MBR技术在我国的研究进展

【摘要】膜生物反应器（MBR）是一种新型、高效的废水处理技术，在污水处理与回用中有良好的应用前景。本文通过对MBR的特点的概述，针对脱氮除磷方面以及MBR运行中存在的各类问题展开论述，并对我国MBR技术的研究进展情况进行了分析，对 MBR未来的发展进行了预测。

【关键词】MBR；脱氮除磷；膜污染；污泥活性

0.导语

膜生物反应器（MBR）作为污水处理发展技术过程中典型的处理工艺之一，一起占地面积小、出水质量高、操作管理简便、运行稳定的特点在实际运用中发挥了巨大的作用。不仅适用于生活污水的处理，在工业废水的处理中也广泛使用。在MBR反应器中，实现了依靠膜技术，使泥水分离，配合一些配套工艺共同运行可以使处理成本大大降低。本文介绍了MBR目前各方面的研究情况以及其未来发展的前景。

1.膜生物反应器的简述

在污水处理，水资源再利用领域，是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。其中，使用的膜的种类繁多，按分离机理进行分类，有反应膜、离子交换膜、渗透膜等；按膜的性质分类，有天然膜(生物膜)和合成膜(有机膜和无机膜) ；按膜的结构型式分类，有平板型、管型、螺旋型及中空纤维型等。

2.MBR在脱氮除磷中的研究进展

目前MBR在国内外的研究发展很快,但自身脱氮率仅为40%～60%;在除磷方面,效果也不理想,很多都要对膜生物反应器的出水进行化学处理才能满足相应的污水排放标准。

2.1 MBR脱氮工艺及处理效果

常规的生物脱氮工艺是建立在硝化以及反硝化的过程中来实现的，通过硝化细菌和反硝化细菌的协同作用，但是由于脱氮要求较高的停留时间，在处理较高浓度氨氮废水中，水池的容积偏大，不仅增加了投资，而且占用了大量土地资源。在MBR工艺中，由于微笑膜孔的截留作用，使得微生物大量停留在反应器中，不改变容积的情况下，大大增加污泥龄。

国内外对于含氨氮废水的处理方法主要采用生物脱氮处理法。国内外对低浓度含氨氮废水的研究已经比较成熟。对高浓度氨氮废水处理方面由MBR膜的完全截留作用使得膜生物反应器的水力停留时间和污泥停留时间可以完全分开，同时反应器维持很高的MLSS使得反应器里硝化菌的大量积累有了可能，为处理高浓度氨氮废水创造了条件。

袁丽梅[2]等人设计一种交替式缺氧/厌氧膜生物反应器(AAAM)的脱氮除磷反应器，试验结果表明:AAAM工艺能够高效去除营养物，对COD、总氮、总磷的平均去除率分别为93%、67.4%和94.1%。

李春杰等[3]在利用SMSBR处理焦化废水时发现，在相当长的污泥龄的条件下，氨氮亚硝化较为全面，而氨氮硝化效果不明显，使NO2--N积累。进一步研究表明，短程硝化并非由氮的浓度和氮负荷引起,是由于硝化菌的生长速率明显低于亚硝化菌的生长速率。

2.2 MBR除磷工艺及处理效果

传统MBR反应器中，由于缺乏绝对厌氧的条件，对于释磷过程十分不利。即使用间歇式曝气MBR反应器，对于磷的去除效果也并不理想。基于以上缺点，在实际处理过程中，往往加以配套设施，强化除磷。如添加一部分厌氧或者缺氧的反应装置。

何圣兵等人在传统MBR反应器的基础上，配合厌氧装置，在静态试验的基础上调整各个阶段的工艺运行参数，进行了为期6个月的连续性试验。结果如下：对COD、TP、SS、NH3-N和TN的平均去除率分别为92.50%、84.25%、100%、94.09%和85.33%。

3.MBR存在的主要问题

MBR工艺中存在许多待解决的问题,如投资成本高、能耗大、膜污染、氮磷去除效果不理想、缺乏成熟的设计规范、优化的运行参数等,阻碍MBR工艺在实际中的应用。

3.1 膜污染

所谓膜污染是指处理物料中的微粒、胶体颗粒以及溶质大分子由于与膜存在物理、化学作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附和沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜通量及膜的分离特性产生变化的现象。

艾翠玲[4]在水力停留时间(HRT)为5h、溶解氧浓度(DO)为3mg/L、抽吸/停止时间为12min/6min、污泥浓度为5g/L、温度20℃条件下发现,当操作压力达到0.13MPa以前,废水的膜通量随操作压力的增加而增加,之后,随着操作压力的增加,膜通量增幅很小。

李艳芬[5]等人将膜生物反应器采用序批式的方式运行来处理模拟生活污水,控制其他条件不变，改变厌氧好养的时间 ,考察了各类膜污染控制方法的效果。结果表明,采用空曝气的清洗方法,可以使膜压差下降8.4kPa;采用空曝气加0.5%的NaClO溶液在线药洗的方法可以使膜压差下降14.18-19.19kPa;先用自来水冲洗,再用0.8%的NaClO浸泡的清洗方法可以使膜压差下降31.99kPa。

3.2脱氮除磷效果差

由于MBR反应器在泥水分离方面效果很好，所以很有效的保持了反应器内的生物量以及延长了硝化菌的停留时间，所以在对于氨氮的处理方面效果很好。但是，由于反硝化需要缺氧环境，所以在MBR反应器中，由于曝气作用，对于反硝化有很大影响。所以，未配套有厌氧或缺氧装置的MBR反应器反硝化的效果并不理想，所以对于总氮的处理效果也不尽如人意。

张捍民等在将序批式膜生物反应器与传统膜生物反应器的处理效果进行对比后指出,进水COD/TN为18.3-32.2时, SBMBR对氨氮和总氮的平均去除率分别为92.2%和91.5%,硝化和反硝化效果都很好;而CMBR对总氮平均去除率为30.5%,反硝化效果较差,但此时的氨氮平均去除率为93.3%,说明CMBR脱氮的限制性步骤是反硝化。

李进等人通过对于产生污泥膨胀对MBR反应器脱氮除磷的影响中发现，由于丝状菌对有机物、氮、磷的亲和能力均强于絮状菌,在有氧的条件下,丝状菌的同化作用和硝化细菌的异化作用竞争有限的基质,使氨氮的去除效果得以提高。但对于TN的去除中，TN的去除率下降。

3.3 污泥活性降低

膜生物反应器的SRT一般在30天以上,较长的SRT可以获得较高的污泥浓度MLSS,进而降低污泥产率并减小反应器体积。然而,污泥龄过长,可能会引起污泥的菌体细胞活性降低, Shin和Kang等报道了以合成污水为处理对象,在污泥停留时间为15天和44天的运行条件下,活细胞的比例分别为55%和32%。

4.MBR的发展展望

对于MBR膜工艺，在实际应用当中，应该注重膜质量的提升和成本的降低，努力开发新型制造工艺，继而使MBR工艺更为广泛的应用。其次，在脱氮除磷方面，筛选高效菌种、研发配套工艺都是未来的发展目标，以实现高效脱氮除磷。在控制膜污染问题上，一方面可以着手开发高性能、抗污染的各类型膜；另一方面，可从操作条件方面着手,如投加凝聚剂等改善活性污泥的聚集状态,投加填料、定期排泥以维持系统内悬浮污泥浓度,采用恒通量过滤、适宜曝气强度、高膜面流速等延缓污染,再配合物理清洗、化学清洗恢复通量,延长膜寿命。　[科]

【参考文献】

［１］于水利，赵方波.膜生物反应器技术发展沿革与展望[J]．工业用水与废水，2006，37(2)：1-6．

［２］袁丽梅,张传义,张雁秋,奚旦立.交替式缺氧/厌氧膜生物反应器的脱氮除磷效能[J].中国给排水，2006,22:14-17.

［３］李春杰.焦化废水的一体化膜--序批式生物反应器处理研究[J].上海环境科学,2001,20(1):24-27.

［４］艾翠玲.一体式膜生物反应器膜污染机理及处理生活污水稳定运行特性研究[D].西安:西安理工大学,2004.

［５］李艳芬,张传义,邓霞,马法赫,张雁秋.M-SBR中膜污染情况的研究[J].环保科技,2008,(3)：10-16.