環境工程污水處理中膜生物反應技術的運用

朱佳潔

（深圳市寶安灣環境科技發展有限公司，廣東 深圳 518000）

膜生物反應器在高效膜分離元件上工作，實現了合適的水處理功能，不僅占地面積小，而且廢水處理質量非常高，操作簡單，可以長期穩定地運行，因此具有比較廣泛的應用。隨著膜生物反應器技術的逐漸普及和進步，環境廢水處理進入了一個新的階段，相關機構和技術人員開始探索利用該技術的可能性。

1 膜生物反應技術的基本原理

該技術主要基于用于形成生物單元的分離膜模塊的有效組合，其是由二次沉淀和生物處理演變而來的一種新型廢水處理方式。與傳統污水處理技術相比，膜生物反應器技術的效率更高，容易使用。該技術的主要裝置是膜生物反應器，是生物處理技術和膜分離技術的有機結合，是基于兩種技術的改進和整合，使膜生物反應器技術在實踐中更加有效[1]。

隨著膜分離技術的進一步發展，膜生物反應器技術還包括了生物處理技術，這是一種很好的技術組合，可以有效提高廢水處理效率，顯著提高廢水向再生水的轉化率。在實踐中，通過膜生物反應器技術與傳統廢水處理技術的比較，更顯示出其優越性。分析表明，該技術包括膜分離器、曝氣系統和提取反應器。最常用的是膜分離反應器，由于其生物特性，它具有特殊的優勢。不同類型的膜生物反應器也被用于廢水處理，可以是單一單元，也可以是獨立單元，根據生物膜在反應器中的位置不同而不同。

1.1 膜生物反應技術的研究背景

目前城市的發展，仍然無法應對現有水資源短缺問題，人類對水資源的生產和需求將繼續增長，而且使用水資源時，也會產生大量廢水，這些廢水如果未經處理直接排放，將影響生態環境。傳統的活性污泥法處理廢水，由于所需設施占地面積大，所以不能大規模使用。隨著社會的發展和廢水量的增加，傳統活性污泥法已不能有效處理廢水。因此，人們不得不尋找一種更有效的方法處理廢水[2]。

膜生物反應器技術是膜分離和生物技術相結合的一種新型廢水處理方法，是用膜分離法取代了活性污泥法，利用二級澄清器改進了傳統處理方法，并利用膜生物反應器的作用分離廢水的固相和液相，通過微生物和有機物的化學反應降低廢水中的有機物含量，并降低過濾后水的濁度，從而達到廢水處理的目的[3]。根據生物膜在反應器中的位置，有不同類型的反應器：第一種是單室反應器。在安裝這種類型的反應器時，膜組件主要位于工廠內部，由于能耗低、表面積小，不需要安裝混合液體再循環系統。然而，通過膜的流速很低，容易導致膜的污染，而且該工藝的維護成本很高。另一種是安裝分離反應器，即膜組件和反應器必須分開安裝，并且必須安裝一個混合液體再循環系統。當污水通過生物膜時，液體與被保留的物質一起進入系統，避免了微生物的高損耗。該技術運行可靠，膜組件易于拆卸和清洗，但回收混合液體會損害微生物，降低其活性，對污水處理產生負面影響。此外，這些設備可以在復雜的膜生物反應器中與其他技術并行使用。

2 膜生物反應技術分析

2.1 優勢分析

2.1.1 分離效率高

膜生物反應器在處理污水時，不需要污泥池和過濾系統，因而減少了占地面積，并消除了處理過程中的污泥堆積，可以使系統容量得到最佳利用，因而有效提高了污水處理中的生產率和質量。

2.1.2 能有效分離廢水和微生物

膜生物反應器可以處理廢水和廢水中的活性污泥，其處理方式是將廢水隔離在膜中，使廢水只流向與進出口相連的膜室，這就保證了生物細菌不能進入膜內，總是在膜外活動，從而達到將廢水與微生物分離的目的，提高了廢水處理的質量。

2.1.3 氧氣運輸系統的性能非常穩定

曝氣系統使用膜生物反應技術，所使用的膜為一種新型的可滲透膜。這種膜的傳質阻力小，不易受外界環境因素的影響，充分保證了膜生物反應器中氧氣傳輸系統的穩定性。

2.1.4 可減少淤泥的形成

使用膜生物反應器還可以提高生物反應的效率，保證反應器混合物中的懸浮物濃度足以提高大分子降解的效率，阻斷反應器中的所有污泥，從而使污泥產量降低[4]。膜生物反應器技術與傳統的廢水處理技術相比具有獨特的優勢，因此值得進一步研究。

2.2 劣勢分析

膜生物反應器技術有一定的壽命，它可能因廢水的濃度而變化。如果廢水中含有大量污染物，壽命就會縮短，水容量也會減少，從而影響生態廢水處理系統的正常運行。因此，研究如何有效延長膜的壽命，以及如何確保膜在結垢后能保留適量的水是很重要的。此外，在廢水處理中使用膜生物反應器技術會引起污染物和混合固體過度吸附的問題,難以達到滿意的治理效果。

3 膜生物反應技術在環境工程污水處理中的應用

3.1 動態內循環技術

由于膜生物反應器技術對反應器提出了非常高的要求，因此必須對傳統反應器進行升級。在實踐中，升級反應器技術時必須考慮環境廢水處理的特點和要求，不斷改進和完善反應器技術，以創造一個動態的在線反應器，減少對人工操作的依賴。膜生物反應器技術通過引入微米材料，大大降低了廢水處理成本，提高了企業的經濟利益。通過使用動態循環技術，可有效將活性污泥吸附原理引入污水處理過程中，并對高產污泥進行反復過濾或系統吸附，使不同反應物得到反復處理。目前通過對動態反應技術在內部循環中的具體應用分析表明，部分地區的廢水處理仍采用側吹法，可能會造成不合理的泄漏或延遲等問題，嚴重影響了最終廢水處理的質量和效率。因此，在處理廢水時，要充分了解廢水處理的具體要求和技術特點，加裝立式水流風機，合理降低廢水處理中的水流量，避免反應器因反應速率過高而中斷流動，這樣才能體現內部動態反應的優勢和價值。

3.2 EGSB-MBR重組技術

增強型顆粒污泥床（EGSB）是第三代厭氧消化器，與上一代相比增加了污水再循環系統，并改進了對消化器中有機物的吸收，使有機物和微生物之間的接觸更加均勻和密集，從而加快了生化反應速度，大大增加了生物降解效率[5]。該技術可與膜生物反應器技術結合，實現優勢和劣勢互補。例如，膜生物反應器技術由于吸附了過多的污染物，隨著時間的推移會降低流速和水質，而顆粒污泥反應器技術在長期使用過程中對氨氮排放和懸浮固體的凈化效果較差。使用EGSB MBR可以有效補充這兩種技術的優點和缺點，從而提高處理后水的穩定性。

3.3 氣浮等膜生物反應組合技術

結合膜生物反應器技術，如氣浮技術，可以減少污水中的洗滌劑、膠體和其他污染物，有效去除污水中的不溶性膠體和物質，減少下游生物處理步驟的負荷，進一步減緩膜的污損。在實踐中，膜生物反應器技術的應用范圍很廣，不僅可以單獨使用，還可以與其他技術結合使用，更好地滿足不同廢水處理過程的具體要求。

3.4 連續循環曝氣系統

膜生物反應器中最重要的技術之一是連續循環曝氣系統（CCAS），可有效提高廢水的處理效率，解決根部污染的問題，并減少了污垢，提高了水處理效果。CCAS使出水主要分為污泥暴露和污泥流動。額外的污泥再循環可以有效地控制曝氣機的體積，膜組件可以直接連接到生物澄清器，以過濾和分離污水，確保污泥的分離、濃縮和處理。CCAS SBR系統還保留了靜態污泥和低SS的優點，創造了厭氧區，使出水中磷的去除更加穩定。

3.5 曝氣生物濾池技術

這項技術是將膜的生物活性與生物過濾結合起來，以實現最佳的廢水處理效果。除了生物過濾層之外，生物過濾器還包括一個曝氣和配水系統。使用微生物膜可以去除溶解的有機物，而使用帶有單孔膜的空氣分配器可以提高系統的效率和安全性。

4 膜生物反應技術在環境工程污水處理中的應用范圍

4.1 處理工業廢水

工業生產和清潔過程往往需要大量的水，因此產生和排放的廢水量非常大。此外，由于工業的特殊性質，廢水污染通常很嚴重，會對環境造成嚴重破壞，對人類、動物和植物健康非常不利。工業廢水的復雜成分也使其難以處理，然而，工業生產往往是集群式的，一個工業基地通常只生產一種類型的產品或成分略有不同的產品，例如，一個生產電池的工業基地只生產與電動自行車所需電池相關的產品。因此，在處理工業廢水時，必須充分了解工業場所的具體條件。在設計使用膜生物反應器技術的廢水處理系統時，微生物的選擇必須滿足工業設施的實際廢水處理要求，以達到最佳的廢水處理效果。同時，在選擇微生物時，應仔細分析微生物的生存條件，考慮廢水的溫度和環境，選擇適應這些溫度條件并能正常生存的微生物。這些問題都應根據具體情況進行仔細分析，主要目的是實現最佳的廢水處理效果，并利用膜生物反應器技術創建一個合理、高效的廢水處理系統。

4.2 處理生活廢水

膜生物反應器技術不僅適用于工業廢水的處理，也適用于生活廢水的處理。膜生物反應器技術用于處理生活污水的主要優勢在于其效率高且使用方便。然而，這種技術也有很多缺點，如技術結構過于復雜，初始投資太高。因此，為了避免高額投資，該技術不適用于處理生活污水。但近年來，國內的經濟和科技進步已經充分克服了原有膜生物反應器技術的缺點，引進該技術的成本也在逐漸降低。此外，這項技術還能有效提高用水效率，因此處理生活污水的優勢也越來越明顯。該技術可以科學、高效地處理生活污水，防止其破壞生態環境，也可有效減少用水量，進一步實現水資源循環利用的目標。

4.3 處理醫院污水

由于醫院廢水具有相對明顯的毒性和危害性，因此需要利用膜生物反應器技術對其進行凈化處理，以提高廢水處理的效率，降低水的毒性。在處理醫院廢水時，可以選擇主體工藝，使水在循環中的停留時間為5 h左右，廢水中的氨氮濃度和廢水中的化學需氧量分別為4 mg/L和50 mg/L。這種解決方案不僅能有效改善廢水質量，而且非常方便用戶的使用，因此，可以達到良好的廢水處理效果。

5 膜污染防治措施

5.1 改善膜性能

在應用膜生物反應器技術過程中，隨著時間的推移，越來越多的污染物被吸附在膜上，如果不定期清洗，膜就會被堵塞，影響廢水處理效率。因此，選擇合適的膜非常重要，這些膜不僅要有高孔隙率和良好的親水性，還要有足夠的孔徑。在實踐中，必須要不斷改進膜生物反應器技術，以優化膜的親水性，防止廢水處理過程中的進一步污染。

5.2 改善污泥特性

在實際廢水處理中，可以通過引入預處理系統來防止膜的污損，從而改善污泥特性。在這一過程中，可以在污泥中添加活性炭顆粒，以改善活性污泥的過濾性能，減少污泥層的整體厚度，從而降低膜的過濾阻力。

5.3 優化膜分離的操作條件

檢測膜污損對改善膜分離過程非常重要。在這種情況下，管道末端過濾會導致膜結垢問題，因此可以采用逐步過濾的方式。通過相關人員的研究和分析可知，可以根據管端過濾、反向過濾和溢流過濾的各自優勢，開發出一個結合管端過濾、反向過濾和溢流過濾的綜合系統。實際和實驗分析表明，這個綜合系統是非常高效、有效和經濟的。

5.4 根據不同膜污染選擇清洗劑

膜污染類型見表1。

表1 膜污染類型

5.4.1 酸性洗滌劑

酸性洗滌劑可以溶解和去除無機礦物質和鹽類，溶解凝膠和石灰層中的銅和鎂等無機金屬離子，徹底清潔留在薄膜表面的凝膠和石灰層，恢復其滲透性。常用的酸有鹽酸、檸檬酸、草酸等。產生的酸溶液的pH值取決于膜材料，因此，清洗酸溶液的方法取決于沉淀物。

5.4.2 堿性清洗液

堿性清洗液可以有效去除輕度污垢，并分解凝膠層，使其從薄膜表面被去除。例如，利用物理方法清洗薄膜表面凝膠層的大顆粒等物質效果很弱，就可以用堿性清洗液清洗被污染的薄膜，因為有機物、二氧化硅和生物污染物在堿性條件下很容易被去除。

5.4.3 氧化性洗滌劑

氧化性洗滌劑如H2O，NaCIO等，具有很強的氧化性，現在經常使用殺菌性洗滌劑，既能去除污垢又能殺死細菌。

5.5 膜組件的選擇和合理優化

5.5.1 薄膜材料的選擇

商業薄膜材料包括硝化纖維素（NC）、醋酸纖維素（CA）、NC-CA薄膜混合物、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚丙烯氰化物（PPc）和氟化乙烯（PVF）、聚四氟乙烯（PTFE）等。薄膜材料的選擇應基于對材料的技術分析和經濟評估，包括材料的強度、耐溫性、化學穩定性、抗污性、水性能、使用壽命、薄膜的成本等。

5.5.2 膜孔徑的選擇

在理論上，選擇孔徑較大的膜可以提高水的流速，同時保證污染物的保留。然而，實驗表明，增加膜的孔徑會加速污損并迅速降低水的流速?？偟哪ゎw粒尺寸（MW）必須比要釋放的污染物的尺寸小一個數量級。

5.5.3 膜表面改性

由于出水中的污染物和活性污泥是有機物，必須降低膜和原水之間界面的能量，以避免膜被侵蝕。因此，應使用具有優良抗淤泥性能的親水膜；此外，與溶液具有相同電荷的膜材料也會更耐堵塞。

5.5.4 膜元件的安裝

為避免膜的堵塞，應合理安裝膜元件，膜元件與曝氣池壁的距離、膜元件與配氣管的距離、膜元件與反應器液面的距離，氣隙壁與曝氣池底部的距離應根據公共環境性能指標確定，以保證一定的曝氣頂與曝氣液面、分散空氣與曝氣池底部的距離。

6 結語

目前，膜生物反應器技術被認為是最有效的廢水處理技術之一，并且受到公眾和科學界越來越多的關注。然而，膜生物反應器技術也有一些缺點，因此，人們應充分了解這項技術的優點和缺點。在實際應用過程中，科研人員需要對該技術進行進一步研究和創新，以有效解決該技術存在的不足，促進技術的可持續發展，使膜生物反應器技術能夠充分發揮其潛力，在污水處理方面取得預期的效果。今后，相關科研人員將通過對膜材料的深入研究，逐步開發出各種不易受腐蝕和污染的新型膜材料，以克服膜生物反應器技術的缺陷。