膜生物反應(yīng)器(MBR)技術(shù)在中水回用中的應(yīng)用分析研究 環(huán)境工程專業(yè)

膜生物反應(yīng)器(MBR)技術(shù)在中水回用中的應(yīng)用分析研究環(huán)境工程專業(yè)摘要：隨著全球范圍經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的膨脹，水資源短缺已成為全球人類共同面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。開發(fā)新的可利用的水資源迫在眉睫，而在該領(lǐng)域可以得到廣泛利用的就是中水回用技術(shù)。MBR——膜反應(yīng)器技術(shù)是在進(jìn)行了一系列專家的實(shí)驗(yàn)分析比較之后被認(rèn)為是污水處理技術(shù)的新端科技，具有不可忽視的潛力。本文簡介MBR技術(shù)的發(fā)展以及在實(shí)際應(yīng)用中的范例——日本膜反應(yīng)器在中水道的應(yīng)用[1]，同時(shí)簡要分析國內(nèi)外對(duì)于MBR技術(shù)的應(yīng)用情況，并展望我國未來對(duì)于膜反應(yīng)器技術(shù)的前景。關(guān)鍵詞：中水,污水處理,膜生物反應(yīng)器前言：隨著現(xiàn)代工業(yè)的高度發(fā)展以及人們?cè)絹碓礁叩纳钏?，城市用水量和廢水量急劇增加。而現(xiàn)在水資源情況不容樂觀，全世界面臨著水資源短缺的嚴(yán)峻局勢(shì)，故將廢水作深度處理后再循環(huán)利用是必然的發(fā)展趨勢(shì)，污水資源化利用技術(shù)的推廣將勢(shì)在必行。污水資源化就是將城市生活污水進(jìn)行深度處理后作為再生資源回用到適宜的位置。中水處理即是采用物理、化學(xué)以及生物化學(xué)方法將城市污水或生活污水進(jìn)行處理，使之達(dá)到一定水質(zhì)要求，可在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用。如用于沖洗地面、廁所、綠化、噴灑及景觀用水等。因其水質(zhì)介于上水和下水之間，故稱中水。膜-生物反應(yīng)器(Membranebiologicalreactor,MBR)是一種膜分離技術(shù)與生物學(xué)、生物化學(xué)等相結(jié)合進(jìn)行廢水處理的新工藝,主要由“膜組件,生物反應(yīng)器和物料輸送”3部分組成.它與傳統(tǒng)的生化污水處理技術(shù)相比,具有固液分離效果好、生化效率高、出水質(zhì)優(yōu)、設(shè)備集中、占地面積小、污泥濃度高、污泥負(fù)荷低、便于管理和自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn),基本解決了傳統(tǒng)的活性污泥法存在的污泥膨脹、污泥濃度低等因素造成的出水水質(zhì)達(dá)不到中水回用要求的問題[2-4],在中水回用和廢水處理中有廣闊的應(yīng)用前景.1.膜生物反應(yīng)器的發(fā)展[1]20世紀(jì)60年代來，美國在生活污水處理中以超濾膜代替二沉池，取得了極好的效果，但當(dāng)時(shí)膜技術(shù)處于發(fā)展初期，膜價(jià)格昂貴，膜使用壽命短，且能耗又高，因此未得到推廣的應(yīng)用。到20世紀(jì)80年代，隨著膜技術(shù)的發(fā)展和完善，膜生物反應(yīng)器(MBR)開始進(jìn)入城市污水及垃圾填埋滲濾液的處理。隨著對(duì)污水處理深度要求的提高，單獨(dú)用傳統(tǒng)的生物處理已不能滿足日益提高的排放要求，尤其是含較高濃度難以降解物質(zhì)的廢水。膜生物反應(yīng)器（MBR）作為一種新型的廢水處理和中水回用技術(shù)，在城市污水處理、高層建筑中水處理及工業(yè)廢水處理等領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。這種集成式組合新工藝集生物反應(yīng)器的生物降解作用和膜的高效分離作用于一體，具有出水水質(zhì)好、處理負(fù)荷高、裝置占地面積小、產(chǎn)泥量少、操作管理方便等特點(diǎn)。我國對(duì)膜-生物反應(yīng)器的研究始于上世紀(jì)90年代初。最早開始研究的有清華大學(xué)、中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心、天津大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等。近年，由于該項(xiàng)技術(shù)所具有的巨大吸引力和潛在的應(yīng)用前景，受到了更多研究者的青睞。許多大學(xué)、研究所、環(huán)保公司也加入到了此項(xiàng)技術(shù)的研究開發(fā)中。從國內(nèi)專業(yè)雜志發(fā)表的論文篇數(shù)來看，近幾年增加很快，從1998年的9篇增加到2002年的60余篇。目前國內(nèi)從事膜-生物反應(yīng)器開發(fā)應(yīng)用的公司也有十余家。2.MBR的結(jié)構(gòu)以及技術(shù)原理[4]MBR是由MF、UF或NF膜組件與生物反應(yīng)器組成，根據(jù)膜組件在生物反應(yīng)器重作用的不同，MBR可分為分離膜生物反應(yīng)器、曝氣膜生物反應(yīng)器及萃取膜生物反應(yīng)器。如圖1所示。目前在廢水處理中的研究應(yīng)用比較多的是分離膜生物反應(yīng)器，在該體系中膜組件的作用相當(dāng)于常規(guī)生物處理中的二沉池，用于將活性污泥和已凈化的水分開，并將污泥送回生物反應(yīng)器內(nèi)，提高活性污泥濃度，以提高難降解物去除率，NF膜還可將有機(jī)物和高價(jià)鹽截流，以提高他們?cè)谏锓磻?yīng)器重的停留時(shí)間，通過活性污泥的降解和吸附作用，進(jìn)一步講其去除。圖1：膜生物反應(yīng)器a：分離膜生物反應(yīng)器b：無泡曝氣膜生物反應(yīng)器c：萃取膜生物反應(yīng)器膜生物反應(yīng)器用膜分離系統(tǒng)代替普通活性污泥法中的二沉池，取得可直接回用的出水水質(zhì);而且有利于增殖緩慢的微生物如硝化細(xì)菌的截留和生長，增強(qiáng)硝化作用[2]3.MBR在中水回用中的實(shí)際應(yīng)用[1]日本膜生物反應(yīng)器在中水道的應(yīng)用中水道系統(tǒng)開發(fā)利用主要是將廚房排水，洗浴排水集中處理，然后作為廁所沖洗水再利用。日本在1980年前已有不少應(yīng)用實(shí)例。MBR用于中水處理的工藝流程：原水——格柵——調(diào)節(jié)池(預(yù)曝氣)——潛水泵——格柵——UF裝置——泵——反應(yīng)池——中水儲(chǔ)存池圖2：膜好氧生物反應(yīng)器該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：高濃度生物曝氣與UF結(jié)合，可省去二沉池，布置緊湊，可實(shí)現(xiàn)無人管理。由于廢水中有機(jī)物可全部分解無剩余活性污泥，占地面積小，處理能力為100m3/d的設(shè)施占地僅為70m2,UF可除去懸浮固體、膠體及細(xì)菌等。我們可以看一下表1：MBR處理后的出水水質(zhì)：項(xiàng)目MBR出水用水標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目MBR出水用水標(biāo)準(zhǔn)沖廁空調(diào)沖廁空調(diào)pH7.55.8~9.0~ABS/（mg/l）0.82<1<1濁度/度<1<30<10氯離子/（mg/l）48.4<400<300色度/度5<50~總硬度/（mg/l）74<500<300SS/（mg/l）0<30<10氨氮/（mg/l）0<200<20BOD/（mg/l）1.8<20<10磷酸根/（mg/l）0<0.5~COD/（mg/l）7.4<40<20菌落數(shù)/（個(gè)/ml）0<300~可以看出MBR處理中水的效果是極好的。4.國內(nèi)外MBR技術(shù)的研究現(xiàn)狀4.1國外研究現(xiàn)狀：MBR在廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用研究始于20世紀(jì)60年代的美國,Dorr-OliverInc采用超濾膜與活性污泥法相結(jié)合處理生活污水[5],受膜制備技術(shù)所限,膜的使用壽命短、水通量小,在實(shí)際應(yīng)用中遇到障礙。80年代以后,國際上對(duì)ＭＢＲ的研究方興未艾,法國、美國、澳大利亞等深入開展了MBR的研究,為推廣應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)[6,7]?，F(xiàn)在,MBR已成功地應(yīng)用于水道污水、糞便污水、垃圾滲濾液等廢水處理[8-10]。隨著膜制造技術(shù)的進(jìn)步,MBR的處理對(duì)象已從單純的生活污水?dāng)U展到高濃度有機(jī)廢水、含油廢水、制革廢水等工業(yè)廢水。4.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀：我國已開展對(duì)MBR的研究。1998年清華大學(xué)環(huán)境工程系邢傳宏對(duì)無機(jī)MBR處理生活污水進(jìn)行了試驗(yàn)研究[11];1999年同濟(jì)大學(xué)和大連理工大學(xué)的李紅兵、楊磊等人也先后對(duì)生活污水進(jìn)行了試驗(yàn),前者利用中空纖維微濾MBR處理生活污水,后者是利用中空纖維超濾MBR處理生活污水[12,13];2000年顧平等用中空MBR對(duì)生活污水進(jìn)行了中試研究[14];2001年鄭祥等用ＭＢＲ對(duì)毛紡廢水進(jìn)行了中試研究[15],對(duì)COD、BOD5、色度、濁度的平均去除率分別為92.1%、98.4%、60.7%、98.9%。目前已經(jīng)有MBR應(yīng)用于污水處理和中水回用的實(shí)際工程的實(shí)例。由上面的比較可以看出，國外對(duì)于MBR的研究較早，在一些發(fā)達(dá)國家，MBR的應(yīng)用已經(jīng)有了很成熟的運(yùn)作技術(shù)，因?yàn)樗麄兊倪\(yùn)作規(guī)模都很大，而且很多都是致力于對(duì)生活污水的治理，那么多年來的試驗(yàn)與應(yīng)用勢(shì)必給城市帶來更好的生活水準(zhǔn)，同時(shí)可以想象他們對(duì)于工業(yè)廢水的治理同樣是大規(guī)模并具有大成效的。而在我們國家，MBR技術(shù)還剛剛發(fā)展起來，正如上文中提到的，我們國家MBR技術(shù)的研究開始于90年代，還是小規(guī)模應(yīng)用，但是從它的處理能力來看，它對(duì)于有機(jī)污染物，氨氮以及懸浮固體的處理是很有成效的。所以說MBR在中水回用領(lǐng)域以及污水處理中具有廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。5.總結(jié):以上我從四個(gè)方面分別就MBR的發(fā)展、前景、結(jié)構(gòu)、在中水回用中的實(shí)際應(yīng)用以及國內(nèi)外的綜合比較大致介紹了一下MBR技術(shù)?？梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論：5.1與傳統(tǒng)的中水回用技術(shù)，即生物化學(xué)法和物理化學(xué)法比較，傳統(tǒng)的活性污泥工藝出水水質(zhì)不夠穩(wěn)定，污泥容易膨脹，而MBR可以高效的進(jìn)行固液分離，出水水質(zhì)良好穩(wěn)定，可以直接回用。這點(diǎn)可以從圖3中非常直觀得得出。它可以與“中水出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”作比較。中水出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)如下表[16]：項(xiàng)目出水水質(zhì)指標(biāo)濁度，度10溶解性固體，mg/L1200懸浮性固體(SS)，mg/L10色度，度30臭無不快感覺pH值6-9BOD5，mg/L<30COD，mg/L<100氨氮(以N計(jì))，mg/L20總硬度(CaCO3計(jì))450氯化物，mg/L350陰離子合成洗滌劑，mg/L1.0鐵，mg/L0.4錳，mg/L0.1總大腸菌群，個(gè)/L35.2MBR的優(yōu)點(diǎn)：從以上的資料（例如日本中水道系統(tǒng)的開法）中可以看出，MBR具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)出水水質(zhì)好。高效地進(jìn)行固液分離，可以使生物反應(yīng)器內(nèi)獲得比普通的活性污泥法高很多的生物濃度，極大地提高生物降解能力，所以出水的質(zhì)量可以達(dá)到中水水質(zhì)。(2)設(shè)備占地少。因?yàn)槟ぞ哂懈咝У慕亓髯饔?，所以微生物可以被截流在反?yīng)器中，這樣反應(yīng)器中的污泥濃度很高，容積負(fù)荷很大，這樣就可以大大的減少占地面積。(3)剩余污泥量少。這是因?yàn)镸BR反應(yīng)器起到了污泥耗氧消化池的作用，這樣就可以顯著地減少污泥產(chǎn)量。(4)從中水道系統(tǒng)來看，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化控制。(5)MBR設(shè)備布置可集中也可以分散，具有高度的靈活性。5.3MBR工藝的缺點(diǎn)：雖然MBR具有以上那么多的優(yōu)點(diǎn)，但是作為膜本身，它也會(huì)受到污染的威脅，這是因?yàn)槲勰嗷旌弦旱睦鄯e可以增加混合液的黏度，同時(shí)堵塞膜，增加了膜的過濾阻力，影響整個(gè)流程與處理效果。其次，能耗也是一個(gè)重要的問題。6.結(jié)束語:MBR作為一項(xiàng)新興科技，不僅在中水回用領(lǐng)域做出了巨大的貢獻(xiàn)，在其他領(lǐng)域同樣起著重要的作用。例如通過結(jié)合高效菌種的篩選與培育,MBR工藝將在難降解廢水的處理中取得重大進(jìn)展[17]。同時(shí)，我們也知道國內(nèi)與國外的差距還是很大的，與國外的大規(guī)模研究與應(yīng)用相比，我們國家還處于剛剛起步的狀態(tài)，所以還有必要認(rèn)真研究MBR工藝的實(shí)際應(yīng)用以及它的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)國內(nèi)大規(guī)模應(yīng)用，所有MBR工藝具有光明的前景。參考文獻(xiàn)：[1]邵剛,膜法水處理技術(shù)及工程實(shí)例,化學(xué)工業(yè)出版社,北京,2002,269-272[2]BrindleK,Stephenson.Theapplicationofmembranereactorsforthetreatmentofwastewater[J].Biotech.Bioeng.,1996,49:601-610[3]YamamotoK,HaiaM,MahmoodM,etal.DirectSolidLiquidSeparationusingHollowFiberMembraneinanActivatedSludgeAerationTank[J].WaterTech.1989,21:43-54[4]GrethleinHEAnaerobicDigestionandMembraneSeparationofDomesticWastewater[J],JWPCF,1978,50:754-763[5]BUDDWilliamE,OKAYRobertW.BiologicalTreatmentofWastewaterandIndustrialWastes[M].US:DorrOliverIncorporated,1969,3,472,765-771[6]樊耀波,王菊思.水與廢水處理中的膜生物反應(yīng)器技術(shù)[J].環(huán)境科學(xué),1996,16(8):79-81.[7]TSHIOSAH,TALATM,etal.Directsolid-liquidSeparationusingHollowFiberMembranesinanActivatedSludgeAerationTank[J].WatSci,1989,21(4/5):43-54[8]岑運(yùn)華,膜生物反應(yīng)器在污水處理中的應(yīng)用[J],水處理技術(shù),1991,17(5):318-324[9]黃霞,桂萍,范曉軍等,膜生物反應(yīng)器廢水處理工藝的研究進(jìn)展[J],環(huán)境科學(xué)研究,1996,3(2):50-55.[10]楊福才,膜技術(shù)用于糞尿處理[J],中國給水排水,1999,15(2):20-23[11]邢傳宏,陶瓷膜生物反應(yīng)器工藝處理城市廢水及膜堵塞機(jī)理研究[D],清華大學(xué)博士論文,北京:清華大學(xué)環(huán)境工程系,1998.93-94[12]李紅兵,顧國維,謝維民.中空纖維膜生物反應(yīng)器處理生活污水的特性[J],環(huán)境科學(xué),1999,20(2):53-56.[13]楊磊,王棟,張靜姝等,超濾膜生物