MBR技术在中水回用中工艺特点及应用

摘要：面临水资源的巨大缺口，需处理污水量的急剧增加，为了保持城市可持续发展，中水回用系统势在必行。目前MBR在回用水工程应用在许多国家已经得到了成功的应用。这充分说明了MBR技术大规模地回用水中应用的可行性。本文提出中水回用的重要性和必要性，综述了MBR(膜生物反应器)工艺在国内外中水回用中的应用现状，介绍了MBR工艺和特点。

关键词：MBR;工艺;中水回用;必要性

前言：随着世界水资源问题的加剧，水资源紧缺问题已成为世界各国重要任务。中水回用技术日趋成熟，具有很好的环境效益、社会效益和经济效益，成为各国研究的热点，在我国也拥有广阔前景。我国对膜生物反应器的研究虽然起步较晚，但发展速度很快。1991年，芩运华对膜生物反应器的应用进行了综述，介绍了MBR在日本的研究状况，这是我国学者对膜生物反应器做的较早的报道。随后，江成璋等人进行了中空纤维超滤膜在生物技术中的应用研究。1995年，樊耀波将MBR用于石油化工污水净化的研究，研制出一套实验室规模的好氧分离式MBR。MBR工艺所具有的优越性，是目前其他处理工艺无法比拟的，该工艺在城市污水或生活污水处理高浓度有机废水、难降解有机废水以及中水回用等方面都具有广阔的应用前景。

1 概述

膜生物反应器(Membrane Biological Reactor，简称MBR)技术，是膜分离技术与生物技术有机结合的新型水处理技术。它通过膜的分离技术，大大强化了生物反应器的功能，具有设计操作简单、出水水质良好、占地较小等诸多优点，尤其适用于城市高层建筑和住宅小区生活污水的再生利用。通常回用技术需多种污水处理技术的合理组合, 即各种水处理方法结合起来深度处理污水, 这是因为单一的某种水处理方法一般很难达到回用水水质要求。

1.1 MBR工艺作用机理

膜生物反应器是利用膜组件进行固液分离，将截流的污泥回流至生物反应器中，透过水外排。膜组件是MBR中最主要的部分，它是把膜以某种形式组装成一个基本单元，相当于传统生物处理系统中的二沉池。在膜组件中，活性微生物与污水充分接触，不断氧化污水中的那部分能被其降解的有机物，而不能被微生物降解的有机物和无机物及活性污泥、悬浮物、各类胶体、大部分细菌则被截留，从而实现对污水处理净化的目的。

1.2膜生物反应器的特点及应用现状

1.2.1 MBR工艺特点

MBR(膜生物反应器技术)是膜分离技术和污水生物处理技术有机结合的产物，该技术的特点是以超、微滤膜分离过程取代传统活性污泥处理过程中的泥水重力沉降分离过程，由于采用膜分离，因此可以保持很高的生物相浓度和非常优异的出水效果。可有效去除水中的有机物与氨氮等污染物质，与其他生物处理技术相比具有以下特点：

(1)占地面积小，约为传统工艺占地的1/2~1/3;

(2)高生物负荷率，可达2~5KgCOD/(m3•d);

(3)低污泥产率，为常规方法的10~30%;

(4)系统不受污泥膨胀的影响;

(5)出水水质良好稳定;

(6)抗冲击负荷能力强，可适应2~3倍的水质、水量变化;

(7)自动化程度高，运行管理简便;

(8)模块化，易于扩建。它用膜分离取代传统活性污泥处理工艺中的二沉池，而达到强化污水净化效果的目的。

1.2.2 MBR工艺应用现状

国际上于20世纪90年代初期开始进入了实际应用阶段，用于去除悬浮物，COD，BOD，TP，TN及细菌，现在膜生物反应器(MBR)工艺技术在单座污水处理厂的最大日处理量能达到10 000 m3/d的水平。我国MBR的研究还不到十年，但进展十分迅速。国内对MBR的研究大致可分为几个方面，现在主要处于扩大MBR的应用范围的阶段，MBR的研究对象从生活污水扩展到高浓度有机废水(食品废水、啤酒废水)与难降解工业废水(石化污水、印染废水等)，但以生活污水的处理为主。

2 MBR工艺在中水处理中的应用

2.1 MBR工程应用

MBR工艺处理污水，去除率高、处理效果稳定且操作方便、占地面积小，能较好的应用于居民住宅区等建筑密度较大的地区，目前国内已有一些成功的案例可供参考。图1为某小区中水处理MBR工艺图。

某小区中水回用MBR工艺流程

图1 某小区中水回用MBR工艺流程

该工艺的运行周期内，运行情况良好，出水水质可达到城市污水再生利用城市杂用水水质标准(GB/T18920-2002)的要求。

3. MBR工艺特点

MBR工艺作为一种新型污水处理技术, 尤其是应用于中水回用工程中, 具有以下特点：

(1)去除率高，出水稳定。由于MBR膜的截留作用，避免了微生物的流失, 生物反应器内可保持高的污泥浓度, 从而提高了体积负荷, 降低了污泥负荷，具有极强的抗冲击能力。又由于膜的截留作用, 使SRT延长, 营造了有利于增殖缓慢的微生物生长, 如硝化细菌生长的环境, 可以提高系统的硝化能力, 同时有利于提高难降解大分子有机物的处理效率和促使其彻底的分解。在运行过程中, 较大的水力循环，导致了污水的均匀混合，因而使活性污泥有很好的分散性, 大大提高了活性污泥的比表面积。

(2)处理负荷高，剩余污泥量少。由于SRT很长，生物反应器又起到了“污泥硝化池”的作用, 从而显著减少了污泥的产量, 剩余污泥产量低, 污泥处理费用低;MBR曝气池的活性污泥不会随出水流失, 在运行过程中, 活性污泥会因进入有机物浓度的变化而变化, 并达到一种动态平衡, 这使系统出水稳定, 并有耐冲击负荷的特点。

(3操作方便, 占地面积小。MBR使微生物完全截留在生物反应器内, 实现反应器的水力停留时间(HRT)和污泥停留时间( SRT)完全分离, 使设计简化, 易于一体化, 实现自动控制, 运行控制较灵活。并可省去二沉池、砂滤池, 节省了占地面积和土建投资。

(4)解决了剩余污泥处置难的问题。剩余污泥的处置问题, 是污水处理厂运行好坏的关键问题之一，MBR工艺中, 污泥负荷非常低, 反应器内营养物质相对缺乏, 微生物处在内源呼吸区, 污泥产率低, 因而使得剩余污泥的产生量很少，SRT得到延长, 排除的剩余污泥浓度大, 可不用进行污泥浓缩, 而直接进行脱水, 这就大大节省了污泥处理的费用。

4 MBR工艺尚需解决的问题

MBR在显示出许多传统工艺无法比拟的优点时，也暴露出一些尚需改进的地方，这是研究人员关注的焦点。

(1)膜制造技术需要进步，膜质量有待提高和膜制造成本需要降低，MBR的投资也会随之降低。

(2)膜受到污染而导致膜通量的降低，如何减缓膜污染进程从而维持膜通量是应用膜工艺时所面临的一大挑战。

(3)虽然较高的污泥浓度能有效减小MBR的体积，但过高的污泥浓度对于MBR正常运行是不利的，在运行MBR时应控制适当的污泥浓度。

4 结语

目前，对MBR系统的技术经济分析的结论存在较大的差别。主要是由于在MBR系统设计中，对膜的处理能力(膜通量)与膜使用寿命的估计存在很大的差别，直接影响对膜生物反应器的经济评价。然而MBR工艺作为一种新型的中水回用技术，具有运行管理简单，出水水质可达到城市杂用水水质标准的要求，以及占地面积小等优点，今后将随着国内膜制造技术的提高以及各种新型MBR工艺的开发，其经济成本和运行费将进一步降低。因此可以预见，MBR在中国未来的中水回用领域，将会进一步推广并得到广泛的应用。

参考文献：

【1】魏先勋、陈信常等.环境工程设计手册.湖南科学技术出版社. 1990年

【2】陈耀宗,姜文源,胡鹤钧，等.建筑给水排水设计手册.北京:中国建筑工业出版社, 1997

【3】曾一鸣.膜生物反应器技术[M]. 北京: 国防工业出版社, 2007.

【4】杨玉森.污水处理与水资源利用[M]. 中国给水排水,2006.