环保工艺之——膜生物反应器污水处理与回用

膜-生物反应器是近年新开发的污水处理与回用技术。该技术由于具有诸多传统污水处理工艺所无法比拟的优点。本文将对近年来膜-生物反应器污水处理与回用技术的研究与应用进行介绍。

一.膜-生物反应器的技术原理与特点

在膜-生物反应器中，由于用膜组件代替传统活性污泥工艺中的二沉池，可以进行高效的固液分离，克服了传统活性污泥工艺中出水水质不够稳定、污泥容易膨胀等不足，从而具有下列优点： 

（1）能高效地进行固液分离，出水水质良好且稳定，可以直接回用； 

（2）膜的高效截留作用，可使微生物完全截留在生物反应器内，实现反应器水力停留时间（HRT）和污泥龄（SRT）的完全分离，使运行控制更加灵活稳定； 

(3)生物反应器内能维持高浓度的微生物量，处理装置容积负荷高，占地面积省；   

(4)有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留和生长，系统硝化效率得以提高。也可增长一些难降解有机物在系统中的水力停留时间，有效地将分解难降解有机物的微生物滞留在反应器内，有利于难降解有机物降解效率的提高；

(5)膜-生物反应器一般都在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低，降低了污泥处理费用； 

(6)易于实现自动控制，操作管理方便。 

膜-生物反应器也存在一些缺点：

（1）在运行过程中，膜易受到污染，产水量降低，给操作管理也带来不便。这是目前广大研究者致力改进的问题；

(2)膜的制造成本较高。但随着膜制造技术的不断进步，其成本可望降低。

二.膜-生物反应器的发展

膜-生物反应器的最早研究可以追溯到上世纪60年代末期的美国。1969年Smith等报道采用超滤膜来替代传统活性污泥工艺中的二沉池，用于处理城市污水。在另一早期的报道中，Hardt等采用死端过滤的超滤膜与10L的好氧反应器组合处理人工配制的污水，获得了COD去除率达98%的处理效果，污泥浓度与传统活性污泥法相比，有大幅度增加。这一时期，研究的重点在于开发适合高浓度活性污泥的膜分离装置。但由于受当时的膜生产技术所限，膜的使用寿命短、通量小，加之当时对处理排放出水水质要求不严，使这项技术在相当长一段时间仅停留在实验室研究规模，未能投入实际应用。70年代末期，日本由于污水再生利用的需要，膜-生物反应器的研究工作有了较快的进展。自1983年到1987年日本有13家公司使用好氧膜-生物反应器处理大楼污水，处理水作为中水回用。1985日本建设省牵头组织了 “水综合再生利用系统90年代计划”，其内容涉及到新型膜材料的开发、膜分离装置的构造设计和膜-生物反应器运行系统的研究。通过产、学、研的结合，把膜-生物反应器的研究在处理对象、规模和深度上都大大推进了一步。这一阶段的膜-生物反应器的型式主要是分置式。  目前，膜-生物反应器在日本、美国、法国、英国、荷兰、德国、南非、澳大利亚等国已得到相当多的应用。主要应用对象包括：生活污水的处理与回用、粪便污水处理、有机工业废水处理等。我国对膜-生物反应器的研究始于上世纪90年代初。最早开始研究的有清华大学、中国科学院生态环境研究中心、天津大学、同济大学等。近年，由于该项技术所具有的巨大吸引力和潜在的应用前景，受到了更多研究者的青睐。许多大学、研究所、环保公司也加入到了此项技术的研究开发中。

1. 膜-生物反应器对污染物的处理效果 

2.  有机污染物处理效果 

   许多研究者都证实膜-生物反应器能够有效地去除有机污染物并获得良好的出水水质。早在上世纪80年代日本的三井石化公司采用好氧膜-生物反应器处理大楼生活污水，在进水BOD5为330～710mg/L时，出水BOD5仅为1～5mg/L，BOD去除率可达99%以上。膜出水可以作为楼房中水道用水、草地喷水和汽车冲洗水等使用，达到了污水再生利用的目的。采用分置式好氧膜-生物反应器对城市污水的处理进行了试验研究。在该系统中，采用管状陶瓷膜，切割分子量为3000,000。系统表现出稳定的有机物去除率，即使进水COD在100-800mg/L，N在10-40mg/L大幅度变化的情况下，COD和N去除率分别可达96%和95%以上，出水COD均小于20mg/L。

   膜生物反应器中污染物去除率很高的原因在于：

3. 膜的分离作用维持了高浓度的生物量，促进了生物降解作用；

4. 膜分离本身对悬浮物COD和大分子溶解性有机物也有进一步的截留效果。对于COD的去除，由膜截留作用的贡献率在10-20%左右

   膜生物反应器良好及稳定的出水水质还有赖于膜表面形成的凝胶层的分离截留作用。膜生物反应器在运行一小段时间后，一些大分子的微生物产物便会附着于膜的表面形成一层动态过滤膜，也称为凝胶层。这层凝胶层也能起到过滤膜的作用，且由于其截留作用大于膜本身，从而有助于提高出水水质。研究表明，变化HRT（从2h变化到24h）和SRT（从5d到1300d（基本上不排泥）），对污染物的去除没有明显影响。