房 蕾，鄭 驥

(北京機(jī)電院高技術(shù)股份有限公司，北京 100027)

MBR 技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

房 蕾，鄭 驥

(北京機(jī)電院高技術(shù)股份有限公司，北京 100027)

介紹了目前MBR的主要類型、膜污染情況、膜清洗方式以及MBR在不同領(lǐng)域的應(yīng)用情況和工程實(shí)例，對(duì)MBR技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

膜生物反應(yīng)器（MBR）;MBR類型;膜污染;膜清洗;技術(shù)應(yīng)用

前言

膜生物反應(yīng)器（MBR）是一種相對(duì)新型的污水處理技術(shù)。膜生物反應(yīng)器中的膜組件能將污水中所有的生物菌種截留在反應(yīng)器內(nèi)，在長(zhǎng)泥齡和高懸浮固體濃度下處理廢水中的有機(jī)物質(zhì)。MBR技術(shù)主要應(yīng)用于城市污水的處理、凈化、回收，還可以聯(lián)合其它方法處理特殊行業(yè)的高濃度有機(jī)廢水，其處理后的出水懸浮物和濁度接近零，水質(zhì)良好且穩(wěn)定。MBR技術(shù)因其具有能夠自動(dòng)控制、操作管理方便、對(duì)舊工藝改造簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，已在全球多個(gè)國(guó)家、多個(gè)城市、多個(gè)水處理領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

1 MBR的主要類型

MBR技術(shù)已發(fā)展了近20年的時(shí)間，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，MBR實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累，MBR組件的形式不斷變化。按照不同的分類方法，MBR主要有以下的形式：

（1）按照膜材料不同劃分

MBR組件中最重要的組成部分是膜組件，按照膜材料的不同，膜組件可以分為有機(jī)膜、無(wú)機(jī)膜、復(fù)合膜以及仿生膜。有機(jī)膜材料有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚砜（PS）、聚酰胺（PA）、聚偏氟乙烯（PVDF）等，價(jià)格較便宜，但易污損，目前市面上最常用的是PVDF和PE膜；無(wú)機(jī)膜有陶瓷膜等，使用壽命長(zhǎng)，且能在惡劣的環(huán)境下工作，但價(jià)格較貴，目前市場(chǎng)應(yīng)用較少；復(fù)合膜以及仿生膜是當(dāng)前研究的重點(diǎn)，其具有優(yōu)良的抗污染能力、低廉的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，必將成為未來(lái)膜材料的發(fā)展方向。

（2）按生物反應(yīng)器需氧性能劃分

按生物反應(yīng)器需氧性能分為好氧性MBR和厭氧性MBR。好氧性MBR主要處理城市廢水和生活污水；厭氧性MBR主要處理高濃度有機(jī)廢水。

（3）按膜組件類型劃分

按膜組件類型分為板式、管式和中空纖維式。其中中空纖維式的成本最低，但是湍流促進(jìn)性能較差，易污染，應(yīng)用于微濾、超濾、反滲透，可進(jìn)行反沖洗；板式的成本較高，湍流促進(jìn)性能較好，應(yīng)用于超濾、反滲透，不可反沖洗；管式的成本最高，其湍流促進(jìn)的效果最好，抗污染力強(qiáng)，應(yīng)用于錯(cuò)流微濾、錯(cuò)流超濾、納濾，不可反沖洗。目前采用這些膜組件的主要提供廠商如下，中空纖維式：三菱麗陽(yáng)（Mitsubishi Rayon）、GE、Zenon和Siemens Memcor等；平板式：久保田（Kubota）、東麗（Toray）和Huber等；管式：NORIT X-FLOW、Berghof等。

（4）按膜組件在MBR中所起作用劃分

按膜組件在MBR中所起作用不同分為膜分離MBR、曝氣式MBR、萃取式MBR。膜分離MBR用于固液的分離與截留，是現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的一種方式；曝氣式MBR的無(wú)泡曝氣，適于有機(jī)負(fù)荷率高、高需氧量的廢水處理；萃取式MBR用于高濃度無(wú)機(jī)物、高酸度或堿度、高濃度有毒物質(zhì)的工業(yè)污水的處理。

（5）按膜組件與生物反應(yīng)器的相對(duì)位置劃分

按膜組件與生物反應(yīng)器的相對(duì)位置分為分置式（又稱錯(cuò)流式）MBR和一體式（又稱浸沒(méi)式）MBR，其中55%以上的工程應(yīng)用一體式MBR。

2 MBR膜的污染及清洗

MBR處理工藝擁有占地面積小、處理效果好、利于對(duì)舊工藝改造等眾多優(yōu)點(diǎn)，但是同其它膜一樣，無(wú)法避免膜污染問(wèn)題。當(dāng)污水過(guò)濾污泥的濃度達(dá)8～18g/L時(shí)，膜很容易被污染，膜污染的問(wèn)題已成為限制MBR快速發(fā)展的重要因素。通常來(lái)說(shuō)，一體式和分置式膜生物反應(yīng)器有其各自最佳的生物反應(yīng)器和膜組合形式，當(dāng)生物填料的體積較大時(shí)，一體式膜生物反應(yīng)器的膜污染最重，復(fù)合式膜生物反應(yīng)器次之，活性污泥膜生物反應(yīng)器的膜污染最輕。

總體來(lái)說(shuō)，膜的污染分為三種類型：無(wú)機(jī)污染、濃差極化污染以及生物污染。這三種膜污染的形式在廢水處理過(guò)程中都無(wú)法避免，只能通過(guò)控制廢水處理過(guò)程，減緩污染程度以延長(zhǎng)膜清洗周期。

膜的清洗方式有多種，一般可分為物理清洗和化學(xué)清洗。物理清洗包括反沖洗和膜松弛。反沖洗是液流反向流動(dòng)，膜松弛時(shí)停止過(guò)濾，用空氣不斷沖刷濾膜，很多時(shí)候反沖洗和膜松弛結(jié)合使用。物理法主要包括水外洗、水反沖洗、空氣反吹、空曝氣等。化學(xué)清洗主要采用無(wú)機(jī)或有機(jī)酸、氫氧化鈉、次氯酸鈉對(duì)MBR膜原位清洗，也可加入一定的低濃度化學(xué)清洗劑。

3 MBR的應(yīng)用

3.1 生活污水的處理

MBR處理技術(shù)最早應(yīng)用于生活污水的處理，國(guó)內(nèi)外已有成熟的工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

久保田公司和澤能公司[1]是目前世界上占有城市污水處理工程市場(chǎng)份額最大的企業(yè)。久保田平板膜技術(shù)在世界多個(gè)國(guó)家已有成功的工程項(xiàng)目。如柏林的CoiLL Dubh污水廠，2004年建成MBR處理工藝并運(yùn)行至今。其設(shè)計(jì)污水處理量為50m3/h，總膜通量約為27LMH，出水水質(zhì)BOD＜5mg/L、SS＜5mg/L、NH3-N＜0.5mg/L、TP＜0.05mg/L，出水水質(zhì)穩(wěn)定。澤能公司的中空纖維膜MBR技術(shù)，在污水處理領(lǐng)域擁有成熟的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，其在意大利布雷西亞污水廠的MBR設(shè)計(jì)處理量達(dá)到42,000m3/d，HRT為7～8h，SRT為17d，污泥保持濃度8～10mg/L，從運(yùn)行至今，MBR系統(tǒng)未出現(xiàn)任何差錯(cuò)。東麗公司MBR目前在全世界大約有25項(xiàng)正在運(yùn)行的工程，其中3項(xiàng)的日處理量為500m3/d。如其2006年在比利時(shí)建成的MBR平板膜生活污水處理裝置，處理量已達(dá)到2400m3/d，并且從建成至今，運(yùn)行穩(wěn)定。

我國(guó)MBR技術(shù)處理生活污水已有眾多工程實(shí)例。北京市密云縣再生水廠處理采用MBR技術(shù)，使用中空纖維膜組件和模塊化設(shè)計(jì)與安裝，運(yùn)行全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。密云縣再生水廠設(shè)計(jì)規(guī)模4.5萬(wàn)m3/d（現(xiàn)運(yùn)行3萬(wàn)m3/d），處理成本0.67元/t，目前出水COD＜30mg/L、BOD＜4.8mg/L、NH3-N＜0.28mg/L、SS＜6mg/L、TP＜0.06mg/L，出水水質(zhì)良好。

常穎[2]等人研究了復(fù)合式膜生物反應(yīng)器（HMBR）工藝對(duì)小區(qū)生活污水進(jìn)行處理和回用，工藝設(shè)計(jì)的特點(diǎn)為通過(guò)曝氣對(duì)水流的循環(huán)作用實(shí)現(xiàn)膜表面截留的污泥與硝化液的自動(dòng)回流，簡(jiǎn)化A/O系統(tǒng)的運(yùn)行。楊娜[3]等研究了復(fù)合淹沒(méi)式MBR深度處理生活污水，工藝的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了固體停留時(shí)間與水力停留時(shí)間的分離，減少了剩余污泥的產(chǎn)量，解決了傳統(tǒng)工藝中二者關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。汪傳新[4]等使用改良的MBR技術(shù)處理高氨氮生活污水并對(duì)其做了回用的中試研究，工藝的特點(diǎn)是在常規(guī)MBR的基礎(chǔ)上增加水解區(qū)及泥水回流裝置，并將其用于處理高氨氮生活污水。以上MBR技術(shù)處理生活污水其出水水質(zhì)均滿足了《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ25.1-89），通過(guò)消毒處理后還可以用于小區(qū)沖廁、綠化、洗車、噴灑道路、空調(diào)補(bǔ)水，甚至可以用于標(biāo)準(zhǔn)更高的小區(qū)美化的水景和噴泉工程等。

在我國(guó)，MBR技術(shù)的起步較晚，但是從目前的研究來(lái)看，MBR處理生活污水技術(shù)已日趨成熟，今后會(huì)應(yīng)用于更多的工程項(xiàng)目。

3.2 工業(yè)廢水的處理

20世紀(jì)90年代以來(lái)，MBR的處理對(duì)象不斷拓寬，研究人員將MBR處理技術(shù)不斷應(yīng)用于工業(yè)廢水、高濃度有機(jī)廢水等特殊行業(yè)廢水的處理中，如處理食品工業(yè)廢水、水產(chǎn)加工廢水、養(yǎng)殖廢水、印染廢水、石油化工廢水等等，這些研究均獲得了良好的處理效果。

（1）印染廢水

印染廢水中含有大量以芳烴和雜環(huán)化合物為母體，并帶有顯色基團(tuán)及極性基團(tuán)的高分子有機(jī)物，染料結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，尤其是帶有乙烯砜基的活性染料更是生物難降解染料。MBR處理裝置截留的大量微生物可以有效處理染料廢水中難降解的有機(jī)物。

鄭祥[5]用厭氧反應(yīng)器與膜生物反應(yīng)器（MBR）組合工藝處理毛紡印染廢水。結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水COD、BOD和色度分別為128～321mg/L、36～95mg/L和40～70倍時(shí)，出水COD、BOD、色度的平均值分別為36.9mg/L、3.7mg/L、21倍，平均去除率分別達(dá)到80.3 %、95%、59%，達(dá)到生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

鄧家添[6]研究了MBR-RO處理江蘇盛虹集團(tuán)印染廢水，采用威士邦膜科技有限公司開發(fā)的浸沒(méi)式超濾（MBR）+反滲透工藝對(duì)二沉池出水進(jìn)行深度處理，實(shí)現(xiàn)印染廢水的循環(huán)回用，整個(gè)工藝出水水質(zhì)能夠達(dá)到回用水的標(biāo)準(zhǔn)。

石大安[7]等人以鋼鐵廠廢酸對(duì)印染前處理廢水進(jìn)行簡(jiǎn)單預(yù)處理，再利用膜生物反應(yīng)器（MBR）進(jìn)一步處理，這樣可使廢水水質(zhì)大為改善，減輕后續(xù)處理負(fù)荷。在最佳工藝條件下，廢水中的SS幾乎完全得以去除，色度可去除30%左右，NH3-N和COD去除率均可達(dá)72%左右。

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)MBR技術(shù)處理印染廢水，不僅對(duì)COD、BOD有較好的去除效果，而且對(duì)色度也有較好的去除率。MBR工藝截留的高濃度菌種對(duì)難降解有機(jī)物有很強(qiáng)的處理效果。從研究結(jié)果也可以看出，MBR與其它工藝的組合處理效果更佳，因此，未來(lái)的研究會(huì)偏向于多種技術(shù)結(jié)合的處理方式。

（2）啤酒廢水

啤酒廢水比較特殊，其生產(chǎn)中廢水間歇排放，水質(zhì)水量的變化很大。采用傳統(tǒng)的活性污泥法處理，水質(zhì)、水量的變動(dòng)會(huì)對(duì)整個(gè)處理系統(tǒng)產(chǎn)生高負(fù)荷，穩(wěn)定性差。而MBR處理技術(shù)穩(wěn)定性強(qiáng)，抗沖擊負(fù)荷能力高，因此使用MBR技術(shù)處理啤酒廢水具有重要的意義。

2004年，科式公司采用科式膜在比利時(shí)建成MBR處理啤酒廢水，處理量為2000m3/d，最終出水COD為100～200mg/L、BOD為2～5mg/L、TSS為0、TN為1～2mg/L、TP＜1mg/L。該工藝是由原活性污泥構(gòu)筑物改建而成，從改建至今，出水水質(zhì)穩(wěn)定，運(yùn)行可靠。由此可見(jiàn)，MBR技術(shù)不僅能對(duì)啤酒廢水進(jìn)行有效處理，且方便于對(duì)舊工藝的改造。

天津市2006年建成啤酒廢水MBR處理工程，設(shè)計(jì)年產(chǎn)啤酒40萬(wàn)t，同時(shí)在啤酒生產(chǎn)過(guò)程中每天將產(chǎn)生4000m3廢水。污水處理廠采用UASB-MBR工藝，使該廠生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水經(jīng)處理后達(dá)到景觀回用水和生活雜用水標(biāo)準(zhǔn)。

（3）制藥廢水

制藥廢水一般屬于中等濃度的廢水，但是廢水中會(huì)含有部分藥劑成分，這些藥劑會(huì)抑制微生物的生長(zhǎng)、繁殖，最終造成污泥膨脹，影響生化處理的效果。利用MBR處理這些制藥廢水，膜可將大部分微生物截留在MBR反應(yīng)器內(nèi)，因此對(duì)制藥廢水可以達(dá)到很有效的處理。

孫從明[8]研究了MBR處理植物制藥廠廢水，針對(duì)昆明某制藥有限公司制藥廢水采用MBR處理工藝，最終出水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家污水一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，出水水質(zhì)COD＜31.72mg/L，NH3-N＜0.16mg/L，磷酸鹽未檢出，pH8.19，糞大腸桿菌＜9個(gè)。該制藥廠2002年竣工后連續(xù)五年使用日本產(chǎn)的浸入式超濾膜，為聚乙烯中空纖維簾式膜，于2007年初重新更換成國(guó)產(chǎn)膜—天膜天方膜（天津產(chǎn)），運(yùn)行后水質(zhì)穩(wěn)定。由此看出，國(guó)產(chǎn)膜質(zhì)量也在快速進(jìn)步。

楊新寧[9]等人對(duì)維生素C類制藥廢水進(jìn)行了臭氧+MBR處理工藝的中試研究，實(shí)驗(yàn)中廢水先經(jīng)過(guò)臭氧氧化處理，然后再經(jīng)過(guò)MBR工藝，最終出水水質(zhì)COD、氨氮都有明顯的降低，可以達(dá)到國(guó)家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。在這里臭氧工藝的預(yù)處理起到了很好的作用，與MBR技術(shù)的聯(lián)用非常有效。在特殊廢水處理中，MRB技術(shù)與其他技術(shù)的結(jié)合使用是一種非常有效的方法，可以滿足特殊廢水的處理目標(biāo)。

（4）食品加工廢水

食品行業(yè)廢水中含有大量的食物纖維、蛋白質(zhì)、油脂、有機(jī)物和懸浮物。其中有機(jī)物和懸浮物易腐爛，會(huì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，造成水生動(dòng)物和魚類死亡，致使水底沉積的有機(jī)物產(chǎn)生臭味，惡化水質(zhì)，污染環(huán)境。由于MBR技術(shù)污泥濃度較高，污泥齡較長(zhǎng)，因此對(duì)于有機(jī)物含量高、懸浮物多的食品廢水有較好的處理效果。

英國(guó)的Kanes Food公司和Bourne SaLads公司的廢水回用系統(tǒng)都是采用一種改良過(guò)的MBR技術(shù)處理，MBR采用分置式，膜組件采用Norit X-FLOW管式超濾膜，膜孔徑為0.03μm，工藝流程如圖1所示。整個(gè)工藝出水水質(zhì)TSS、BOD、COD的平均含量為4、7、16mg/L，出水水質(zhì)穩(wěn)定。

圖1 英國(guó)Kanes Food和Bourne SaLads公司廢水處理流程

在我國(guó)沈陽(yáng)，MBR處理食品廢水的工程處理水量為1000m3/d，處理工藝：廢水→細(xì)篩機(jī)→除油池→調(diào)節(jié)池→兼氧池→MBR→消毒池→回收水池。COD、BOD、SS、NH3-N去除率分別達(dá)到了95.8%、97.4%、99.3%、85.7%。在整個(gè)運(yùn)行階段，MBR的出水水質(zhì)非常穩(wěn)定，達(dá)到國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。

（5）石化廢水

石化行業(yè)廢水的成分復(fù)雜，處理難度大，傳統(tǒng)的化學(xué)法、生化法等都無(wú)法有效解決問(wèn)題。由于MBR具高污泥濃度和長(zhǎng)污泥齡，對(duì)復(fù)雜有機(jī)物有較好的處理效果。因此可將MBR工藝改造后用以處理石化廢水。

中石化某分公司PTA廢水原采用傳統(tǒng)活性污泥法兩級(jí)曝氣好氧生物處理工藝，處理規(guī)模為5000m3/d。將原污水處理工藝流程改造，采用MBR和厭氧-好氧循環(huán)運(yùn)行的處理工藝。改造后的廢水處理出水直接回用于該企業(yè)的冷卻循環(huán)水補(bǔ)充水系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，出水水質(zhì)優(yōu)良。

王延峰[10]等人采用微電解-復(fù)合式UCT-MBR法處理化工廢水。鐵炭微電解法能提高生物處理效率，且有顯著的脫色效果。內(nèi)電解與復(fù)合式UCT-MBR相結(jié)合后，COD的去除率可達(dá)90%以上，出水中的氨氮、總氮、總磷符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。MBR工藝易與其它工藝結(jié)合使用，達(dá)到處理目標(biāo)，尤其是像石化行業(yè)這樣的高濃度廢水，廢水生化性能不高，利用其他工藝提高廢水的生化性后再利用MBR技術(shù)處理。

3.3 糞便污水的處理

糞便污水濃度高、SS高、NH3-N高，且含有大量的N、P和病原菌。因此對(duì)于糞便污水的處理常常要先稀釋后再生化處理。如果污泥濃度過(guò)高，處理系統(tǒng)難以正常運(yùn)行，處理效果將會(huì)大受影響。經(jīng)過(guò)多年的研究，研究人員認(rèn)為MBR工藝可以對(duì)糞便廢水作直接處理。

日本采用MBR工藝進(jìn)行糞便污水處理已有十幾年的歷史。日本山梨縣采用超濾膜組件與高濃度的活性污泥法組合的MBR技術(shù)處理規(guī)模為40m3/d的糞便污水。系統(tǒng)出水BOD＜5mg/L、TN＜10mg/L、色度＜10倍。MBR工藝處理糞便污水有著優(yōu)良的處理效果。

夏世斌等[11]人研究了復(fù)合MBR處理廁所污水與回用的試驗(yàn)研究，以氣壓為動(dòng)力完成SBR單元和膜單元間混合液的水力循環(huán)，并依靠SBR的液位水頭實(shí)現(xiàn)膜單元的無(wú)動(dòng)力出水。COD、NH3-N、TN、TP和SS的去除率分別為92.4%、95%、50.5%、96.4%和100%，出水水質(zhì)達(dá)到了《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920-2002）標(biāo)準(zhǔn)中的沖廁水質(zhì)要求。MBR工藝處理糞便污水足以滿足中水回用的標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 垃圾滲濾液的處理

垃圾滲濾液含有高濃度的污染物，其水質(zhì)水量隨氣候與操作運(yùn)行條件的變化而變化。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，垃圾滲濾液是最難進(jìn)行生化處理的廢水之一[12]。1994年前就有多家污水處理廠用MBR技術(shù)處理該種污水。

德國(guó)維爾利環(huán)境公司于1989年就開始了垃圾滲濾液MBR處理技術(shù)的研究。該公司在西班牙的畢爾巴鄂垃圾填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)的MBR裝置是目前全球最大的MBR垃圾滲濾液處理裝置，于2004年開始運(yùn)行，其實(shí)際處理最大量可以達(dá)到2200m3/d，處理水質(zhì)最終可以達(dá)標(biāo)直接外排[1]。美國(guó)Envirogen公司開發(fā)出一種使用自然存在的混合菌來(lái)分解滲濾液中的烴和氯代化合物的MBR處理工藝，并在新澤西建成一個(gè)處理能力約為1500m3/d的裝置，在2000年底投入運(yùn)行。在現(xiàn)場(chǎng)中試中，由于MBR截留保留高效菌種，濃度可達(dá)5萬(wàn)g/L，因此其COD的去除率可以達(dá)到90%以上。

在我國(guó)，利用國(guó)內(nèi)MBR工藝處理垃圾滲濾液發(fā)展較快，國(guó)家環(huán)保部于2008年4月頒布了《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16899-2008），對(duì)新建垃圾填埋場(chǎng)滲濾液出水COD標(biāo)準(zhǔn)限值由100mg/L調(diào)整為60mg/L。這一標(biāo)準(zhǔn)的頒布，進(jìn)一步推進(jìn)了MBR技術(shù)在垃圾滲濾液處理方面的應(yīng)用。

我國(guó)利用MBR技術(shù)處理垃圾滲濾液已處于工程應(yīng)用階段，青島小澗西垃圾填埋場(chǎng)、北京北神樹垃圾填埋場(chǎng)、北京阿蘇衛(wèi)垃圾填埋場(chǎng)、佛山高明白石坳填埋場(chǎng)、哈爾濱西南垃圾填埋場(chǎng)、峨眉山市垃圾填埋場(chǎng)等多家垃圾處理場(chǎng)均采用MBR技術(shù)處理垃圾滲濾液，并取得了良好的處理效果。

北京阿蘇衛(wèi)垃圾填埋場(chǎng)[13]在2007年改建垃圾滲濾液處理工程，使用MBR技術(shù)處理垃圾滲濾液。MBR采用分體式生化反應(yīng)器（工藝流程如圖2所示），包括生化反應(yīng)器和超濾兩個(gè)單元。超濾采用直徑為0.1m的有機(jī)管式超濾膜，經(jīng)MBR處理后，通過(guò)超濾膜分離凈化水和菌體，污泥回流可使生化反應(yīng)器中的污泥濃度達(dá)到10～15g/L，經(jīng)過(guò)不斷馴化形成的微生物菌群，對(duì)滲濾液中難生物降解的有機(jī)物也能逐步降解。整個(gè)MBR處理工藝出水，SS去除率達(dá)到100%，COD以及NH3-N去除率分別達(dá)到87%、75%，減少了后續(xù)深度處理中膜污染的程度。

峨眉山市垃圾填埋場(chǎng)垃圾處理規(guī)模為200t/d，垃圾滲濾液處理規(guī)模設(shè)計(jì)為80t/d，選用“厭氧+膜-生物反應(yīng)器+納濾”的組合工藝處理，工藝流程如圖3所示。MBR反應(yīng)器采用一體式，膜組件采用微濾膜。MBR出水水質(zhì)COD、BOD、NH3-N、SS的去除率分別達(dá)到了94.69%、93.23%、98.43%、88.08%，運(yùn)行階段出水水質(zhì)優(yōu)于《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889-2008）[14]。

多項(xiàng)成功的工程證明，MBR處理垃圾滲濾液技術(shù)已擁有成熟的工藝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

圖2 北京阿蘇衛(wèi)垃圾填埋場(chǎng)垃圾滲濾液處理流程

圖3 峨眉山市垃圾填埋場(chǎng)垃圾滲濾液處理流程

3.5 醫(yī)院廢水的處理

醫(yī)院廢水中含有各種藥物、消毒劑、解剖遺棄物等污染物，還有大量病菌、病毒和寄生蟲，成分較為復(fù)雜。因此醫(yī)院廢水需要經(jīng)過(guò)單獨(dú)處理，然后排放進(jìn)入城市下水管道或者環(huán)境水體。MBR工藝對(duì)細(xì)菌、病毒具有很有效的截留作用，可以保證出水中的細(xì)菌、病菌含量低，加以其他輔助工藝，可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

天津市某醫(yī)院2003年針對(duì)醫(yī)院污水的特點(diǎn)和處理要求，選擇淹沒(méi)式MBR工藝作為該醫(yī)院污水處理的主體工藝，并采用負(fù)壓運(yùn)行、尾氣處理、遠(yuǎn)程監(jiān)控等技術(shù)確保其安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。設(shè)計(jì)處理水量為500m3/d。整個(gè)工程基建投資200萬(wàn)元，系統(tǒng)運(yùn)行成本1.32元/m3，MBR處理運(yùn)行成本較低而且對(duì)高病毒、病菌的醫(yī)院廢水有很好的處理效果。

4 MBR工藝應(yīng)用中存在的問(wèn)題

隨著MBR工藝的發(fā)展，MBR工藝被普遍認(rèn)為是一項(xiàng)能夠體現(xiàn)現(xiàn)代科技水平的先進(jìn)技術(shù)，但與應(yīng)用已久的傳統(tǒng)工藝相比，MBR工藝也存在投資費(fèi)用較高、風(fēng)險(xiǎn)大、后期維護(hù)費(fèi)用較高等等缺點(diǎn)[15]。在MBR工藝發(fā)展的20年間，隨著科技水平的提高，MBR工藝的應(yīng)用存在如下問(wèn)題：

（1）投資成本較高

隨著膜技術(shù)可靠性的增強(qiáng)，膜成本從1992年的400美元/m2降至2005年的不足50美元/m2[16]。雖然這一改變大大降低了MBR工藝的投資成本，但是與傳統(tǒng)工藝相比，其投資成本依然偏高。國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用較多的是進(jìn)口膜組件，膜質(zhì)量高，但成本偏高。國(guó)產(chǎn)的膜組件近些年逐漸開始使用，但主要應(yīng)用于小規(guī)模的污水處理工程，膜組件的質(zhì)量有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

（2）運(yùn)行成本較高

在MBR工藝中，由于污泥濃度高因此需要高曝氣量，也意味著高電耗、高運(yùn)行成本。同時(shí)MBR膜組件需要定期清洗，清水、清洗藥劑、后期維護(hù)等也增加了MBR運(yùn)行成本。

（3）膜污染問(wèn)題

MBR工藝中無(wú)法避免的問(wèn)題是膜污染，雖然現(xiàn)在膜的抗污染性能有所提高，但一般膜組件運(yùn)行5～10年后仍需要更換。對(duì)于某些高濃度工業(yè)廢水的處理，膜的污染問(wèn)題更為嚴(yán)重。因此如何延長(zhǎng)膜污染的時(shí)間、減輕膜污染的程度還需要進(jìn)一步研究。

（4）單獨(dú)處理效果不能滿足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)

MBR工藝雖然有著很明顯的處理優(yōu)勢(shì)，但是隨著國(guó)家對(duì)污水處理要求的提高，MBR工藝并不能單獨(dú)運(yùn)行達(dá)到處理要求，因此需要其它工藝輔助，才能達(dá)到出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。如，垃圾滲濾液處理目前最常使用的是MBR+納濾工藝，這種組合方式可以滿足垃圾滲濾液處理的國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

5 MBR工藝展望

在未來(lái)MBR發(fā)展過(guò)程中，有以下主要研究方向：

（1）開發(fā)高性能、低成本膜組件

目前，市場(chǎng)上主要使用的膜有聚酰胺系列和聚丙烯系列等有機(jī)膜和陶瓷膜。近些年，人們著力于研究仿生膜，仿生膜具有良好的傳遞性、分離性、選擇性及生物兼容性，能解決傳統(tǒng)膜許多難以克服的缺點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)于多種材料的復(fù)合膜也在研究之中。國(guó)外的膜企業(yè)中已有部分企業(yè)使用復(fù)合膜作為MBR中的膜組件材質(zhì)。仿生膜、復(fù)合膜將逐漸成為人們改良MBR膜材質(zhì)發(fā)展的方向。

（2）膜組件的標(biāo)準(zhǔn)化

在MBR工藝發(fā)展期間，膜成本及其運(yùn)行成本已大幅度降低。如要進(jìn)一步降低成本，MBR膜組件要像反滲透組件一樣在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以求得行業(yè)范圍內(nèi)的統(tǒng)一，才可降低MBR工藝的成本。相信隨著MBR應(yīng)用的廣泛及對(duì)MBR工藝研究的深入，膜組件的標(biāo)準(zhǔn)化一定會(huì)是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

（3）新型MBR工藝的研究與應(yīng)用

MBR工藝由于具有占地面積少、易于改造、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前污水處理、中水回用等領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。MBR成熟的技術(shù)路線以及運(yùn)行參數(shù)也將成為未來(lái)MBR工藝重點(diǎn)的研究方向。同時(shí)，由于世界各國(guó)大部分污水處理廠都已處于升級(jí)改造期，MBR對(duì)舊工藝改造的便捷必將成為未來(lái)研究的重點(diǎn)。其中，專性菌種與MBR技術(shù)結(jié)合對(duì)特殊廢水的處理也將成為未來(lái)MBR技術(shù)發(fā)展的方向。

[1]Simon Judd，Claire Judd（英）著，陳福泰，黃霞，譯.膜生物反應(yīng)器：水和污水處理的原理與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2009：170-192.

[2]常穎，王寶貞，高欣.復(fù)合式膜生物反應(yīng)器的小區(qū)污水回用試驗(yàn)研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，35（2）：152-159.

[3]楊娜，劉國(guó)慶，王增長(zhǎng).復(fù)合淹沒(méi)式MBR深度處理生活污水的試驗(yàn)研究[J].山西建筑，2008，34（5）：216-217.

[4]汪傳新，王廣華，隋軍.改良MBR處理高氨氮生活污水及回用的中試研究[J].中國(guó)給水排水，2009，25（1）：60-63.

[5]鄭祥，劉俊.新厭氧反應(yīng)器與好氧MBR組合工藝處理毛紡印染廢水試驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)，2004，25（5）：102-105.

[6]鄧家添.MBR-RO組合工藝在印染廢水回用的應(yīng)用[J].海峽科學(xué)，2009，8（32）:64-65，73.

[7]石大安，黃榮榮，吳玉寶.印染前處理廢水的MBR處理[J].印染，2008，34（8）：33-35.

[8]孫從明.MBR工藝處理制藥廢水[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2009，28（1）：69-71.

[9]楊新寧，趙艷華，戴海平，易修強(qiáng).臭氧+MBR工藝處理維生素C類制藥廢水的研究[J].天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，28（4）：9-11.

[10]王延峰，李亞峰，孟繁麗.微電解-復(fù)合式UCT-MBR處理化工廢水的試驗(yàn)研究[J].遼寧化工，2009，38（1）：26-28.

[11]夏世斌，陳小珍，張兆基，湯文斐.復(fù)合MBR處理廁所污水與回用的試驗(yàn)研究[J].中國(guó)給水排水，2007，23（5）：14-17.

[12]Alvarez-Vazquez，H.，Jefferson，B.Judd，S.J.（2004）Membrane bioreators vs.conventiona bioogical treatment of landfill leachate:a brief review.J.Chem.TechnoL.Biotechnol.，79（10）:1043-1049.

[13]杜巍，劉學(xué)建，蘆旭飛，鄭斌，于波，王進(jìn)安.外置式MBR在北京阿蘇衛(wèi)填埋場(chǎng)滲瀝液改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2009，17（2）：38-40.

[14]陳雪，張建強(qiáng)，張華.MBR法在峨眉山垃圾填埋場(chǎng)滲濾液處理工程中的應(yīng)用[J].水處理技術(shù)，2009，35（5）：114-116.

[15]Frost，Sullivan.MBR:A buoyant reaction in Europe[R].Report，2003.

[16]Kennedy，S.，Churchouse，S.J.Progress in membrane bioreactors[C].New advances，Proceedings of Water and Wasterwater Europe Conference，Milan，2005.

Development and Application on MBR Technology

FANG Lei, ZHENG Ji
(Beijing Machinery and Electricity Institute Hi-tec Co., Ltd, Beijing 100027, China)

The paper presents the main types of MBR, membrane pollution, membrane cleanout modes and MBR application and engineering examples at present, and prospects the intending development trend for MBR technology.

MBR; types of MBR; membrane pollution; membrane cleanout; technical application

X703

A

1006-5377（2010）11-0042-06