1 關(guān)于MBR
膜生物反應(yīng)器(membrane bioreactor, MBR)集生物反應(yīng)器的生物降解和膜的高效分離于一體，是膜技術(shù)和污水生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合產(chǎn)生的新型高效污水生物處理工藝。其工作原理是利用反應(yīng)器的好氧微生物降解污水中的有機(jī)污染物，同時利用反應(yīng)器內(nèi)的硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化污水中的氨氮。最后，通過中空纖維膜進(jìn)行高效的固液分離出水。
MBR利用膜分離裝置將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)物有效截留，替代傳統(tǒng)活性污泥工藝中的二沉池，使生化反應(yīng)池中的活性污泥濃度(生物量)大大提高;實現(xiàn)水力停留時間(HRT)和污泥停留時間(SRT)的分別控制，將難降解的大分子有機(jī)物截留在反應(yīng)池中不斷反應(yīng)、降解。系統(tǒng)內(nèi)活性污泥濃度(MLSS)可提升至10 000 mg/L，污泥齡可延長30 d以上。該工藝不僅有效地達(dá)到了泥水分離的目的,而且基本解決了傳統(tǒng)的活性污泥法存在的污泥膨脹、污泥濃度低等因素造成的出水水質(zhì)達(dá)不到中水回用要求的問題。
2 MBR技術(shù)形成的歷史沿革及其功能分類
在發(fā)展過程中，diyi代MBR為分置式流程(20世紀(jì)60~80年代)。diyi代MBR使用板式超濾膜(聚丙烯晴)和管式超濾膜(有機(jī)及無機(jī))，由于膜成本高，運(yùn)行費用大且應(yīng)用受到限制。
第二代MBR為采用一體化浸沒式流程(20世紀(jì)80年代末以后)。浸沒式MBR的特點是：浸沒放置，低壓(抽吸或重力)出水，氣液兩相流擾動，間歇運(yùn)行，穩(wěn)定運(yùn)行時間長，運(yùn)行能耗低。浸沒MBR的型式包括內(nèi)浸沒(與好氧反應(yīng)器一體)和外浸沒(與好氧反應(yīng)器分置)。
MBR的基本結(jié)構(gòu)包括四個環(huán)節(jié)，即進(jìn)水系統(tǒng)、生物反應(yīng)池、膜組件、自控系統(tǒng)。由于各個環(huán)節(jié)的多樣性，MBR有著不同的分類。從整體上來講，膜生物反應(yīng)器分類有以下幾種。
膜分離生物反應(yīng)器，用于污水處理中的固液分離。
膜曝氣生物反應(yīng)器，膜被用于氣體質(zhì)量傳遞，通常是為好氧工藝供氧，可以實現(xiàn)生物反應(yīng)器的無泡曝氣，大大提高反應(yīng)器的傳氧效率。
萃取膜生物反應(yīng)器，用于工業(yè)中優(yōu)先污染物的處理，選擇性透過膜被用于萃取特定的污染物。
按照膜組件的放置方式可分為分體式和一體式膜生物反應(yīng)器。
分體式膜生物反應(yīng)器把生物反應(yīng)器與膜組件分開放置，膜生物反應(yīng)器的混合液經(jīng)增壓后進(jìn)入膜組件，在壓力作用下混合液中的液體透過膜得到系統(tǒng)出水，活性污泥則被截留，并隨濃縮液回流到生物反應(yīng)器內(nèi)。
一體式系統(tǒng)則直接將膜組件置于反應(yīng)器內(nèi)，通過抽吸得到過濾液，膜表面清洗所需的錯流由空氣攪動產(chǎn)生，設(shè)置在膜的正下方，混合液隨氣流向上流動，在膜表面產(chǎn)生剪切力，以減少膜的污染。一體式膜生物反應(yīng)器工藝是污水生物處理技術(shù)與膜分離技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。
3 目前MBR的利好亮點
MBR由于采用了膜分離技術(shù)與生物反應(yīng)器相結(jié)合的方式，有機(jī)物的最終去除仍然是微生物細(xì)胞的新陳代謝作用，只是膜高效的固液分離作用強(qiáng)化了這種生物處理作用，因此MBR具有許多其他生物處理工藝無法bini的明顯優(yōu)勢，體現(xiàn)在如下幾點：
(1) 能夠高效地進(jìn)行固液分離，分離效果遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的沉淀池，出水水質(zhì)良好，出水懸浮物和濁度接近于零，可以直接回用，實現(xiàn)了污水資源化。
(2) 膜的高效截留作用，使微生物*截留在反應(yīng)器內(nèi)，實現(xiàn)了反應(yīng)器HRT和污泥齡的*分離，使得運(yùn)行更加靈活穩(wěn)定。
(3) 反應(yīng)器內(nèi)的微生物濃度高，耐沖擊負(fù)荷。
(4) 膜生物反應(yīng)器有利于增殖緩慢的微生物的截留、生長和繁殖，使硝化效率得以提高。通過運(yùn)行方式的改變也可以具有脫氮和除磷的功能。
(5) 污泥齡可隨意控制。膜分離使污水中的大分子難降解成分，在體積有限的生物反應(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時間，大大提高了難降解有機(jī)物的降解效果。反應(yīng)器在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷、長泥齡的條件下運(yùn)行，可以實現(xiàn)基本無剩余污泥的排放。
6) 系統(tǒng)由可編程序控制器(PLC)控制，可以實現(xiàn)全程自動化控制。
4 MBR的應(yīng)用范圍
4.1 在好氧工藝方面
在生活污水方面，主要涉及城市污水、樓宇污水、公廁污水、污水廠升級改造以及其他有回用要求的污水處理場合。有關(guān)MBR對生活污水的處理特性一直是研究的重點，其工藝形式多采用好氧MBR。在歐美日等國，其研究的目的在于一方面改造污水處理廠，使其達(dá)到深度處理的要求;另一方面，用于廢水處理使其達(dá)到回用的目的。目前在北美，MBR處理生活污水的應(yīng)用主要是流量在10~200 m3/d的小型處理裝置。
MBR作為一種強(qiáng)化的生物處理工藝，在工業(yè)廢水的處理中主要包括制藥廢水、化工廢水、食品污水等高濃度、難降解有機(jī)廢水的處理。目前好氧MBR工藝已經(jīng)成功應(yīng)用于下列行業(yè)的工業(yè)污水處理：包括醫(yī)藥、紡織、化妝品、食品、造紙與紙漿、飲料、煉油工業(yè)與化工廠，在歐洲垃圾填埋場滲濾液的好氧MBR處理廠也正在興建。
4.2 在厭氧工藝方面
厭氧生物法以其能耗低、可回收利用沼氣能源、負(fù)荷高、產(chǎn)泥少等諸多優(yōu)點成為了處理高濃度有機(jī)廢水的shouxuan方法。但由于厭氧微生物的生長速率比好氧微生物的生長速率小得多，污泥流失對厭氧生物法造成的不利影響遠(yuǎn)大于對好氧生物法的影響，因此如何減少污泥流失就成為了厭氧生物法所必須面臨的一個重要問題，同時也是新型厭氧生物反應(yīng)器開發(fā)的一個主要出發(fā)點。
將膜分離與厭氧生物處理相結(jié)合組成的厭氧膜生物法，一方面可以*避免厭氧污泥的流失，使反應(yīng)器內(nèi)有充足的厭氧微生物，保證處理效果的穩(wěn)定性;另一方面膜自身良好的截留作用還可以進(jìn)一步改善厭氧出水的水質(zhì)，提高處理效果。除此之外，膜分離作用還體現(xiàn)在對厭氧反應(yīng)器的構(gòu)造和處理效果有特殊的強(qiáng)化作用。而對于兩相厭氧MBR，膜分離作用可以使產(chǎn)酸反應(yīng)器中的產(chǎn)酸細(xì)菌濃度增加，提高水解發(fā)酵的能力，同時膜將大分子有機(jī)物截留在產(chǎn)酸反應(yīng)器中使之水解發(fā)酵，因此可以使系統(tǒng)保持較高的酸化率。
4.3在有機(jī)廢水處理脫氮方面
由于膜可以有效截留細(xì)菌，避免污泥的流失，因此可以使生長緩慢的硝化細(xì)菌在最短的時間里獲得zuida的增殖，并且維持較高的濃度，為氨氮的順利硝化提供必要的保證。另外，MBR中過高的污泥濃度易于使污泥絮體形成表面好氧、內(nèi)部缺氧的狀態(tài)，可以在同一反應(yīng)器中實現(xiàn)硝化和反硝化。
有關(guān)MBR脫氮，目前多數(shù)是建立在傳統(tǒng)的硝化和反硝化機(jī)理上的兩級或單級脫氮工藝，但也有一些新的脫氮理念融入到MBR系統(tǒng)中。建立在傳統(tǒng)硝化和反硝化的兩級MBR脫氮工藝對TN的去除率多數(shù)為60%~80%。間歇曝氣MBR脫氮工藝對TN的去除率大于80%，說明改進(jìn)型脫氮工藝的效果更好。某些單一的好氧硝化過程同時可實現(xiàn)反硝化作用，對TN的去除率為46%~60%，說明MBR工藝具有一定程度同時硝化反硝化作用。各種處理系統(tǒng)中氮的負(fù)荷都比較低。
5 MBR的發(fā)展新趨勢
從MBR日益廣泛的應(yīng)用狀況來看，今后MBR的發(fā)展新趨勢主要表現(xiàn)在如下幾個方面。
⑴進(jìn)行新型膜組件集裝式、密集式模塊化的優(yōu)化設(shè)計;
⑵研究新的制膜方法，研制性能*的膜材料;
⑶研制新型的MBR，并找到適宜MBR能長期穩(wěn)定運(yùn)行的工藝條件。
隨著膜技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化及膜在各行各業(yè)應(yīng)用的擴(kuò)大，今后MBR應(yīng)用可能獲得迅速發(fā)展的重點領(lǐng)域和方向如下幾個方面。
⑴應(yīng)用于高濃度、有毒、難降解工業(yè)污水的處理。如高濃度有機(jī)廢水是一種較普遍的污染源，全國造紙、制糖、酒精、皮革、合成脂肪酸等行業(yè)每年高濃度有機(jī)污水的排放量很大，這類污水采用常規(guī)活性污泥法處理盡管有一定作用，但是出水水質(zhì)難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。而MBR在技術(shù)上的優(yōu)勢，決定了它可以對常規(guī)方法難以處理的污水進(jìn)行有效的處理，并且出水可以回用。
⑵更新升級現(xiàn)有的城市污水處理廠，特別要針對出水難以達(dá)標(biāo)或處理流量劇增而占地面積無法擴(kuò)大的情況。
⑶應(yīng)用于有污水回用需求的地區(qū)和場所，如洗車業(yè)、賓館、流動公廁等充分發(fā)揮膜生物反應(yīng)器占地面積小、設(shè)備緊湊、自動控制、靈活方便的特點。
⑷應(yīng)用于垃圾填埋滲濾液的處理及回用。
⑸應(yīng)用于在小規(guī)模的污水處理廠的應(yīng)用，這由膜的價格所決定。
⑹應(yīng)用于無排水管網(wǎng)系統(tǒng)的地區(qū)，如小居民點、度假區(qū)、旅游風(fēng)景區(qū)等。
(7) 應(yīng)用于現(xiàn)有自來水廠飲用水水源中微量污染物去除的應(yīng)用。
總而言之，MBR原理大大提升了傳統(tǒng)活性污泥處理工藝的功能，在水處理多個領(lǐng)域中的應(yīng)用同樣也受到了廣泛的關(guān)注。在21世紀(jì)的創(chuàng)新要求時代，被譽(yù)為quanqiu范圍內(nèi)zuiyou發(fā)展前途的水處理新技術(shù)之一，當(dāng)之無愧。
