MBR處理廢水技術
1、MBR工藝概述
膜生物反應器是以酶、微生物或動、植物細胞為催化劑，進行化學反應或生物轉化，同時憑借超濾分離膜不斷的分離出反應產物并截留催化劑而進行連續反應的裝置。它最早使用于生物化工行業中的連續發酵工藝，后來被應用在城市生活污水和生物處理的工業廢水處理工藝中，既克服了傳統活性污泥潔本身的一些不可避免的弊病，同時又具有膜分離占地少、高效和操作方便的優點。
MBR工藝一般由膜分離組件和生物反應器二部分組成。根據膜組件的設置位置不同，分為分置式和一體式二大類。
最先出現的是分置式MBR，生物反應器內的混合液經工藝泵增壓后進入膜組件，在壓力作用下混合液中的水透過膜成為處理水，其余物質被膜截留并隨濃縮液回流到反應器內。總體上講，分置式MBR具有運行穩定可靠、易于操作管理、膜的清洗更換和增設容易等優點。
一體式MBR工藝是將膜組件直接安置在生物反應器中，通過工藝泵的負壓抽吸作用得到膜過濾出水。由于膜浸沒在反應器的混合液中，因此也稱為浸沒式或淹沒式MBR。同分置式相比，一體式MBR具有工藝簡單和運行費用低的優點，但一體式MBR在運行穩定性、操作管理和膜的清洗更換方面不及分置式。
在生物反應器內放置0.02微米的微/超濾膜，可過濾截留全部膠體污染物質與細菌、大部分病毒，并通過活性污泥消化分解污染物質，膜產水優質穩定，只需較少的消毒劑用量就能消滅剩余的病毒：如排入城市污水處理廠也將顯著減輕殘余消毒劑對生物處理系統的破壞作用。優越的處理性能使MBR在工程應用中取得了相當大的成績,但要在應用中進一步提高競爭力和擴大市場份額,仍面臨著諸多挑戰,主要體現在以下幾方面:
① 提升膜材料和膜組件。進一步開發壽命長、強度好、抗污染、價格低的膜材料,對膜組件的研究應朝著處理能力大、能耗低的方向發展。
② 膜污染及其控制策略。利用分子生物學、顯微可視化方法等深入研究膜污染機理,探索更為有效、簡便的方法以控制和減緩膜污染的發生與發展。
③ MBR 的經濟性。與傳統工藝相比,MBR費用仍偏高,需進一步降低其能耗以增強MBR的競爭力,因此需加強對MBR經濟性的研究(如能耗、清洗費用、勞動力成本等) 。
④ MBR處理規模和應用領域。擴大MBR的處理規模和應用領域,尤其是對高濃度污水和難降解廢水的處理,解決MBR用于大規模工程項目中出現的新問題。
⑤ 膜組件的更換與標準化。除新建項目外,已有MBR污水處理項目中膜組件的更換,將進一步拉動MBR 市場的發展。以每年的市場增長率為10% (新建項目) 、膜組件的平均使用壽命為5 年計, 膜組件的更換最終將占到每年膜銷售量的40%。為進一步降低膜的成本費用,提高MBR工藝的經濟性和競爭力,有必要對MBR的膜組件進行標準化設計。
2、MBR在廢水處理中的優勢
2．1分離效率高
超濾膜的孔徑一般0．19m左右，截留相對分子質量一般為200一2000，在一定的操作壓力下，可以讓水和低分子溶解物質通過它，實現混合液的泥、水分離，而不用體積龐大的二沉池，使得污水處理構筑物結構緊湊，占地面積小。同時這種膜分離幾乎是一種強制的機械攔截作用，優于傳統法中二沉池的自由重力沉降作用，不會因為污泥膨脹現象而導致出水水質超標或惡化。
2．2活性污泥濃度高
人們將分離工程中的膜技術應用于廢水生物處理，以膜組件代替二沉池，提高了泥水分離率，幾乎截留了全部活性污泥，并通過回流使其返回生物反應器，大大提高了活性污泥即微生物的濃度，從而提高了生化反應速率，而這一濃度在活性污泥法中是無法實現的。
2．3可使某些專性細菌維持其原有活性
當廢水酸堿度高、鹽濃度高或含難降解有機物時，因為它們對微生物有毒害作用，所以不宜用廢水與微生物直接接觸的方法處理，需要進行預處理或稀釋。特別是當廢水中含有揮發性有毒物質時，在傳統的好氧生物處理中容易隨曝氣氣流揮發，發生氣提現象，處理效果不穩定。在萃取膜生物反應器中，廢水與活性污泥被膜隔離開來，廢水在膜腔內流動，與進水槽和出水槽相連，而含有某種專性細菌的活性污泥在膜外流動，廢水與微生物不直接接觸。這樣可獲得理想的處理效果。
2．4有利于生物反應器內硝化細菌的滯留生長
膜的分離截留作用使生長緩慢的硝化細菌大量滯留在反應器內，使膜生物反應器對NH3一N具有很高的去除效果。膜生物反應器具有超過90％的m—N去除能力，在進水m—N為20—30mg／L時，出水NH3一N含量基本都在2mg／L以下。較長的污泥齡為硝化細菌的生長繁衍提供了條件，膜對細菌的攔截作用使硝化細菌在曝氣池內累積，但膜的攔截作用本身對NH3一N去除并無貢獻。因m—N在水中是以水和氨離子存在，屬無機小分子，可自由穿過膜的微孔。另外，污泥可提供較多的厭氧環境，有利于反硝化過程的進行。
2．5可提高系統的傳氧效率
在膜生物反應器中，曝氣系統所采用的膜是一種透氣性膜，傳質阻力小，可以在高壓下運行。在該系統中，由于氧氣停留在膜組件中，氣體停留時間越長，分配到液相中的氧氣比例越大，氧的傳質效率越高；又由于氧氣傳質面積一定，在傳統曝氣系統中影響氣泡大小和停留時間的因素對其沒有影響，系統供氧更穩定；選擇不同的膜表面積和氣壓，能滿足生物反應器的各種需氧量。
3、影響處理效果的幾個因素
3．1膜截留分子量的影響
不同膜截留分子量條件下好氧分置式膜生物工藝研究結果表明：
(1)當其它條件相同時，超濾膜截留分子量大，雖然清水通量和短期運行時膜水通量也大，但在長期運行條件下，膜表面更易出現濃差極化現象，清洗周期縮短，截留分子量對超濾膜水通量的影響逐漸減少；
(2)截留分子量高低對系統有機物去除性能影響較小；
(3)膜截留分子量不同，生物反應器內的MISS濃度也會明顯不同，該現象的確切原則有待于試驗研究進一步確定。
3．2溶解氧的影響
(1)膜生物反應器中，在DO為6mg／L左右，MISS為8000mg／L一9000mg／L，溫度24℃，進水COD、NH3一N分別為523．700mg／L和17．24—24mg／L的條件下，對COD、NH3一N、"IN的去除率分別為98％、99％、65％，說明此時對COD、NH3一N的去除率都非常高，但對TN的去除率不是很高。
(2)DO為3 mg／L左右時，對COD、NH3一N、TN的去除率分別為96．5％、98％、75％，說明此時對COD、NH3—N的去除率仍很高。由于DO的下降，IN的去除率略有上升。
(3)DO為1 mg／L左右時，對COD、NH3一N、TN的去除率分別為96％、95％、92％，說明此時對COD、NH3一N、TN的去除率都很高，同步硝化反硝化在反應器中起到了很好的作用，這一條件為最佳條件。
(4)DO為0．5 mg／L左右時，對COD、NH3—N、TN的去除率分別為90％、70％、60％，并且對COD、NH3一N、TN的去除率很不穩定。
4、結束語
膜生物反應器在處理廢水中具有獨特的技術優勢，特別是在廢水需回用和占地有限制的場合下更是一項極具潛力的技術。膜污染是膜過程中不可避免的，但采用新型抗污染膜或采取適宜的操作方法可以減少其影響；膜劣化則是膜過程中必須避免的，采用各種新型耐酸、耐堿、耐溶劑的分離膜，嚴格遵守操作規范可以有效地延長膜的壽命、較大程度地避免膜的劣化現象的發生。由于受膜材料的價格、膜污染及膜組件的性能等問題的影響，要使其得到實際應用，還需做大量的工作。
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