MBR在废水处理中的应用李文锦

MBR在废水处理中的应用李文锦

李文锦

广东智汇环境工程技术有限公司523808

摘要：作为新型、高效和先进的水处理技术的一种－－膜生物反应器(MBR)，受到了广大研究人员的关注。本文主要介绍了MBR工艺的运行特征,以及MBR过程中膜污染的起因与控制方法。

关键词：膜生物翻译器；废水处理；应用

一、膜生物反应器的发展现状

1.1国外研究现状

MBR在废水处理领域的应用研究始于20世纪60年代的美国，主要应用超滤膜与活性污泥法相结合处理生活废水。但膜的使用寿命短、通量小，使其在实际应用中并不十分广泛。80年代以后，对MBR的研究开始兴起，英法美和澳大利亚等国深入开展了MBR的研究。至今MBR已成功应用于多种类型的废水处理，从单纯的生活污水扩展到高浓度有机废水、电镀废水、漂染废水、石油炼化废水等工业废水。

在MBR工艺处理生活污水方面，膜通量约为12.1L/(m2·h)，HRT为13~16h，当进水BOD5为133+58mg/L、SS为132土68mg/L、总氮为32土19mg/L、总磷为3.8+3.0mg/L时，去除率分别为99%、99%、83%、70%。分别采用中空纤维、板式MBR工艺处理城市生活污水，HRT为24h，进水COD60~490mg/L时，对COD的去除率分别为80%~98%、>93%。Bailey等用错流式微滤MBR工艺处理生活污水，对COD的去除率超过97%。Muler等用错流式微滤MBR工艺运行300d，污泥浓度升到40g/L~50g/L达到稳定，对处理COD的体积负荷为0.9~2.0kg/(m3·d)、污泥负荷为0.021kg/(kg·d)，总有机碳去除率为90%。

在处理工业废水方面，Harada等用膜-厌氧生物反应器处理含高浓度颗粒有机物合成废水，小试运行效果良好，当进水COD为500mg/L，HRT为48~120h时，污泥浓度可达15.0g/L，对COD去除率为98%。Kimura等采用有机膜生物反应器工艺处理小麦淀粉废水的试验，进水COD为36g/L，膜面积为54m2，污泥浓度可达16.9g/L时，COD去除率为75.5%；处理造纸及纸浆工业废水，进水COD为28g/L时，污泥浓度达到15.0g/L，COD去除率为96%。

二、膜生物反应器的形式

根据膜材料的不同，膜可分为有机膜、无机膜两大类。有机膜价格较低，但易受污染及破损；无机膜能在恶劣的环境下工作，使用寿命长，但价格较贵。

根据膜组件所起作用的不同，可将MBR分为分离MBR、无泡曝气MBR和萃取MBR三种。分离MBR相当于传统生化处理系统中的二沉池，由于MBR的高截流率，并将浓缩液回流到生物反应池内，使生物反应器具有很高的微生物浓度和很长的污泥停留时间，从而具有较好的出水水质；无泡曝气MBR采用透气性膜对生物反应器无泡供氧，氧的利用率可达100%，因不形成气泡，可避免水中某些挥发性的有机污染物挥发到大气中；用于提取污染物的萃取MBR是由内装纤维束的硅管组成,这些纤维束的选择性将工业废水中的有毒污染物传递到好氧生物相中而被微生物吸附降解。

根据膜组件结合的方式不同，膜生物反应器可分为一体式和分置式。一体式是将膜组件置于生物反应器中，通过真空泵抽吸从而获得过滤清液。特点是运行费用低，但运行不是十分稳定，且膜的清洗更换不方便。分置式是指膜组件与生物反应器分开设置，驱动设备为加压泵。其特点是运行稳定可靠、操作管理容易，同时膜便于清洗和更换，缺点是动力消耗较高。

三、MBR的特点

膜生物反应器(MBR)中的最重要的组成部件为膜组件，其作用与传统活性污泥处理系统的二沉池作用相同，作用均是泥水分离。因此，如果采用MBR工艺，则可省去二沉池，减少了占地面积而且减少了建设费用。过滤膜将混合液中的微生物和大分子有机物截留在反应器中，导致反应器中的微生物浓度升高，同时延长污泥停留时间，高浓度的微生物浓度提高了有机物被氧化的效率。

MBR的主要特点:第一,污泥负荷率高、抗污泥膨胀能力较强；第二，出水水质良好且稳定可靠，悬浮物极低，可直接回用；第三，反应器运行灵活稳定；第四，污泥停留时间较长，剩余污泥大大减少；第五，占地面积较少,易于自动化控制管理；第六，处理后的水细菌总数比较少，一般无须再进行紫外线、臭氧消毒即可排放。

虽然具备以上优点,但在实际运行过程当中，研究人员也发现了有机膜具有易污染、易堵塞、耗能大等缺点。其中，膜污染是影响处理水效果的一个重要因素，已经成为阻碍MBR工艺快速发展的制约因素；同时增加的膜污染处理成本，也提高了MBR工艺的运行成本。

膜污染是指MBR反应器内混合液中的悬浮颗粒、胶体粒子或溶解性大分子有机物在膜表面和膜孔内吸附沉积，造成膜孔径减小或堵塞，使膜通量下降的现象。其污染的影响因素主要有膜本身所具有的性质、废水的水质、水利特性以及MBR运行的技术操作条件。

(1)膜对水中固体颗粒以及胶体吸附能力的大小与膜本身的性质结构有直接的关系,如膜孔隙、膜材质。研究结果发现：在同样运行条件下，聚偏氟乙烯膜的污染趋势明显小于聚矾膜、纤维素膜，而且膜孔径在0.1pm附近时消化液对膜的污染趋势最小，随着膜孔径的增加，膜的通量增加，膜表面的污染呈上升趋势。对于膜材质，要选择亲水性能较好的膜。此外，膜污染的严重度还与孔隙率、带电性质、粗糙性等膜性质有关。

(2)大量实验研究表明污泥龄SRT对MBR膜污染也有重大的影响:当SRT增加时,膜的阻力增加，随之膜污染加剧；当SRT为20天时，污泥中的溶解性有机物的胶体颗粒对膜的影响最大。并且发现,当SRT较小时,反应器中的污泥上清液是膜污染阻力的主要影响因素。如果在操作运行前，进行混凝或絮凝沉淀预处理，去除废水中的有机物、无机物、悬浮颗粒等，降低MRR工艺的污泥负荷，改善水利条件,可以减轻膜表面污染的程度。

(3)废水的性质是膜污染的另一个主要原因，包括废水浓度、水中颗粒大小、表面电荷、胶体粒子及溶解性有机物等。如果污染物质是溶于水的大分子物质,则膜表面容易形成凝胶层；如果污染物质是难溶性的物质时，膜表面的物质浓度增高并可能形成结垢。悬浮物或水溶性大分子在膜孔中受到空间位阻，蛋白质等水溶性大分子在膜孔中的表面被吸附，以及难溶性物质在膜孔中的析出等都可能产生膜孔堵塞。

四、MBR缺点的改进

为控制膜污染，提高MBR工艺处理效果，可以从以下几方面进行改进

(1)开发强度高、效果好、耐污染、易分离的膜材料；研制发展耐高温、耐高压、孔径易控制的无机膜，特别是耐微生物污染的膜。

(2)控制工艺最佳运行条件。如通过改善废水的特性污泥的沉降性能来形成疏散多孔通透性好的絮体，以减缓膜的污染速度。

(3)深入研究MBR反应器膜污染机理，采用适当的预处理等方法改善水利条件，有效控制膜污染，提高膜效率，为膜的实践推广提供可靠的理论基础。

(4)培训专业技术人员，规范MBR运行管理。

(5)膜清洗选用合适的绿色清洁剂，以免造成出水的二次污染。

结束语：

MBR是水处理技术发展史上的一个里程碑，它在水处理过程当中所体现的优越性越来越明显。随着膜技术的不断发展，MBR反应器的发展潜力会更大，处理效果会更好,应用领域会更加广泛；同时其停留时间长、能耗大、投资运行费用高、膜污染等问题还有待进一步研究解决。

参考文献：

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[2]李红兵，顾国维,谢维民，中空纤维膜生物反应器处理生活污水的特性2016.9

[3]王栋,张静姝,等超滤膜生物反应器处理生活污水的实验研究2011.7

[4]赵建伟，丁蕴铮，苏丽敏，等膜生物反应器及膜污染的研究进展2003.19