， MBR污水處理技術憑借其具有占地面積小，運行簡單，即開即停，投資少，運行費用低，工藝流程短等絕對優勢，越來越多應用于農村污水處理場合。
目前，日本農村生活污水處理多采用膜生物反應器法，污水處理裝置體積小，操作運行簡單，目前日本已安裝有800萬個小型凈化裝置，服務人口3600萬，從污水分離出的污泥可運至農田做肥料。
4 MBR技術簡介
MBR（膜生物反應器技術）是一種微生物與膜分離技術相結合的高效生化水處理技術[11]。
4.1 MBR國內外發展史
20世紀60年代后期，Dorr-Oliver公司開發研制了第一個商用MBR，并將其應用于船舶污水處理（Bemberis et al，1971）。20世紀80年代末到90年代初，MBR工藝的商業化進程在各環保公司陸續展開。目前MBR工藝已在歐美、日本等發達國家得到了大規模的應用。
MBR技術在我國起步較晚，上世紀90年代初至2000年，僅止步于實驗室、小試、中試階段，2000年至2005年，MBR技術主要用于需廢水回用的小規模工業應用階段，處理量在百噸/天至千噸/天之間，2005年以后，由于中水回用等越來越受到國內的中試，MBR技術受到越來越多人的認可，作為21世紀水處理新技術之一，其在國內迅速發展起來。
4.2 MBR平板膜技術特點及優勢
迄今為止，在MBR工藝應用中，有兩大類型的淹沒式膜組件技術，即平板膜組件和中空纖維膜組件[14]，兩者均以由外而內滲透為特征，實際應用分析表明，中空纖維膜在市場中占了大部分比例，從經濟等因素分析更適合于較大規模的污水處理廠。但近年來，隨著平板膜越來越多優勢的凸顯，部分大型工程舍棄中空纖維膜而采用平板膜。
對比于中空纖維膜，平板膜優勢如下：
1) 中空纖維膜的成本是平板膜的1/2至1/3，但中空膜易污堵、斷絲，使用壽命一般只有1～3年，而平板膜使用壽命可達5～8年，是中空膜的3～4倍。
2) 中空纖維膜需頻繁清洗，一般1-2個月一次，而且必須采用離線清洗，后期維護工作量較大，配置人員較多；而平板膜可采用在線清洗，清洗周期一般為3-6個月，操作簡便，通過閥門控制，僅1人即可操作完成。
3) 較之中空膜，平板膜的抗污染能力強，機械強度高。
故在大規模工程中，雖然使用平板膜的初期投資成本高，但是后期維修費用和人工投入較小，且管理方便。
MBR平板膜技術具有適用范圍廣、綜合運行成本低、系統性能穩定，占地面積小等特點，分離效果遠優于傳統二沉池，處理出水極其清澈，懸浮物和濁度接近于零，細菌和病毒被大幅去除，出水水質可以直接作為非飲用水進行回用。在生活污水方面設計城市污水、樓宇污水、公廁污水、污水廠升級改造及其他有回用要求的污水處理場合。采用MBR污水處理新工藝的最大優勢是經處理后的排水可以作為中水回用，從而實現污水資源化及污水處理的零排放，解決了我國水資源極度匱乏的現狀。
4.3 MBR運行方式
在發展過程中，第一代MBR是分置式流程（60-80年代），使用板式膜和管式膜，但由于膜成本高，運行費用大，應用受到限制。
第二代MBR采用一體化浸沒式流程（80年代末以后），浸沒放置，低壓（抽吸或重力）出水，氣液兩相擾動，間歇運行，穩定運行時間長，運行能耗低，浸沒MBR的形式一般為內浸沒（與好氧反應器一體）和外浸沒（與好氧反應器分置）。
按照膜組件與生物反應器的組合方式，MBR工藝運行形式主要為分置式、一體式和復合式三種。
1 ）分置式膜生物反應器
膜組件和生物反應器分開設置，生物反應器中的混合液經循環泵增壓后打至膜組件的過濾端，在壓力作用下混合液中的液體透過膜，成為系統處理水。
圖1 分置式膜生物反應器示意圖
2） 一體式膜生物反應器
膜組件置于生物反應器內部，進水進入膜生物反應器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，在負壓作用下由膜過濾出水。
圖2 一體式膜生物反應器示意圖
3 ）復合式膜生物反應器
形式上也屬于一體式膜生物反應器，所不同的是在生物反應器內加裝填料，從而形成復合式膜生物反應器，改變了反應器的某些特性。
圖3 復合式膜生物反應器示意圖
5 應用實例
以無錫市（宜興市）丁蜀鎮尹家村農村生活污水處理示范工程為例。
丁蜀鎮尹家村位于美麗的太湖之濱，屬典型平原圩區，村域面積2.27平方公里，村內居民約400戶，1200人。尹家村分散式污水處理工程包括污水管網系統和處理系統兩部分，污水管網系統總約2000米，污水處理系統采用了 “膜生物反應器（MBR）”工藝，MBR出水排入人工景觀湖（具有穩定塘功能），處理能力為60t/d，進出水水質如表1所示。
本處理單元的核心工藝MBR處理單元將生物反應器的生物降解和膜的高效分離技術融為一體，能有效去除各種懸浮顆粒、細菌、濁度和COD及有機物，是目前國內先進的集成式組合新工藝。污水經MBR處理工藝后，再進入人工濕地和穩定塘，通過生態系統的耦合作用，進一步提高了出水水質，確保達到國家一級A排放標準。
表1 進出水水質
水質指標（mg/L） CODcr BOD5 SS NH3-N TN TP pH 水溫
進水水質 ≤350 ≤150 ≤150 ≤30 ≤40 ≤3 6-9 10-30℃
出水水質（一級A） ≤50 ≤10 ≤10 ≤5（8） ≤15 ≤0.5 — —
工藝流程圖如圖4所示：
圖4 工藝流程圖
6 總結
隨著我國農村建設的不斷完善，農村污水處理效率低的嚴峻問題日益被提上日程，考慮到我國的國情與水處理技術的進步，農村地區的污水處理必須充分考慮到土地資源、土壤、氣候、作物與污水特性，結合當地實際，加大投資力度，保證新農村污水治理工程的長期穩定可持續運行。
1 引言
據報道，目前全國農村每年有超過2500萬噸的生活污水直接排放，造成河流、水塘污染。與城市相比，我國農村的基礎設施建設十分落后，人居環境差，環境安全隱患與問題突出，嚴重影響村民居住環境和身體健康。
因此，重視與加強農村地區的污水排放收集和處理設施建設工作，避免因污水未經處理直接排放而對農村地區的水體、土地等自然環境產生污染，確保農村水源安全和農民身體健康，既是新農村建設中加強基礎設施建設，推進村莊整治工作的一項重要內容，同時也是當前農村人居環境改善工作中所要解決的最迫切、最突出的問題。
2 農村污水排放特點
農村生活污水包括洗滌、沐浴、廚房炊事、糞便及其沖洗等排水[4]。
建設部《村莊人居環境現狀與問題》調查報告，對我國具有代表性的9個省43個縣74個村莊的入村入戶調查顯示，96%的村莊沒有排水渠道和污水處理系統，生產生活污水隨意排放。
農村污水處理率低，面廣分散、來源多、水質水量變化大、間歇排放排量少，這是農村污水的典型特征，此外，氮、磷濃度高并含有大量的營養鹽、細菌、病毒等特點，給農村污水的收集和處理帶來了一定的難度。
3 農村污水處理工藝
我國地域發展不平衡，不同地域間農村差別較大，加之農村地區長期以來形成的居住方式、生活習慣等方面的差異，使得污水處理方式不能過于單一，而應根據農村具體現狀、特點、風俗習慣以及自然、經濟與社會條件，因地制宜地采用多元化的污水處理模式。
農村污水處理工藝選擇時應重點考慮以下因素：
1）滿足當前達標處理與今后再生利用需要。針對農村地區的地形地勢、道路交通條件以及居民住宅建設布局等具體不同情況，探索因地制宜的農村污水收集處理方式，既解決當前村莊污水達標處理排放問題，又充分考慮今后污水處理回用的需要，節約水資源、保護水環境，促進農村地區的社會經濟發展與資源、環境相協調，這是確定農村地區污水處理方式首先應考慮的因素。
2）農村生活污水不像城市污水具有連續性，一般早、中、晚家庭用水較多，上午8點到10點達到高峰期，因為要使生活污水分散處理達到國家排放標準或者回用標準，在技術上要實現抗沖擊性。
3）應運行操作簡便，日常維護管理簡單。針對廣大農村地區經濟基礎薄弱、從業人員技術和管理水平較低的現狀，污水處理技術選擇應特別注重選用簡便易行、自動化控制水平很高、運行穩定、維護管理方便，利用當地技術和管理力量能夠滿足正常運行需要的處理工藝。
依據新農村建設對污水處理的要求， MBR污水處理技術憑借其具有占地面積小，運行簡單，即開即停，投資少，運行費用低，工藝流程短等絕對優勢，越來越多應用于農村污水處理場合。
目前，日本農村生活污水處理多采用膜生物反應器法，污水處理裝置體積小，操作運行簡單，目前日本已安裝有800萬個小型凈化裝置，服務人口3600萬，從污水分離出的污泥可運至農田做肥料。
4 MBR技術簡介
MBR（膜生物反應器技術）是一種微生物與膜分離技術相結合的高效生化水處理技術[11]。
4.1 MBR國內外發展史
20世紀60年代后期，Dorr-Oliver公司開發研制了第一個商用MBR，并將其應用于船舶污水處理（Bemberis et al，1971）。20世紀80年代末到90年代初，MBR工藝的商業化進程在各環保公司陸續展開。目前MBR工藝已在歐美、日本等發達國家得到了大規模的應用。
MBR技術在我國起步較晚，上世紀90年代初至2000年，僅止步于實驗室、小試、中試階段，2000年至2005年，MBR技術主要用于需廢水回用的小規模工業應用階段，處理量在百噸/天至千噸/天之間，2005年以后，由于中水回用等越來越受到國內的中試，MBR技術受到越來越多人的認可，作為21世紀水處理新技術之一，其在國內迅速發展起來。
4.2 MBR平板膜技術特點及優勢
迄今為止，在MBR工藝應用中，有兩大類型的淹沒式膜組件技術，即平板膜組件和中空纖維膜組件[14]，兩者均以由外而內滲透為特征，實際應用分析表明，中空纖維膜在市場中占了大部分比例，從經濟等因素分析更適合于較大規模的污水處理廠。但近年來，隨著平板膜越來越多優勢的凸顯，部分大型工程舍棄中空纖維膜而采用平板膜。
對比于中空纖維膜，平板膜優勢如下：
1) 中空纖維膜的成本是平板膜的1/2至1/3，但中空膜易污堵、斷絲，使用壽命一般只有1～3年，而平板膜使用壽命可達5～8年，是中空膜的3～4倍。
2) 中空纖維膜需頻繁清洗，一般1-2個月一次，而且必須采用離線清洗，后期維護工作量較大，配置人員較多；而平板膜可采用在線清洗，清洗周期一般為3-6個月，操作簡便，通過閥門控制，僅1人即可操作完成。
3) 較之中空膜，平板膜的抗污染能力強，機械強度高。
故在大規模工程中，雖然使用平板膜的初期投資成本高，但是后期維修費用和人工投入較小，且管理方便。
MBR平板膜技術具有適用范圍廣、綜合運行成本低、系統性能穩定，占地面積小等特點，分離效果遠優于傳統二沉池，處理出水極其清澈，懸浮物和濁度接近于零，細菌和病毒被大幅去除，出水水質可以直接作為非飲用水進行回用。在生活污水方面設計城市污水、樓宇污水、公廁污水、污水廠升級改造及其他有回用要求的污水處理場合。采用MBR污水處理新工藝的最大優勢是經處理后的排水可以作為中水回用，從而實現污水資源化及污水處理的零排放，解決了我國水資源極度匱乏的現狀。
4.3 MBR運行方式
在發展過程中，第一代MBR是分置式流程（60-80年代），使用板式膜和管式膜，但由于膜成本高，運行費用大，應用受到限制。
第二代MBR采用一體化浸沒式流程（80年代末以后），浸沒放置，低壓（抽吸或重力）出水，氣液兩相擾動，間歇運行，穩定運行時間長，運行能耗低，浸沒MBR的形式一般為內浸沒（與好氧反應器一體）和外浸沒（與好氧反應器分置）。
按照膜組件與生物反應器的組合方式，MBR工藝運行形式主要為分置式、一體式和復合式三種。
1 ）分置式膜生物反應器
膜組件和生物反應器分開設置，生物反應器中的混合液經循環泵增壓后打至膜組件的過濾端，在壓力作用下混合液中的液體透過膜，成為系統處理水。
圖1 分置式膜生物反應器示意圖2） 一體式膜生物反應器
膜組件置于生物反應器內部，進水進入膜生物反應器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，在負壓作用下由膜過濾出水。
圖2 一體式膜生物反應器示意圖
3 ）復合式膜生物反應器
形式上也屬于一體式膜生物反應器，所不同的是在生物反應器內加裝填料，從而形成復合式膜生物反應器，改變了反應器的某些特性。
圖3 復合式膜生物反應器示意圖
5 應用實例
以無錫市（宜興市）丁蜀鎮尹家村農村生活污水處理示范工程為例。
丁蜀鎮尹家村位于美麗的太湖之濱，屬典型平原圩區，村域面積2.27平方公里，村內居民約400戶，1200人。尹家村分散式污水處理工程包括污水管網系統和處理系統兩部分，污水管網系統總約2000米，污水處理系統采用了 “膜生物反應器（MBR）”工藝，MBR出水排入人工景觀湖（具有穩定塘功能），處理能力為60t/d，進出水水質如表1所示。
本處理單元的核心工藝MBR處理單元將生物反應器的生物降解和膜的高效分離技術融為一體，能有效去除各種懸浮顆粒、細菌、濁度和COD及有機物，是目前國內先進的集成式組合新工藝。污水經MBR處理工藝后，再進入人工濕地和穩定塘，通過生態系統的耦合作用，進一步提高了出水水質，確保達到國家一級A排放標準。
表1 進出水水質
水質指標（mg/L） CODcr BOD5 SS NH3-N TN TP pH 水溫
進水水質 ≤350 ≤150 ≤150 ≤30 ≤40 ≤3 6-9 10-30℃
出水水質（一級A） ≤50 ≤10 ≤10 ≤5（8） ≤15 ≤0.5 — —
工藝流程圖如圖4所示：
圖4 工藝流程圖
6 總結
隨著我國農村建設的不斷完善，農村污水處理效率低的嚴峻問題日益被提上日程，考慮到我國的國情與水處理技術的進步，農村地區的污水處理必須充分考慮到土地資源、土壤、氣候、作物與污水特性，結合當地實際，加大投資力度，保證新農村污水治理工程的長期穩定可持續運行。
