夏靜遠

（華北科技學(xué)院，北京 101601）

MBR又稱為生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor），最早于1966年由美國的Dorr oliver公司將其用于廢水處理研究。20世紀70年代，MBR工藝首次進入日本市場。20世紀90年代中后期，歐洲越來越多的國家將MBR工藝用于處理生活污水和工業(yè)廢水。MBR工藝處理廢水的出水水質(zhì)優(yōu)良且穩(wěn)定。近些年來，國內(nèi)很多地區(qū)也對該工藝進行了投入使用。2010年廣州京溪污水處理廠—我國首個大型地下式MBR污水處理廠投入使用，2012年北京清河污水處理廠三期工程的建成，是我國首個達到15 萬t/d處理級別的MBR工程。2013年建成的位于云南的昆明第十污水處理廠則是目前我國最大的全地下式MBR工程。可見我國對MBR工藝的投入使用正處在一個上升的階段。但是隨著大范圍地投入使用，也暴露出一些類如能耗過高，廢棄膜污染等問題。但是這并不代表MBR工藝不可取，MBR工藝仍有著它巨大的處理優(yōu)勢和應(yīng)用價值。

1 MBR工藝

1.1 工藝介紹

MBR是膜生物反應(yīng)器的英文縮寫，是一種結(jié)合了膜分離技術(shù)和生物處理技術(shù)的新型水處理技術(shù)。通常分為分置式、一體式和復(fù)合式三種類型。分置式是指膜組件和生物反應(yīng)器分開設(shè)置，生物反應(yīng)器中的混合液由循環(huán)泵打至膜組件的過濾端，在壓力的作用下使混合液中的液體透過膜，從而達到處理水的作用。一體式是指膜組件安置在生物反應(yīng)器內(nèi)，污水進入膜生物反應(yīng)器后，水中的大部分污染物由混合液中的活性污泥所去除，再在出水泵的作用下使水從膜中透過，從而處理污水。復(fù)合式從形式上來說也屬于一體式的范疇，但所不同的是在生物膜反應(yīng)器內(nèi)添加了填料，從而改變了膜反應(yīng)器的某些性狀。

1.2 工藝特點

由于膜生物反應(yīng)器中的膜分離設(shè)備可以將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機物截留，從而省去了工藝設(shè)備中的二沉池，并且由于膜的分離作用大大增強了生物反應(yīng)器的功能，使活性污泥的濃度大大提高，從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法中存在的諸多問題?？偟膩碚fMBR工藝的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾點，首先出水水質(zhì)是其最大的優(yōu)點，也是該工藝受到推崇的主要原因。其次，MBR工藝由于省去了二沉池從而使整個工藝設(shè)備相對集中，占地面積小。MBR工藝中剩余污泥產(chǎn)量少，并且能夠避免傳統(tǒng)活性污泥法中的易于發(fā)生污泥膨脹的弊端，整個工藝設(shè)備的操作管理也較為方便。

1.3 工藝用膜

MBR工藝中所用的膜大體可以分為兩類，一類為高分子有機膜，一類為無機膜。高分子有機膜由聚乙烯類，聚丙烯腈，聚烯烴類等組成。主要的優(yōu)點在于成本相對較低，并且膜的制造工藝也相對成熟，應(yīng)用較為廣泛。存在的問題是在運行過程容易產(chǎn)生污染現(xiàn)象，并且高分子有機膜的強度較低，使用壽命也相對較短。無機膜是由金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、無機高分子材料等制成，優(yōu)點在于其能耗較低且耐酸抗溫，但不足在于其造價昂貴，膜的制作工藝也不是很成熟，從而導(dǎo)致無法大范圍地投入使用。

2 MBR工藝的實際應(yīng)用

隨著2010年我國首座大型全地下式MBR—廣州京溪污水處理廠投運，MBR工藝在我國的應(yīng)用開始呈現(xiàn)上升的趨勢。2012年北京清河污水處理廠三期工程的建成，是我國首個達到15 萬t/d處理級別的MBR工程。2013年建成的位于云南的昆明第十污水處理廠則是目前我國最大的全地下式MBR工程。此外目前還有很多MBR工程還在建設(shè)之中。目前，在市政污水領(lǐng)域，僅大型 MBR的總規(guī)模就已達350 萬t/d，占全國城鎮(zhèn)污水處理總規(guī)模的2%以上。尤其在內(nèi)蒙古自治區(qū)和新疆維吾爾自治區(qū)等水資源匱乏、生態(tài)系統(tǒng)脆弱的地區(qū)更是得到了大力的發(fā)展。

在工業(yè)廢水領(lǐng)域，呼和浩特托克托工業(yè)園污水廠、神華寧煤化工基地污水處理廠、紹興東方華強紡織印染廠中水工程等，都是MBR工藝在處理煤化工、精細化工、印染等行業(yè)中運用的典例。

3 MBR工藝在運用中所暴露的問題

隨著近些年MBR工藝的廣泛投入使用，也暴露出MBR工藝的一些問題。主要體現(xiàn)在MBR工藝的投資較大，能耗較高，膜的壽命問題以及膜的污染問題。這些問題給MBR工藝的運行和發(fā)展帶來了不小的影響。

首先，由MBR工藝中最常用的兩種膜的特性就能看出MBR工藝中所存在的主要矛盾，高分子有機膜雖制造工藝已經(jīng)相對成熟，成本也較為低廉，但是其使用壽命短，造成的污染問題也不容小覷。無機膜雖強度較強，污染問題并不嚴重，但是其高額的成本限制了MBR工藝在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用。我國市政污水處理應(yīng)用MBR技術(shù)經(jīng)濟數(shù)據(jù)也顯示，MBR投資成本為2 500～5 000 元/(m3/d)（含土建、膜系統(tǒng)和其他設(shè)備投資），均值為3 800 元/(m3/d)，遠高于全國城鎮(zhèn)污水處理廠的平均投資水平即2 200 元/(m3/d)。要想達到與MBR相同出水水質(zhì)，CAS工藝僅需要增加三級過濾系統(tǒng)即可實現(xiàn)，即便如此，MBR投資依然比增加三級過濾系統(tǒng)后的CAS工藝高10%～30%?？梢奙BR工藝的造價問題一直是制約其發(fā)展的主要因素。

但是如果廣泛使用造價低廉的高分子有機膜，那勢必將造成嚴重的污染問題。雖然膜的清洗較以往已經(jīng)有了技術(shù)層面的改善，但是這仍不能從根本上解決膜污染問題，并且如果為了濾通量而經(jīng)常對膜進行清洗，那將會使膜的使用壽命大大縮短，既增加了成本，又產(chǎn)生了新的污染。

4 MBR工藝未來的研究方向

從運行中暴露的問題來看，MBR工藝仍不完善，還存在許多需要改進的地方。未來對MBR的研究方向主要可以分為以下幾個方面。

首先，要積極需要尋找新型材料用于膜的制造、改良，或是改進膜的生產(chǎn)制造工藝，盡可能實現(xiàn)既環(huán)保又廉價的綜合目標。其次，要優(yōu)化MBR工藝的形式及其運行條件，在現(xiàn)有工藝組合的前提下嘗試新型工藝組合，爭取達到不同工藝間取長補短的效果。再有就是要接著發(fā)展膜清洗技術(shù)，爭取在增加濾通量的前提下盡可能地減少對膜的損耗。努力培養(yǎng)和馴化適應(yīng)MBR工藝的優(yōu)良菌種。以節(jié)能高效、處理效果良好、運行穩(wěn)定為目標研發(fā)新型的膜生物反應(yīng)器。

5 結(jié)語

雖然MBR工藝暴露出了種種的問題，但是其優(yōu)點和研究價值也同樣是不可忽視的，MBR工藝在未來的發(fā)展仍有很長的一段路需要走，如果實現(xiàn)了MBR工藝的無害化和廉價化，那該項技術(shù)勢必會引起水處理領(lǐng)域的又一飛躍式發(fā)展。