膜生物反应器在农村污水处理中的应用

一、农村污水特点

农村污水按使用性质，分为厕所、洗浴及厨房等生活使用过程中产生的生活污水，和农村居民在农业生产中产生的高含量有机废水，如畜禽养殖业、水产养殖业以及农产品加工等，甚至包括日常降雨所形成的村庄径流及农田径流。农村污水分布广泛、污染范围大、污水量少、间歇性排放。污水中污染物质成分复杂、有机物含量高、可生化性较高，污水水质水量波动大、无秩序排放、收集困难且总排放量逐年增加，农村环境污染严重，对农村污水的处理刻不容缓。

二、膜生物反应器（MBR）及其分类

MBR技术始于20世纪60年代后期的美国，70年代开始在日本兴起，80年代MBR技术得到推广，90年代吸引了国内研究者的注意。2002年，MBR被列为“863”重大科技项目，推进MBR在污水处理及回用技术中的应用。根据膜组件的安装位置，MBR分为外置式、浸没式、复合式3种。根据反应器内是否需要供氧，MBR分为好氧型和厌氧型。按照膜材料的不同，MBR可分为微滤膜MBR、超滤膜MBR等。根据膜组件和生物反应器的相互作用关系，MBR又分为“曝气MBR”、“分离MBR”和“萃取MBR”3种类型。

（一）曝气MBR

曝气MBR又叫膜曝气生物反应器（MABR），该技术曝气方式优于传统的多孔或微孔大气泡曝气，利用透气膜进行无泡曝气供氧，氧的利用率高。透气膜上的生物膜与污水充分接触，通过透气膜为附着其上的微生物提供氧气，高效降解水中的污染物。

（二）分离MBR

分离型MBR又称为固液分离型MBR，将膜分离技术与传统废水生物处理技术结合，膜组件分离微生物、截留固体颗粒和大分子溶解性物质，替代传统工艺中的二沉池，提高了固液分离效率。并且由于曝气池中活性污泥含量的增大，提高了生化反应效率，进一步降解有机污染物。分离型MBR在MBR污水处理工程中应用最为普遍。

（三）萃取MBR

萃取MBR（EMBR）把膜分离工艺与厌氧消化结合，选择性膜从废水中提取有毒化合物，厌氧微生物将废水中的有机物转化为能源气体甲烷，并将养分（例如氮和磷）转化为更多的化学形式，从而最大程度地从废水中回收资源。

三、MBR 在农村生活污水处理中的应用

（一）好氧MBR

通常所说的MBR即指好氧MBR，利用曝气冲刷，基本解决了传统活性污泥法存在的污泥膨胀、污泥含量低、剩余污泥量大等缺点，在废水处理中有广阔的应用前景。MBR应用在农村污水处理中的研究较少，但MBR的模块化、自动化、简易化，使其处理分散式农村污水具有良好的发展前景。目前已有成熟工艺处理农村生活污水并稳定运行，出水均达到水质要求。

（二）厌氧MBR

相比传统活性污泥法，厌氧生物技术污泥产量少、能耗低、产生能源性气体甲烷。随着厌氧技术的发展，厌氧消化与膜分离技术结合，将废水中的有机物生物转化为富含甲烷的沼气，打造能源型污水处理厂。与传统工艺相比，厌氧MBR减少了操作空间和单元操作数量，易于扩大规模及选择性回收、分离养分和资源。ANMBR主要运用于市政废水、工业废水和低污染物含量城市及生活污水的处理。其中在酒精工业废水、食品工业废水、垃圾渗滤液、动物粪便等易于生物降解的污水处理中已有较多工业级规模应用。但在市政及生活污水的研究规模基本为实验室级，仅有少数中试规模。厌氧MBR是一种从生活污水中回收能源和水资源的一种高效生物处理技术。不同的膜材料、膜结构、膜孔径的选择，在MBR中可达到不同的处理效果，均可满足出水和回用标准。

四、MBR组合技术处理农村污水及膜污染

（一）处理农村污水

MBR应用于农村污水的处理效果显著，出水水质好，但运行过程中也存在弊端，氮磷去除率低、膜污染、膜结垢问题不如忽视。把传统MBR与活性污泥、生物滤饼技术结合，或者耦合生态池、氧化沟等成熟工艺，提高农村污水的处理效果。

（二）MBR膜污染

MBR在运行过程中，膜污染无法避免，会增加系统能耗。通过添加混凝剂、原位臭氧氧化等可以缓解膜污染。但投加混凝剂的种类和数量不当，会加重膜污染。如Fe(III)比Fe(II)引起更严重的膜污染，且Fe、P比越大，污染越严重。缓解膜污染还可以通过膜材料改性、增加预处理、优化反应器等实现。膜组件常见的反冲洗方式有水反冲洗、气反冲洗和化学反冲洗。水力反冲洗操作简单，但耗水量巨大，气反冲洗效果好但能耗大，化学试剂清洗使用频繁会缩短膜的寿命。在运行中如何去减少膜污染，延长使用寿命及选择通量恢复高的膜清洗方式是研究面临的挑战。