摘要：隨著全球范圍經(jīng)濟的快速發(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)是在進行了一系列專家的實驗分析比較之后被認(rèn)為是污水處理技術(shù)的新端科技，具有不可忽視的潛力。本文簡介MBR技術(shù)的發(fā)展以及在實際應(yīng)用中的范例——日本膜反應(yīng)器在中水道的應(yīng)用[1]，同時簡要分析國內(nèi)外對于MBR技術(shù)的應(yīng)用情況，并展望我國未來對于膜反應(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)展以及人們越來越高的生活水平，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觀，全世界面臨著水資源短缺的嚴(yán)峻局勢，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，污水資源化利用技術(shù)的推廣將勢在必行。

污水資源化就是將城市生活污水進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行處理，使之達到一定水質(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、便于管理和自動控制等優(yōu)點,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)達不到中水回用要求的問題[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，美國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)時膜技術(shù)處于發(fā)展初期，膜價格昂貴，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)開始進入城市污水及垃圾填埋滲濾液的處理。隨著對污水處理深度要求的提高，單獨用傳統(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。

我國對膜-生物反應(yīng)器的研究始于上世紀(jì)90年代初。最早開始研究的有清華大學(xué)、中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心、天津大學(xué)、同濟大學(xué)等。近年，由于該項技術(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技術(shù)的研究開發(fā)中。從國內(nèi)專業(yè)雜志發(fā)表的論文篇數(shù)來看，近幾年增加很快，從1998年的9篇增加到2002年的60余篇。目前國內(nèi)從事膜-生物反應(yīng)器開發(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，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膜還可將有機物和高價鹽截流，以提高他們在生物反應(yīng)器重的停留時間，通過活性污泥的降解和吸附作用，進一步講其去除。

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，增強硝化作用[2]

3. MBR在中水回用中的實際應(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——中水儲存池

圖2：膜好氧生物反應(yīng)器

該系統(tǒng)的主要特點：高濃度生物曝氣與UF結(jié)合，可省去二沉池，布置緊湊，可實現(xiàn)無人管理。由于廢水中有機物可全部分解無剩余活性污泥，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. 國內(nèi)外MBR技術(shù)的研究現(xiàn)狀

4.1國外研究現(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 ,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 ,在實際應(yīng)用中遇到障礙。80年代以后,國際上對MBR的研究方興未艾,法國、美國、澳大利亞等深入開展了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)的進步 ,MBR的處理對象已從單純的生活污水?dāng)U展到高濃度有機廢水、含油廢水、制革廢水等工業(yè)廢水。

4.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀：

我國已開展對MBR的研究。 1998年清華大學(xué)環(huán)境工程系邢傳宏對無機MBR處理生活污水進行了試驗研究[11];1999年同濟大學(xué)和大連理工大學(xué)的李紅兵、楊磊等人也先后對生活污水進行了試驗,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對生活污水進行了中試研究[14];2001年鄭祥等用MBR對毛紡廢水進行了中試研究[15],對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際工程的實例。

由上面的比較可以看出，國外對于MBR的研究較早，在一些發(fā)達國家，MBR的應(yīng)用已經(jīng)有了很成熟的運作技術(shù)，因為他們的運作規(guī)模都很大，而且很多都是致力于對生活污水的治理，那么多年來的試驗與應(yīng)用勢必給城市帶來更好的生活水準(zhǔn)，同時可以想象他們對于工業(yè)廢水的治理同樣是大規(guī)模并具有大成效的。而在我們國家，MBR技術(shù)還剛剛發(fā)展起來，正如上文中提到的，我們國家MBR技術(shù)的研究開始于90年代，還是小規(guī)模應(yīng)用，但是從它的處理能力來看，它對于有機污染物，氨氮以及懸浮固體的處理是很有成效的。所以說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):

以上我從四個方面分別就MBR的發(fā)展、前景、結(jié)構(gòu)、在中水回用中的實際應(yīng)用以及國內(nèi)外的綜合比較大致介紹了一下MBR技術(shù)?？梢缘贸鲆韵陆Y(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可以高效的進行固液分離，出水水質(zhì)良好穩(wěn)定，可以直接回用。這點可以從圖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：

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

(1) 出水水質(zhì)好。高效地進行固液分離，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)量可以達到中水水質(zhì)。

(2) 設(shè)備占地少。因為膜具有高效的截流作用，所以微生物可以被截流在反應(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。這是因為MBR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)來看，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)全程自動化控制。

(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：雖然MBR具有以上那么多的優(yōu)點，但是作為膜本身，它也會受到污染的威脅，這是因為污泥混合液的累積可以增加混合液的黏度，同時堵塞膜，增加了膜的過濾阻力，影響整個流程與處理效果。其次，能耗也是一個重要的問題。

6. 結(jié)束語:

MBR作為一項新興科技，不僅在中水回用領(lǐng)域做出了巨大的貢獻，在其他領(lǐng)域同樣起著重要的作用。例如通過結(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展[17] 。同時，我們也知道國內(nèi)與國外的差距還是很大的，與國外的大規(guī)模研究與應(yīng)用相比，我們國家還處于剛剛起步的狀態(tài)，所以還有必要認(rèn)真研究MBR工藝的實際應(yīng)用以及它的優(yōu)點與缺點，實現(xiàn)國內(nèi)大規(guī)模應(yīng)用，所有MBR工藝具有光明的前景。

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