摘要：隨著全球范圍經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的膨脹，水資源短缺已成為全球人類共同面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。開(kāi)發(fā)新的可利用的水資源迫在眉睫，而在該領(lǐng)域可以得到廣泛利用的就是中水回用技術(shù)。MBR——膜反應(yīng)器技術(shù)是在進(jìn)行了一系列專家的實(shí)驗(yàn)分析比較之后被認(rèn)為是污水處理技術(shù)的新端科技，具有不可忽視的潛力。本文簡(jiǎn)介MBR技術(shù)的發(fā)展以及在實(shí)際應(yīng)用中的范例——日本膜反應(yīng)器在中水道的應(yīng)用[1]，同時(shí)簡(jiǎn)要分析國(guó)內(nèi)外對(duì)于MBR技術(shù)的應(yīng)用情況，并展望我國(guó)未來(lái)對(duì)于膜反應(yīng)器技術(shù)的前景。

關(guān)鍵詞：中水, 污水處理, 膜生物反應(yīng)器

前言：隨著現(xiàn)代工業(yè)的高度發(fā)展以及人們?cè)絹?lái)越高的生活水平，城市用水量和廢水量急劇增加。而現(xiàn)在水資源情況不容樂(lè)觀，全世界面臨著水資源短缺的嚴(yán)峻局勢(shì)，故將廢水作深度處理后再循環(huán)利用是必然的發(fā)展趨勢(shì)，污水資源化利用技術(shù)的推廣將勢(shì)在必行。

污水資源化就是將城市生活污水進(jìn)行深度處理后作為再生資源回用到適宜的位置。中水處理即是采用物理、化學(xué)以及生物化學(xué)方法將城市污水或生活污水進(jìn)行處理，使之達(dá)到一定水質(zhì)要求，可在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用。如用于沖洗地面、廁所、綠化、噴灑及景觀用水等。因其水質(zhì)介于上水和下水之間，故稱中水。

膜-生物反應(yīng)器 (Membrane biological reactor, MBR)是一種膜分離技術(shù)與生物學(xué)、生物化學(xué)等相結(jié)合進(jìn)行廢水處理的新工藝,主要由“膜組件,生物反應(yīng)器和物料輸送”3部分組成.它與傳統(tǒng)的生化污水處理技術(shù)相比,具有固液分離效果好、生化效率高、出水質(zhì)優(yōu)、設(shè)備集中、占地面積小、污泥濃度高、污泥負(fù)荷低、便于管理和自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn),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(wèn)題[2-4],在中水回用和廢水處理中有廣闊的應(yīng)用前景.

1. 膜生物反應(yīng)器的發(fā)展[1]

20世紀(jì)60年代來(lái)，美國(guó)在生活污水處理中以超濾膜代替二沉池，取得了極好的效果，但當(dāng)時(shí)膜技術(shù)處于發(fā)展初期，膜價(jià)格昂貴，膜使用壽命短，且能耗又高，因此未得到推廣的應(yīng)用。

到20世紀(jì)80年代，隨著膜技術(shù)的發(fā)展和完善，膜生物反應(yīng)器(MBR)開(kāi)始進(jìn)入城市污水及垃圾填埋滲濾液的處理。隨著對(duì)污水處理深度要求的提高，單獨(dú)用傳統(tǒng)的生物處理已不能滿足日益提高的排放要求，尤其是含較高濃度難以降解物質(zhì)的廢水。膜生物反應(yīng)器（MBR）作為一種新型的廢水處理和中水回用技術(shù)，在城市污水處理、高層建筑中水處理及工業(yè)廢水處理等領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。這種集成式組合新工藝集生物反應(yīng)器的生物降解作用和膜的高效分離作用于一體，具有出水水質(zhì)好、處理負(fù)荷高、裝置占地面積小、產(chǎn)泥量少、操作管理方便等特點(diǎn)。

我國(guó)對(duì)膜-生物反應(yīng)器的研究始于上世紀(jì)90年代初。最早開(kāi)始研究的有清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心、天津大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等。近年，由于該項(xiàng)技術(shù)所具有的巨大吸引力和潛在的應(yīng)用前景，受到了更多研究者的青睞。許多大學(xué)、研究所、環(huán)保公司也加入到了此項(xiàng)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)中。從國(guó)內(nèi)專業(yè)雜志發(fā)表的論文篇數(shù)來(lái)看，近幾年增加很快，從1998年的9篇增加到2002年的60余篇。目前國(guó)內(nèi)從事膜-生物反應(yīng)器開(kāi)發(fā)應(yīng)用的公司也有十余家。

2. MBR的結(jié)構(gòu)以及技術(shù)原理[4]

MBR是由MF、UF或NF膜組件與生物反應(yīng)器組成，根據(jù)膜組件在生物反應(yīng)器重作用的不同，MBR可分為分離膜生物反應(yīng)器、曝氣膜生物反應(yīng)器及萃取膜生物反應(yīng)器。如圖1所示。目前在廢水處理中的研究應(yīng)用比較多的是分離膜生物反應(yīng)器，在該體系中膜組件的作用相當(dāng)于常規(guī)生物處理中的二沉池，用于將活性污泥和已凈化的水分開(kāi)，并將污泥送回生物反應(yīng)器內(nèi)，提高活性污泥濃度，以提高難降解物去除率，NF膜還可將有機(jī)物和高價(jià)鹽截流，以提高他們?cè)谏锓磻?yīng)器重的停留時(shí)間，通過(guò)活性污泥的降解和吸附作用，進(jìn)一步講其去除。

圖1：膜生物反應(yīng)器

a：分離膜生物反應(yīng)器?? b：無(wú)泡曝氣膜生物反應(yīng)器?? c：萃取膜生物反應(yīng)器

膜生物反應(yīng)器用膜分離系統(tǒng)代替普通活性污泥法中的二沉池，取得可直接回用的出水水質(zhì);而且有利于增殖緩慢的微生物如硝化細(xì)菌的截留和生長(zhǎng)，增強(qiáng)硝化作用[2]

3. MBR在中水回用中的實(shí)際應(yīng)用[1]

日本膜生物反應(yīng)器在中水道的應(yīng)用

中水道系統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用主要是將廚房排水，洗浴排水集中處理，然后作為廁所沖洗水再利用。日本在1980年前已有不少應(yīng)用實(shí)例。

MBR用于中水處理的工藝流程：

原水——格柵——調(diào)節(jié)池(預(yù)曝氣)——潛水泵——格柵——UF裝置——泵——反應(yīng)池——中水儲(chǔ)存池

圖2：膜好氧生物反應(yīng)器

該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：高濃度生物曝氣與UF結(jié)合，可省去二沉池，布置緊湊，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人管理。由于廢水中有機(jī)物可全部分解無(wú)剩余活性污泥，占地面積小，處理能力為100m3/d的設(shè)施占地僅為70m2,UF可除去懸浮固體、膠體及細(xì)菌等。我們可以看一下

表1：MBR處理后的出水水質(zhì)：

可以看出MBR處理中水的效果是極好的。

4. 國(guó)內(nèi)外MBR技術(shù)的研究現(xiàn)狀

4.1國(guó)外研究現(xiàn)狀：

MBR在廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用研究始于 20世紀(jì) 6 0年代的美國(guó) ,Dorr-Oliver Inc采用超濾膜與活性污泥法相結(jié)合處理生活污水[5],受膜制備技術(shù)所限,膜的使用壽命短、水通量小 ,在實(shí)際應(yīng)用中遇到障礙。80年代以后,國(guó)際上對(duì)MBR的研究方興未艾,法國(guó)、美國(guó)、澳大利亞等深入開(kāi)展了MBR的研究 ,為推廣應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)[6, 7]?，F(xiàn)在 ,MBR已成功地應(yīng)用于水道污水、糞便污水、垃圾滲濾液等廢水處理[8- 10]。隨著膜制造技術(shù)的進(jìn)步 ,MBR的處理對(duì)象已從單純的生活污水?dāng)U展到高濃度有機(jī)廢水、含油廢水、制革廢水等工業(yè)廢水。

4.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀：

我國(guó)已開(kāi)展對(duì)MBR的研究。 1998年清華大學(xué)環(huán)境工程系邢傳宏對(duì)無(wú)機(jī)MBR處理生活污水進(jìn)行了試驗(yàn)研究[11];1999年同濟(jì)大學(xué)和大連理工大學(xué)的李紅兵、楊磊等人也先后對(duì)生活污水進(jìn)行了試驗(yàn),前者利用中空纖維微濾MBR處理生活污水 ,后者是利用中空纖維超濾MBR處理生活污水[12, 13];2000年顧平等用中空MBR對(duì)生活污水進(jìn)行了中試研究[14];2001年鄭祥等用MBR對(duì)毛紡廢水進(jìn)行了中試研究[15],對(duì)COD、BOD5、色度、濁度的平均去除率分別為92.1%、98.4%、60.7%、98.9%。目前已經(jīng)有MBR應(yīng)用于污水處理和中水回用的實(shí)際工程的實(shí)例。

由上面的比較可以看出，國(guó)外對(duì)于MBR的研究較早，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，MBR的應(yīng)用已經(jīng)有了很成熟的運(yùn)作技術(shù)，因?yàn)樗麄兊倪\(yùn)作規(guī)模都很大，而且很多都是致力于對(duì)生活污水的治理，那么多年來(lái)的試驗(yàn)與應(yīng)用勢(shì)必給城市帶來(lái)更好的生活水準(zhǔn)，同時(shí)可以想象他們對(duì)于工業(yè)廢水的治理同樣是大規(guī)模并具有大成效的。而在我們國(guó)家，MBR技術(shù)還剛剛發(fā)展起來(lái)，正如上文中提到的，我們國(guó)家MBR技術(shù)的研究開(kāi)始于90年代，還是小規(guī)模應(yīng)用，但是從它的處理能力來(lái)看，它對(duì)于有機(jī)污染物，氨氮以及懸浮固體的處理是很有成效的。所以說(shuō)MBR在中水回用領(lǐng)域以及污水處理中具有廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。

5.總結(jié):

以上我從四個(gè)方面分別就MBR的發(fā)展、前景、結(jié)構(gòu)、在中水回用中的實(shí)際應(yīng)用以及國(guó)內(nèi)外的綜合比較大致介紹了一下MBR技術(shù)。可以得出以下結(jié)論：

5.1 與傳統(tǒng)的中水回用技術(shù)，即生物化學(xué)法和物理化學(xué)法比較，傳統(tǒng)的活性污泥工藝出水水質(zhì)不夠穩(wěn)定，污泥容易膨脹，而MBR可以高效的進(jìn)行固液分離，出水水質(zhì)良好穩(wěn)定，可以直接回用。這點(diǎn)可以從圖3中非常直觀得得出。它可以與“中水出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”作比較。中水出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)如下表[16]：

5.2 MBR的優(yōu)點(diǎn)：

從以上的資料（例如日本中水道系統(tǒng)的開(kāi)法）中可以看出，MBR具有以下優(yōu)點(diǎn)

(1) 出水水質(zhì)好。高效地進(jìn)行固液分離，可以使生物反應(yīng)器內(nèi)獲得比普通的活性污泥法高很多的生物濃度，極大地提高生物降解能力，所以出水的質(zhì)量可以達(dá)到中水水質(zhì)。

(2) 設(shè)備占地少。因?yàn)槟ぞ哂懈咝У慕亓髯饔?，所以微生物可以被截流在反?yīng)器中，這樣反應(yīng)器中的污泥濃度很高，容積負(fù)荷很大，這樣就可以大大的減少占地面積。

(3) 剩余污泥量少。這是因?yàn)镸BR反應(yīng)器起到了污泥耗氧消化池的作用，這樣就可以顯著地減少污泥產(chǎn)量。

(4) 從中水道系統(tǒng)來(lái)看，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化控制。

(5) MBR設(shè)備布置可集中也可以分散，具有高度的靈活性。

5.3 MBR工藝的缺點(diǎn)：雖然MBR具有以上那么多的優(yōu)點(diǎn)，但是作為膜本身，它也會(huì)受到污染的威脅，這是因?yàn)槲勰嗷旌弦旱睦鄯e可以增加混合液的黏度，同時(shí)堵塞膜，增加了膜的過(guò)濾阻力，影響整個(gè)流程與處理效果。其次，能耗也是一個(gè)重要的問(wèn)題。

6. 結(jié)束語(yǔ):

MBR作為一項(xiàng)新興科技，不僅在中水回用領(lǐng)域做出了巨大的貢獻(xiàn)，在其他領(lǐng)域同樣起著重要的作用。例如通過(guò)結(jié)合高效菌種的篩選與培育, MBR工藝將在難降解廢水的處理中取得重大進(jìn)展[17] 。同時(shí)，我們也知道國(guó)內(nèi)與國(guó)外的差距還是很大的，與國(guó)外的大規(guī)模研究與應(yīng)用相比，我們國(guó)家還處于剛剛起步的狀態(tài)，所以還有必要認(rèn)真研究MBR工藝的實(shí)際應(yīng)用以及它的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)大規(guī)模應(yīng)用，所有MBR工藝具有光明的前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 邵剛,膜法水處理技術(shù)及工程實(shí)例,化學(xué)工業(yè)出版社,北京, 2002, 269-272

[2] Brindle K, Stephenson. The application of membrane reactors for the treatment of wastewater [J]. Biotech. Bioeng., 1996, 49:601-610

[3] Yamamoto K, Haia M, Mahmood M, etal. Direct Solid Liquid Separation using Hollow Fiber Membrane in an Activated Sludge Aeration Tank [J]. Water Tech. 1989, 21:43-54

[4]Grethlein H E Anaerobic Digestion and Membrane Separation of Domestic Wastewater [J], JWPCF, 1978, 50:754-763

[5] BUDD William E, OKAY Robert W. Biological Treatment of Wastewater and Industrial Wastes [M]. US: Dorr Oliver Incorporated, 1969, 3,472,765-771

[6] 樊耀波,王菊思.水與廢水處理中的膜生物反應(yīng)器技術(shù) [J].環(huán)境科學(xué),1996,16(8):79-81.

[7] TSHIOSAH, TALATM, etal. Direct solid-liquid Separation using Hollow Fiber Membranes in an Activated Sludge Aeration Tank [J]. Wat Sci, 1989, 21(4/5): 43-54

[8]岑運(yùn)華,膜生物反應(yīng)器在污水處理中的應(yīng)用[J],水處理技術(shù),1991,17 (5):318-324

[9]黃霞,桂萍,范曉軍等,膜生物反應(yīng)器廢水處理工藝的研究進(jìn)展[J],環(huán)境科學(xué)研究,1996,3(2):50-55.

[10]楊福才,膜技術(shù)用于糞尿處理[J],中國(guó)給水排水,1999,15( 2):20-23

[11]邢傳宏,陶瓷膜生物反應(yīng)器工藝處理城市廢水及膜堵塞機(jī)理研究[D],清華大學(xué)博士論文,北京:清華大學(xué)環(huán)境工程系,1998. 93-94

[12]李紅兵,顧國(guó)維,謝維民.中空纖維膜生物反應(yīng)器處理生活污水的特性[J],環(huán)境科學(xué),1999, 20(2):53-56.

[13]楊磊,王棟,張靜姝等,超濾膜生物反應(yīng)器處理生活污水的試驗(yàn)研究[J]膜科學(xué)與技術(shù), 1999,19( 3):29-31.

[14]顧平,中空膜生物床處理生活污水中的中試研究[J],中國(guó)給水排水,2000,16(3):3-8.

[15]鄭祥,朱小龍,樊耀波,膜生物反應(yīng)器處理毛紡廢水的中試研究[J],中國(guó)給水排水,2001, 22(4):91-94.

[16]周國(guó)柱,生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(CJ25.1—89),現(xiàn)行給水排水工程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與常用數(shù)據(jù)手冊(cè),中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,北京 (2004)

[17]吳志超,巴西基酸生產(chǎn)廢水膜生物工藝處理試驗(yàn)研究[J],中國(guó)環(huán)境科學(xué),1999,(19):2-6.