污水再生處理膜生物反應器

１、新型膜生物反應器種類

１．１ 高截留膜生物反應器

高截留MBR是目前膜法水處理的一個研究熱點，包括正滲透MBR(FO―MBR)、納濾MBR(NF―MBR)、膜蒸餾MBR(MDBR)等。高截留MBR的特點是用截留分子質量小的膜(如FO膜、NF膜等)代替?zhèn)鹘y(tǒng)MBR中的微濾(Microfihration，MF)或超濾(Uhrafihration，UF)膜，因此出水水質優(yōu)良，在提升再生水水質中具有良好的應用前景。正滲透(Forwardosmosis，FO)是指水通過選擇性滲透膜從高水化學勢區(qū)域向低水化學勢區(qū)域的傳遞過程。由于FO膜出水中有機物含量很低，有利于減輕后續(xù)處理的壓力。Qin等將FO―MBR與RO工藝結合，既可以有效緩解RO膜污染，同時又解決了目前工業(yè)和市政污水處理排放中存在病原菌、微量有機物等問題。納濾(NF)膜具有很高的截留率，與RO膜相比其能耗較低。Yamamoto和Elimelech等課題組均對目前的MBR―RO工藝提出了新的改進方案，通過NF―MBR工藝獲得了較好的出水水質，但是還需要解決NF通量較低等問題;Elimelech等制備了復合NF膜，與傳統(tǒng)的PVDF膜相比，該種膜具有更高的通量，同時提高了膜的抗污染性能。Elimelech教授課題組還將碳納米管與制膜結合起來，制備了納米管膜。這種膜具有很高的鹽截留率，在凈化污水方面具有廣闊的應用前景。

膜蒸餾MBR(MDBR)也是一類近年來比較新的高截留MBR，該反應器需要較高的溫度環(huán)境(約５０℃，可利用廢熱)，以促使水通過膜蒸餾透過膜，出水純度高，污染程度輕，比傳統(tǒng)的MBR―RO工藝運行費用低。Fane等利用MDBR處理污水，污泥濃度能穩(wěn)定在５g/L，通量穩(wěn)定在５L/(m２?h)，污染輕。MDBR不僅出水水質極好，基本不含有機物，而且對于RO膜等難以去除的N一亞硝基二甲胺(ND―MA)都能有效去除。除此之外，能耗＜１kW?h/m３。目前，MDBR還處于研究階段，如何使廢水生物系統(tǒng)適應較高溫度、高鹽度及提高通量等是MDBR今后必須解決的問題。高截留MBR中，由于對有機物截留程度高，有機物停留時間(ORT)要遠大于污泥停留時間(SRT)和水力停留時間(HRT)，因此有機物能得到更多被降解的機會。在高截留MBR中普遍存在的問題是反應器內的微生物必須適應高鹽度或者高溫環(huán)境，其次是能否在較高通量下不出現嚴重的膜污染，因此保持長期穩(wěn)定運行的方法還需要進一步研究。但是作為一種低能耗、處理效果優(yōu)異的新工藝，高截留MBR具有極大的研究和應用價值。

１．２ 斜板膜生物反應器

Yamamow等開發(fā)了缺氧/好氧MBR，即斜板MBR，其該工藝缺氧池中污泥濃度較高，可以吸附進水中大部分有機物，通過在缺氧段設置斜板分離污泥，吸附大量有機物的污泥可以進行消化，回收生物質能。缺氧和好氧池的污泥濃度由缺氧池的上升流速和回流比確定，好氧池的污泥濃度控制在較低水平，可以有效緩解膜污染。Chiemchaisri等利用該反應器處理垃圾填埋場的滲濾液，對BOD，和COD的去除率分別達到９９％和６０％以上，對總氮的去除率達８０％以上。Fontanos等利用該反應器處理市政污水，通過調控回流比可以有效改變缺氧池和好氧池的污泥濃度，對于波動較大的進水具有很好的適應能力。MBR與活性污泥法中的AB法類似，進水中大多數有機物通過吸附先被去除，然后通過消化等過程回收其中的生物質能，后續(xù)的好氧生物處理工藝的負荷得到減輕，污泥濃度也可以降低，由此可以緩解膜污染。

１．３ 真空旋轉膜生物反應器

真空旋轉MBR與傳統(tǒng)浸沒式MBR的不同之處在于其膜組件是可以活動的，該組件以１~２r/min的轉速旋轉。旋轉產生的剪切力與中央大氣泡曝氣產生的氣體對膜表面的沖刷作用可使組件任何部分都不聚集污泥，因此無需清洗。Keucken等對真空旋轉MBR進行了中試研究，膜組件由一中空的旋轉軸組成，周圍有６―８塊膜組件，膜材料是孔徑為０．０４的聚醚砜膜。結果表明，長期運行過程中(尤其在低溫條件下)能保持TMP的穩(wěn)定。

２、MBR在污水再生處理中的應用

城市污水的再生利用是實現水資源可持續(xù)利用和城市可持續(xù)發(fā)展必不可少的環(huán)節(jié)，是解決水資源供需矛盾，減輕水體污染，改善生態(tài)環(huán)境的重要途徑。近年來MBR在污水再生利用中的應用越來越廣泛，并帶來明顯的經濟效益、可觀的環(huán)境效益和社會效益。

3、MBR的應用愿景

隨著水資源短缺及水污染日趨嚴重，MBR作為一種水污染控制與污水回用的高新技術而受到越來越多的重視。結合目前的經濟水平和MBR工藝的特點，在以下方面加以推廣和應用具有極大潛力。

(１)通過采用MBR工藝使污水處理廠的末端水成為可以回用的中水，實現城市污水資源化。

(２)應用于高濃度、有毒、難降解工業(yè)廢水的處理。

(３)適合城市生活小區(qū)等小規(guī)模、有機負荷不高的污水處理。

4、總結

隨著MBR技術的不斷發(fā)展和完善，MBR在污水再生利用領域具有越來越廣闊的應用前景，將為實現污水資源化，緩解水資源緊缺矛盾起到重要作用。（來源：廣東省環(huán)境保護工程研究設計院）