关于膜生物反应技术在污水处理领域的应用研究

关于膜生物反应技术在污水处理领域的应用研究

曾思澄

广东环科院环境科技有限公司 广东省 广州市 510030

摘要：随着经济社会发展，环境污染和水资源紧缺等问题得到社会各界人士广泛关注，在此背景下，选取高效的污水处理技术成为一个重要课题，其中膜生物反应技术对比传统污水处理技术存在较大优势。本文将以膜生物反应技术为研究对象，简要分析该技术基本原理、技术优势及实际应用中存在的问题，为相关领域应用提供借鉴参考。

关键词：污水处理；膜生物反应技术；膜污染

引言：膜生物反应技术具备大量国内外研究理论基础和实践案例，其在实际应用中较传统污水处理技术体现出明显优势，值得大范围普及与推广应用。

一、基本概述

在污水处理领域，膜生物反应技术是一种结合了生物处理和膜分离功能的技术，工艺上将生物反应器与超滤膜组件有机融合形成膜生物反应器（MBR），在污水通过的过程中对污染物进行截留处理。膜分离技术在延长微生物滞留时间的同时拦截了生物反应所需活性污泥，使硝化细菌与污染物充分接触反应，以此提高污水处理效率和净化效果。

除了提高污水处理效率外，膜生物反应技术还具有节约空间（省去末端沉淀）、适用性强（应用于不同处理环节、污水类型）等优势。近年来随着全国污染防治攻坚战不断深入，各地加快推进污水处理能力建设，膜生物反应技术凭借其特有优势得到了广泛推广应用。

二、技术优势

一是提高污水处理效率。膜生物反应技术通过菌膜的过滤截留作用能够同时减缓微生物和污泥的通过速度，使反应器中的硝化细菌和活性污泥稳定维持在较高浓度水平并充分接触反应，从而提高污水处理效率和净化效果。

二是减少污泥排放。膜生物反应技术能够减少污泥排放量，一方面大量活性污泥被截留在反应器中；另一方面活性污泥被充分消耗利用，为硝化细菌提供营养物质（处于内源呼吸范围内），所需外源营养物质减少，剩余污泥较少，污泥排放量减少。

三是提高污染物分离效果。膜生物反应技术能够实现微生物与污水有效分离，有效拦截大部分污染物质如致病菌，减少后续消毒剂用量。

四是加强抗负荷冲击能力。较高的活性污泥浓度提高了系统容积负荷，加强抗负荷冲击能力。

五是节约用地面积。膜生物反应器能够替代传统沉淀过滤单元，设施体积小，节约用地面积。

对比传统污水处理技术，膜生物反应技术具有上述较多优势，但在实际应用中也存在一些不足之处，主要表现为膜生物反应器经过一段时间使用后，膜过滤过程中杂质不断积聚堵塞，造成膜通量下降和过膜压力上升（即膜污染），影响污水处理效率和膜使用周期，后期维护成本较高。

三、技术应用

在实际应用中，为改善膜污染问题，提高污水处理厂效率，膜生物反应技术通常与其他技术相结合，其中较为成熟的有：动态膜生物反应技术（DMBR）、膨胀颗粒污泥床-膜生物反应技术（EGSB-MBR）、曝气生物滤池技术（BAF）等均对膜生物反应器流体动力学方面进行了改善，从而提升膜生物反应技术对污水的处理效果。

（一）曝气生物滤池技术（如图1所示）

曝气生物滤池技术装载颗粒填料以提供微生物生长繁殖，填料层下方设置鼓风机进行曝气增氧，使污水与填料层生物膜充分反应，填料层同时具备生物氧化和物理过滤阻截作用，实现污水高效处理。该项技术常用于对胶体污染物的处理，一方面减少处理过程中的工作负荷，另一方面降低污染物质的排放。

（二）动态膜生物反应技术

动态膜生物反应技术具体指的是在已有反应装置上适当改造衍生出的污水处理新型技术。动态膜生物反应技术通过一定孔径的网状膜将反应器内部分成两个空室，其中一侧培养活性污泥，浓度上升后与另一侧形成水头差。在渗透压的作用下，过膜压力减小，经过膜生物处理后的污水进入另一侧，实现污水有效分离。以往的动态膜生物反应技术主要通过侧向曝气法处理污水，该方式能够不断降低错流速度，会影响污水处理效率。但将其改为竖向流动的处理方式，在可以防止发生短流问题。该技术使用微网材料形成生物膜，在确保污水处理效果的基础上，减少成本造价。

（三）膨胀颗粒污泥床-膜生物反应技术

膨胀颗粒污泥床-膜生物反应技术通过改进进出水系统、高径比等反应器内部结构从而提高了液体的上升速度，使微生物和污染物更充分混合，提升污水处理效果。主要应用于有机废水：首先通过该技术对污水进行初级处理，降解其中所含的有机废水，在消除化学需氧量的基础上通过MBR处理氮氧化合物，以此减少污水中含有的有害物质。

（四）活性污泥——生物膜一体化反应器

这一反应器的设计基础为A／O工艺。由内到外的顺序依次是厌氧区、曝气区以及沉淀区。从立体空间角度来看，反应区与沉淀区结合成一体化结构。这种结构的一体化的出现背景是，过去污水处理是以若干单元操作构建的复杂工艺程，存在诸多弊端。以往采取的污水处理工艺，由于要分设处理单元，因此必然会提高基建投资成本，增加污水污泥回流管路设备部分的投资，但是采用结构一体化装置所具备结构紧凑、工艺简捷、管理简便等优势。另外，反应器厌氧区选择活性污泥法，并且在曝气区内部安装填料，实现了活性污泥工艺有机结合生物膜工艺，让其处在相同的反应器内保障污水处理效果，将两个常规的生物处理技一体化。因为厌氧区利用的是活性污泥法，不仅方便控制泥龄还会防止除磷菌的生长繁殖。

图1  曝气生物滤池示意图

四、注意事项

膜生物反应技术具有良好的适用性，能应用于大部分类型污水处理，在具体操作过程中，要特别注意因膜污染导致污水处理效率和膜使用周期下降的问题，加强运行维护。

（一）影响膜污染的常见因素

一是污泥混合液特性。一般情况下，对膜污染造成影响的常见因素为悬浮物固体浓度及颗粒大小。据相关研究表明，污泥混合液属性与膜污染程度之间的联系较为密切，较高的污泥浓度一方面能提高去除效率，另一方面会降低污泥产量。但如果废水中含有的污泥浓度超过临界状态，不仅会对分离效果造成影响，还会干扰到处理效率。废水中如果含有大量分子较大的黏性物质，则会对形成絮状物质造成影响，进而削弱污水处理能力。总体来讲，絮状物质若是尺寸规格偏大，会增加滤饼层的通过压力。

二是生物膜结构。决定处理废水质量的重中之重是生物膜，针对生物膜来讲，孔隙率和孔径均会直接影响其处理性能。比如，较大的过滤膜孔径，会增大膜的孔隙率及进水量，这样会降低发生堵塞问题的概率。除此之外，生物膜自身的亲水性会影响到抗污染性能，越高的亲水性说明生物膜具有越高的污染处理性能。

三是操作条件。据相关研究表明，操作条件和膜污染水平的关系十分紧密。该技术在实际应用时，膜通量、操作压力和温度等都属于关键的操作条件。在处理污水的过程中，在确保稳定进行膜分离的同时，采取适当提高操作温度的方式会增加膜表面的污染厚度和孔径，在提升其通透性的基础上优化处理效果。

（二）膜污染主要防治举措

一是优化污泥混合液特性。为降低发生膜污染问题的概率，应该改善混合液特性。在技术具体应用时，通过预处理工艺减少污染物质含量，去除颗粒相对较大的悬浮物。另外，处理污水的同时适量增添PAC颗粒，提高活性污泥原有的可滤性，缩减滤饼层厚度，强化处理效果。

二是增强生物膜污染抵抗能力。应该依据不同污水类型针对性选择相应的生物膜，强化处理效果。生物膜挑选需重点检查其孔隙率、亲水性以及孔径，还需通过合适举措降低发生生物膜污染的概率，以此让生物膜拥有更强的抗污染力。

三是改善操作条件。为了提高处理效果，改善膜分离过程的各项操作条件尤为重要。处理污水过程中，适当升高温度可减少膜过滤能量损失，从而减轻膜污染程度。

五、应用前景

膜生物反应技术是一种同时具备生物处理及膜分离作用的新型污水处理技术，首先，其组成结构含有的中空纤维膜以其微米级别的孔径将大部分微生物与活性污泥截留，提高反应器内部的污泥浓度较高，提高污水处理效果。其次，MBR能省去传统末端沉淀池，具备节约空间和避免沉降性污染等优点。

现阶段，随着经济社会发展，环境污染和水资源紧缺等问题得到社会各界人士广泛关注，其中关键一环则是污水处理工作。为了解决环境污染和水资源短缺问题，则要将污水进行高效处理和再利用，在此机遇下，膜生物反应技术已发展为污水处理领域的一项新型核心技术，一方面能提供更为理想的出水水质和除菌效果，另一方面具备节约土地、能源，避免沉降性污染等附加优点，具有良好的市场发展空间。但该技术也存在后期维护成本较高的问题，一方面需较高的维护费用，另一方面需专业化维护。各地应结合实际，因地制宜选取适用的污水处理技术，避免因后期维护力度不足造成浪费。

结束语：伴随着经济社会的高速发展，以及公众不断提升的环境保护意识，污水高效处理需引起高度关注，在具体实践中，需结合实际需求选择合适的膜生物反应技术，充分考虑污水处理效果、成本效益、后期维护成本等因素，以达到最佳综合效益。

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