MBR污水处理技术的原理及应用

MBR这种处理废水的体系是由“膜分离技巧”和“生化处理技巧” 联合起来的。运用一体式膜生物反应器试验装备解决生活污水，结果出水水质稳固优于生活杂排水回用规范。某污水处置厂运用MBR工艺，进水水边变动幅度比较大，但是其出水水质平稳，基本能达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920-2002)的规定。现在MBR技术重点用于中水回用、市区污水、工业污水、粪便污水处置、轻污染饮用水净化等区域。
1.MBR国内外发展状况

20世纪60年代末期，Dorr-Oliver组织开拓研发了首个办公用的MBR，并且将它运到船舶污水处置。当时普遍使用分置式构型，目前实际工程多采用浸没式MBR。20世纪80年代末，日本和美国相继开拓了中空MBR工艺（浸没式）。1985年到1995年期间Jhetford组织推广出分置Cycle-Let工艺（多管式），应用于美国废水回用项目，我国MBR技术的发达虽然与较国外相比较起步晚，但最近几年来MBR的探究应用和国外查不多同步，并且部分区域名列世界前茅。在我国膜工业协会集体联合撰写的《中国MBR产业发展白皮书》里表明，截至二零一三年底，我国已经投入运转的大规模上万吨的MBR工程比50个还多，统计处理能力超出每天230万吨。在华北地区，MBR工程重点用于再生水回用与市政污水处置，在东南地区重点用来解决难降解工业废水和高浓度有机废水。估计到2015年，我国投入运作和在建的MBR系统累计处置能力将大于500万m3/d。MBR技术是将生化反应与膜分割相结合，省去二沉池，由膜组件实行泥水分割。使污泥与杂质贮存在反应池中，这就使MBR体系里的固态悬浮物的浓度 (MLSS)比较大，防止了微生物的消耗。水力停留时间（HRTT)与污泥停留时间（SRT)相分割能够分别管控，无污泥扩张之忧。


此时，可以运用高浓度的活性污泥降解某些传统活性污泥法难降解的物质。进水水质、水量的改变对反应器影响不显著，耐冲击负荷，可以获得稳固优良的出水。

2.MBR在污水处理中的应用

在这十年中，MBR体系已经在解决我们生活中的污水、医院中的废水、垃圾在渗出的液体、工业废水和所有浓度比较高、不容易降解的工业废水在发挥了重要作用。MBR需实行预处理，大多数是与其他工艺相联合的形式。

2.1 MBR-厌氧/缺氧交替工艺
交替式厌氧/缺氧-膜生物反应器（A-A/A-M)工艺可提高生活污水脱氮除磷效果。该工艺由一个交替缺氧/厌氧反应池和内置膜过滤单元的好氧池组成。通过好氧池底部回流污泥流向的改变，使得两个独立反应器（A和B)内依次形成缺氧和厌氧环境，实现同步厌氧释磷、缺氧反硝化脱氮，及好氧吸磷、硝化、去除BOD等过程。好氧反应器进行连续曝气减缓膜污染的进程，延长清洗周期。该工艺对COD、TN、TP的平均去除率分别达到93%、67.4%和94.1%。

2.2 A2/0 + MBR工艺
A2/0+MBR技术是把过去的A2/0技术与MBR技术相结合，使它们的优点相互弥补，相互配合，能够有效的排除主要污染物质。A2/0+MBR体系中发生的高污泥浓度不但减少了水力停留时间，且具有同步硝化反硝化、反硝化除磷等阶段，就说是在C/N较低的前提下，也能确保优良的脱氮除磷效应。运用A2/0+MBR工艺处置市区污水，试验证明：MBR池的污泥浓度最高达8.2g/L，CODCr、TN与氨氮的去除率分别达93.0%、78.5%和94.7%。

2.3 PAC-MBR工艺（粉末活性炭-膜生物反应器）
PAC-MBR组合工艺是指将PAC投加至MBR污泥混合液中污泥絮体以PAC颗粒为骨架，吸附和絮凝污泥混合液中微细胶体、胞外聚合物EPS(Extraeelluar Polymeric substanees )、溶解性有机物等，使污泥颗粒粒径变大,抗压能力增强，膜面沉积层孔隙率提高，压密性降低，从而降低膜过滤阻力和膜污染程度，提高膜通量。同时，由于PAC污泥絮体的吸附和生物降解作用协同，形成生物活性炭，使有机污染物降解去除率得到提高，PAC得以再生。MBRPA和MBR工艺处理生活污水的对比实验，结果表明，由于PAC的存在大大改善了膜污染状况，从而延长了膜清洗周期。

3.MBR存在的问题

MBR突出的特征是占地面积小，耐冲击负荷，出水水质优良，自动化程度高容易管理，但MBR工艺现在仍然存在的某些问题。

3.1 处理能力降低的风险
MBR通常在恒定通量下进行，为了持续运行要求MBR不能超过极限通量,超过这个极限会产生膜污染，那么多余的水就无法通过膜孔径，产水率下降。很多MBR工艺在实际运行过程中随着时间的积累，其处理能力不断下降，很多水厂的处理能力甚至不足设计之初的50%。美国环保局认为，如果MBR工艺的进水峰值流量超过平均流量的1.5~2倍，就需设置流量调节池，或者备有大量的膜组件以保证出水水质达标。

3.2 投资成本与运行成本较高
如今，膜组件是MBR处理系统中主要组成部分，同时也是技术含量最高及价值最大的部分,其成本占据整体设备投入的多部分。此外，MBR需要先进的设备以满足其自动化的要求，这也增加了其成本。浸没式MBR工艺，需加大曝气强度，造成能耗上升。另外，膜组件寿命有限，达到一定使用年先后需更换膜组件。据分析，国内MBR投资成本在2000~2500元/m3，是传统活性污泥法项目建设成本的1. 5倍左右。

3.3 预处理与自控系统设计不足而产生的风险
通常MBR工艺需先经过预处理再进入膜处理反应器内。预处理不到位或者不经预处理便进入膜反应器内必会产生严重的后果。MBR工艺自动化程度比传统活性污泥工艺高很多，膜组件需定期清洗、组装甚至是更换，为保证出水水质，对水厂PLC控制系统有较高要求。
4.发展前景

面对日益严格的污水排放和回用规范，很多现有污水处理厂的改建，规定不增大占地面积而增大处理水量，提升出水水质。虽然MBR法的基建开支高于以往活性污泥法，易发生膜污染问题，但其占地面积小，有机物去除率高，还能够强化脱氮除磷效应，解决水质优异，这使其在城市污水脱氮除磷应用中具有较大的潜力，也符合我国污水处理厂提标改扩造的要求。因此，MBR在水厂改扩建项目中发展前景良好。

与传统的处理工艺相比，MBR工艺初期基建、维护管理费较高，通过MBR处理的污水，可以直接中水回用。在水资源紧缺的大背景下， 污水也是重要的水资源，今后对污水处理再利用的需求将会逐步提高，”高水高用，低水低用”。因此，MBR工艺也将会成为大规模污水处理厂的选择方案。另外，在过去的十几年里，MBR工艺的不断改进，单位面积制膜成本下降，这使膜组件的管理运行、基建费用降低。目前， 国内正处于市政污水处理设施建设期，这也为MBR工艺提供了机会。综上所述，MBR在处理城市污水、工业废水、中水回用及污水处理厂改扩建等方面都具有广阔的应用前景。