MBR這種處理廢水的體系是由“膜分離技巧”和“生化處理技巧”聯(lián)合起來(lái)的。運(yùn)用一體式膜生物反應(yīng)器試驗(yàn)裝備解決生活污水，結(jié)果出水水質(zhì)穩(wěn)固優(yōu)于生活雜排水回用規(guī)范。某污水處置廠運(yùn)用MBR工藝，進(jìn)水水邊變動(dòng)幅度比較大，但是其出水水質(zhì)平穩(wěn)，基本能達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T18920-2002)的規(guī)定。現(xiàn)在MBR技術(shù)重點(diǎn)用于中水回用、市區(qū)污水、工業(yè)污水、糞便污水處置、輕污染飲用水凈化等區(qū)域。
1、MBR國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
20世紀(jì)60年代末期，Dorr-Oliver組織開(kāi)拓研發(fā)了首個(gè)辦公用的MBR，并且將它運(yùn)到船舶污水處置。當(dāng)時(shí)普遍使用分置式構(gòu)型，目前實(shí)際工程多采用浸沒(méi)式MBR。20世紀(jì)80年代末，日本和美國(guó)相繼開(kāi)拓了中空MBR工藝(浸沒(méi)式)。1985年到1995年期間Jhetford組織推廣出分置Cycle-Let工藝(多管式)，應(yīng)用于美國(guó)廢水回用項(xiàng)目，我國(guó)MBR技術(shù)的發(fā)達(dá)雖然與較國(guó)外相比較起步晚，但最近幾年來(lái)MBR的探究應(yīng)用和國(guó)外查不多同步，并且部分區(qū)域名列世界前茅。在我國(guó)膜工業(yè)協(xié)會(huì)集體聯(lián)合撰寫(xiě)的《中國(guó)MBR產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)》里表明，截至二零一三年底，我國(guó)已經(jīng)投入運(yùn)轉(zhuǎn)的大規(guī)模上萬(wàn)噸的MBR工程比50個(gè)還多，統(tǒng)計(jì)處理能力超出每天230萬(wàn)噸。在華北地區(qū)，MBR工程重點(diǎn)用于再生水回用與市政污水處置，在東南地區(qū)重點(diǎn)用來(lái)解決難降解工業(yè)廢水和高濃度有機(jī)廢水。估計(jì)到2015年，我國(guó)投入運(yùn)作和在建的MBR系統(tǒng)累計(jì)處置能力將大于500萬(wàn)m3/d。MBR技術(shù)是將生化反應(yīng)與膜分割相結(jié)合，省去二沉池，由膜組件實(shí)行泥水分割。使污泥與雜質(zhì)貯存在反應(yīng)池中，這就使MBR體系里的固態(tài)懸浮物的濃度(MLSS)比較大，防止了微生物的消耗。水力停留時(shí)間(HRTT)與污泥停留時(shí)間(SRT)相分割能夠分別管控，無(wú)污泥擴(kuò)張之憂。
此時(shí)，可以運(yùn)用高濃度的活性污泥降解某些傳統(tǒng)活性污泥法難降解的物質(zhì)。進(jìn)水水質(zhì)、水量的改變對(duì)反應(yīng)器影響不顯著，耐沖擊負(fù)荷，可以獲得穩(wěn)固優(yōu)良的出水。
2、MBR在污水處理中的應(yīng)用
在這十年中，MBR體系已經(jīng)在解決我們生活中的污水、醫(yī)院中的廢水、垃圾在滲出的液體、工業(yè)廢水和所有濃度比較高、不容易降解的工業(yè)廢水在發(fā)揮了重要作用。MBR需實(shí)行預(yù)處理，大多數(shù)是與其他工藝相聯(lián)合的形式。
2.1 MBR-厭氧/缺氧交替工藝
交替式厭氧/缺氧-膜生物反應(yīng)器(A-A/A-M)工藝可提高生活污水脫氮除磷效果。該工藝由一個(gè)交替缺氧/厭氧反應(yīng)池和內(nèi)置膜過(guò)濾單元的好氧池組成。通過(guò)好氧池底部回流污泥流向的改變，使得兩個(gè)獨(dú)立反應(yīng)器(A和B)內(nèi)依次形成缺氧和厭氧環(huán)境，實(shí)現(xiàn)同步厭氧釋磷、缺氧反硝化脫氮，及好氧吸磷、硝化、去除BOD等過(guò)程。好氧反應(yīng)器進(jìn)行連續(xù)曝氣減緩膜污染的進(jìn)程，延長(zhǎng)清洗周期。該工藝對(duì)COD、TN、TP的平均去除率分別達(dá)到93%、67.4%和94.1%。
2.2 A2/0+MBR工藝
A2/0+MBR技術(shù)是把過(guò)去的A2/0技術(shù)與MBR技術(shù)相結(jié)合，使它們的優(yōu)點(diǎn)相互彌補(bǔ)，相互配合，能夠有效的排除主要污染物質(zhì)。A2/0+MBR體系中發(fā)生的高污泥濃度不但減少了水力停留時(shí)間，且具有同步硝化反硝化、反硝化除磷等階段，就說(shuō)是在C/N較低的前提下，也能確保優(yōu)良的脫氮除磷效應(yīng)。運(yùn)用A2/0+MBR工藝處置市區(qū)污水，試驗(yàn)證明：MBR池的污泥濃度最高達(dá)8.2g/L，CODCr、TN與氨氮的去除率分別達(dá)93.0%、78.5%和94.7%。
2.3 PAC-MBR工藝(粉末活性炭-膜生物反應(yīng)器)
PAC-MBR組合工藝是指將PAC投加至MBR污泥混合液中污泥絮體以PAC顆粒為骨架，吸附和絮凝污泥混合液中微細(xì)膠體、胞外聚合物EPS(Extraeelluar Polymeric substanees)、溶解性有機(jī)物等，使污泥顆粒粒徑變大,抗壓能力增強(qiáng)，膜面沉積層孔隙率提高，壓密性降低，從而降低膜過(guò)濾阻力和膜污染程度，提高膜通量。同時(shí)，由于PAC污泥絮體的吸附和生物降解作用協(xié)同，形成生物活性炭，使有機(jī)污染物降解去除率得到提高，PAC得以再生。MBRPA和MBR工藝處理生活污水的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，由于PAC的存在大大改善了膜污染狀況，從而延長(zhǎng)了膜清洗周期。
3、MBR存在的問(wèn)題
MBR突出的特征是占地面積小，耐沖擊負(fù)荷，出水水質(zhì)優(yōu)良，自動(dòng)化程度高容易管理，但MBR工藝現(xiàn)在仍然存在的某些問(wèn)題。
3.1處理能力降低的風(fēng)險(xiǎn)
MBR通常在恒定通量下進(jìn)行，為了持續(xù)運(yùn)行要求MBR不能超過(guò)極限通量,超過(guò)這個(gè)極限會(huì)產(chǎn)生膜污染，那么多余的水就無(wú)法通過(guò)膜孔徑，產(chǎn)水率下降。很多MBR工藝在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中隨著時(shí)間的積累，其處理能力不斷下降，很多水廠的處理能力甚至不足設(shè)計(jì)之初的50%。美國(guó)環(huán)保局認(rèn)為，如果MBR工藝的進(jìn)水峰值流量超過(guò)平均流量的1.5~2倍，就需設(shè)置流量調(diào)節(jié)池，或者備有大量的膜組件以保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。
3.2投資成本與運(yùn)行成本較高
如今，膜組件是MBR處理系統(tǒng)中主要組成部分，同時(shí)也是技術(shù)含量最高及價(jià)值最大的部分,其成本占據(jù)整體設(shè)備投入的多部分。此外，MBR需要先進(jìn)的設(shè)備以滿足其自動(dòng)化的要求，這也增加了其成本。浸沒(méi)式MBR工藝，需加大曝氣強(qiáng)度，造成能耗上升。另外，膜組件壽命有限，達(dá)到一定使用年先后需更換膜組件。據(jù)分析，國(guó)內(nèi)MBR投資成本在2000~2500元/m3，是傳統(tǒng)活性污泥法項(xiàng)目建設(shè)成本的1.5倍左右。
3.3預(yù)處理與自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)不足而產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)
通常MBR工藝需先經(jīng)過(guò)預(yù)處理再進(jìn)入膜處理反應(yīng)器內(nèi)。預(yù)處理不到位或者不經(jīng)預(yù)處理便進(jìn)入膜反應(yīng)器內(nèi)必會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。MBR工藝自動(dòng)化程度比傳統(tǒng)活性污泥工藝高很多，膜組件需定期清洗、組裝甚至是更換，為保證出水水質(zhì)，對(duì)水廠PLC控制系統(tǒng)有較高要求。
4、發(fā)展前景
面對(duì)日益嚴(yán)格的污水排放和回用規(guī)范，很多現(xiàn)有污水處理廠的改建，規(guī)定不增大占地面積而增大處理水量，提升出水水質(zhì)。雖然MBR法的基建開(kāi)支高于以往活性污泥法，易發(fā)生膜污染問(wèn)題，但其占地面積小，有機(jī)物去除率高，還能夠強(qiáng)化脫氮除磷效應(yīng)，解決水質(zhì)優(yōu)異，這使其在城市污水脫氮除磷應(yīng)用中具有較大的潛力，也符合我國(guó)污水處理廠提標(biāo)改擴(kuò)造的要求。因此，MBR在水廠改擴(kuò)建項(xiàng)目中發(fā)展前景良好。
與傳統(tǒng)的處理工藝相比，MBR工藝初期基建、維護(hù)管理費(fèi)較高，通過(guò)MBR處理的污水，可以直接中水回用。在水資源緊缺的大背景下，污水也是重要的水資源，今后對(duì)污水處理再利用的需求將會(huì)逐步提高，”高水高用，低水低用”。因此，MBR工藝也將會(huì)成為大規(guī)模污水處理廠的選擇方案。另外，在過(guò)去的十幾年里，MBR工藝的不斷改進(jìn)，單位面積制膜成本下降，這使膜組件的管理運(yùn)行、基建費(fèi)用降低。目前，國(guó)內(nèi)正處于市政污水處理設(shè)施建設(shè)期，這也為MBR工藝提供了機(jī)會(huì)。綜上所述，MBR在處理城市污水、工業(yè)廢水、中水回用及污水處理廠改擴(kuò)建等方面都具有廣闊的應(yīng)用前景。
