污水处理工艺中膜生物反应技术的应用

郭芳芳

摘 要：膜生物反应器（MBR）结合膜分离与生物处理，与常规污水处理工艺相比，MBR的优势明显。探讨了膜生物反应技术的原理及类型，分析了膜生物反应技术在污水处理中的应用现状，指出了膜生物反应技术的缺陷及处理对策，具有一定参考价值。

关键词：污水处理;膜生物反应技术;膜污染

随着经济社会的不断发展，污水处理项目所受到的关注也越来越高，在此过程中，膜生物反应技术逐渐步入人们的视野，成为了一项非常热门的污水处理技术，并逐渐取代了以往传统污的水处理工艺[1]。

一、膜生物反应技术

1.膜生物反应的原理

膜生物反应器结合生物反应器与膜技术，在特定载体表面附着微生物，污水经过反应器时，微生物吸附降解污染物，形成比较完备的微生物降解体系。膜的截留作用能保留一些周期比较长的微生物，明显提高污水处理效率、出水质量。

2.MBR主要类型

MBR为控制系统、膜组件、微生物反应器组成。根据膜组件的作用，可以将MBR划分为萃取、膜曝气、固液分离MBR这三种，就当前而言固液分离MBR的优势最为明显。

2.1 生物反应器与膜组件划分

可以将MBR划分为一体式、分体式这两种。分体式MBR的生物反应器与膜组件相互独立，分开设置，调节控制方便，由于膜组件在反应器外部，方便对膜进行维护。分体式MBR在有毒、高有机浓度、难以通过生物降解等污水中应用较多，在工业废水的处理中应用最为广泛。

一体式MBR的膜组件在生物反应器内部，过滤液经泵吸出。这种MBR通过曝气带来的搅拌作用来实现膜面错流，也可以依靠膜件宣传、叶轮搅拌等方式实现膜面错流。此类MBR的特点在于对占地面积要求不高，系统能耗低。一体式MBR处理膜污染时比较麻烦，为了减少膜污染，泵抽吸为间断运行。就使用场景上，一体式MBR主要应用于城市污水处理中。

将含有大量微生物的填料加装于生物反应器中可得到复合型一体式MBR，通过微生物来提高污水处理效果，也能提高对冲击负荷的抵抗能力，可控制悬浮固体浓度，减少膜通量受到的影响[2]。

2.2 需氧情况

以微生物需氧情况划分，可以将MBR划分为厌氧、好氧两种。好氧MBR在生活污水及城市污水的处理中应用较多。厌氧MBR在高浓度有机废水中应用较多。厌氧过程能提高废水的可生化性，可改变一些有机物的分子结构，方便好氧MBR处理从而有效去除有机物。

二、膜生物反应技术在污水处理中的应用

当前膜生物反应技术在生活污水、工业废水及医院污水处理中均应用广泛。膜曝气膜生物反应器（MABR）结合生化处理技术与膜技术，气体分离膜能为微生物生长提供氧气及载体，MABR对氧气的利用率高于常规MBR相比，在高浓度有机废水的处理中效果明显。混合MABR工艺的应用效果明显，铁-碳微电解-芬顿-MABR-臭氧耦合技术中，通过铁-碳微电解可以对长链有机物进行分解，通过芬顿反应可以将脂类、醇类、羧酸等有机化合物氧化成为有机物，通过臭氧氧化进行深度处理以去除COD，从而满足出水要求[3]。

移动床生物膜反应器（MBBR）的曝气过程中，通过外力作用来让污水与填料充分接触，填料表面微生物不断生长，之后填料表面可形成生物膜，通过生物膜来吸附、降解污水中的污染物。与常规MBR工艺相比，MBBR工艺容易操作、管理、不会出现堵塞、容易扩容、占用空间也比较硝，在污水处理回收中得到了比较广泛的应用。MBBR去除污水中的氨氮、COD能取得良好的效果，但是这一技术实际应用过程中也发现了一系列问题如启动时间比较长、不能处理大量污水、生物膜容易脱落等，因此仍然需要对这一技术进行研究，开发新型反应器。碳纤维球填料能迅速形成生物膜，就去除氨氮方面的效果要比聚乙烯塑料填料的效果更优。也有研究证实通过对填料表面施加外加磁场可以提高为微生物的活性，从而加快微生物的降解。

厌氧膜生物反应耦合系统（ANMBR）为膜分离与厌氧反应器耦合而成。这一工艺中的厌氧反应器同时具有净化污水、产生沼气的作用，通过膜的拦截作用来分离污泥停留与水力停留，有机溶剂负荷得到明显提高，与常规厌氧生物处理技术相比，这一技术可以减少污泥产量、出水水质优良、启动迅速、能回收沼气能源[4]。

三、膜生物反应技术存在的缺陷及处理对策

尽管膜生物反应技术存在众多优势，但这一技术也存在一定局限性，包括投资及运行费用高、膜污染等。膜污染可造成膜通量降低甚至膜不能继续使用，这就要求定期维护，而定期维护、更换必然会增加运行费用，可见膜污染制约着膜生物反应技术的推广。解决膜污染时，可从以下方面着手。

1.清洗膜组件

当膜污染达到阈值时，这时就要清洗膜组件以恢复膜的性能，可通过离线、在线方式将膜表面污染物去除，从而恢复其通量，减少折旧费用。通过超声进行在线清洗，能比较理想地控制膜污染，但是超声在线清洗会对污泥的活性受到影响，引起污泥粒径减小从而影响过滤性能，因此需要严格控制清洗时间，不超过5min。采用水力清洗能将膜表面的活性污泥滤饼层去除，空气-水混合冲洗、海绵球机械擦洗、高速流水冲洗等都比较常用，但是水力冲洗在恢复膜通量的效果上不高。化学清洗采用酸、碱、盐将膜表面及孔径内的生物膜、无机盐及胶体等去除，在恢复膜通量方面非常重要。当前主要是联合应用水力清洗及化学清洗的方法恢復膜通量。

2.预处理混合液

活性污泥混合液是膜污染的主要物质来源，预处理混合液以提高混合液的过滤性能，这能有效防止膜污染。可采用以下方法进行处理：第一，加入一定量的粉末活性炭，维持有效浓度。通过粉末活性炭可以结合油性污泥，改善滤饼层结构，延缓膜污染，还能降低COD含量。第二，加入絮凝剂如三氯化铁等，通过絮凝剂凝集细小污泥颗粒从而减少对膜造成的污染。第三，细格栅、网筛过滤可去除纸纤维、头发等污染物，能减少膜纤维缠绕。

3.优化反应器结构及操作条件

将曝气装置设置于浸没式膜组件下方，曝气可在膜表面形成水流剪切作用，引起膜表面污染物脱落，除此以外曝气会对膜组件周围水流造成影响，振动膜丝从而减少污染。将填料加入生物反应器中，通过填料吸附悬浮物，可提高微生物去除有机物的效果，降低悬浮物浓度。分体式MBR采用回流增加膜的错流速率，延长清洗周期。间歇出水，停止出水周期时将膜表面污染物吹脱，从而减轻膜污染程度。控制膜的工作通量，降低颗粒物的沉积速率从而延长膜的过滤周期。可增加曝气量来增加混合液循环流速，减少膜表面污染物的沉积。

结束语

污水处理中膜生物反应技术尽管存在运行费用高、膜污染等问题，但当前水污染形式越加严峻、水资源不断减少、水质标准不断提高，膜生物反应技术具有自身的独特优势，因此这一技术仍然是非常重要的污水处理技术。膜生物反应技术要在污水处理中得到更广泛的应用，需要从以下方面着手：第一，探寻更有效的预防及控制膜污染的技术，如膜再生及清洗技术;第二，开发耐污染、高通量的廉价膜材料;第三，MBR组合工艺。

参考文献

[1]张轩，宋小三，王三反，等.分散式生活污水处理技术的研究进展[J].应用化工，2021，50（1）：155-158.

[2]朱强.膜生物反应器与臭氧活性炭组合工艺在高品质再生水厂的应用[J].净水技术，2020，39（12）：30-35.

[3]安鑫悦，张嵩浩，张妍，等.MBR处理公共建筑混合污水及微生物群落分析[J].水处理技术，2018，44（7）：95-99.

[4]杨春雪，施春红，张喜玲.膜生物反应器处理农村生活污水研究进展[J].水处理技术，2020，46（8）：1-5.