污水再生處理膜生物反應(yīng)器
１、新型膜生物反應(yīng)器種類
１．１ 高截留膜生物反應(yīng)器
高截留MBR是目前膜法水處理的一個(gè)研究熱點(diǎn)，包括正滲透MBR(FO―MBR)、納濾MBR(NF―MBR)、膜蒸餾MBR(MDBR)等。高截留MBR的特點(diǎn)是用截留分子質(zhì)量小的膜(如FO膜、NF膜等)代替?zhèn)鹘y(tǒng)MBR中的微濾(Microfihration，MF)或超濾(Uhrafihration，UF)膜，因此出水水質(zhì)優(yōu)良，在提升再生水水質(zhì)中具有良好的應(yīng)用前景。正滲透(Forwardosmosis，FO)是指水通過選擇性滲透膜從高水化學(xué)勢區(qū)域向低水化學(xué)勢區(qū)域的傳遞過程。由于FO膜出水中有機(jī)物含量很低，有利于減輕后續(xù)處理的壓力。Qin等將FO―MBR與RO工藝結(jié)合，既可以有效緩解RO膜污染，同時(shí)又解決了目前工業(yè)和市政污水處理排放中存在病原菌、微量有機(jī)物等問題。納濾(NF)膜具有很高的截留率，與RO膜相比其能耗較低。Yamamoto和Elimelech等課題組均對(duì)目前的MBR―RO工藝提出了新的改進(jìn)方案，通過NF―MBR工藝獲得了較好的出水水質(zhì)，但是還需要解決NF通量較低等問題;Elimelech等制備了復(fù)合NF膜，與傳統(tǒng)的PVDF膜相比，該種膜具有更高的通量，同時(shí)提高了膜的抗污染性能。Elimelech教授課題組還將碳納米管與制膜結(jié)合起來，制備了納米管膜。這種膜具有很高的鹽截留率，在凈化污水方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
膜蒸餾MBR(MDBR)也是一類近年來比較新的高截留MBR，該反應(yīng)器需要較高的溫度環(huán)境(約５０℃，可利用廢熱)，以促使水通過膜蒸餾透過膜，出水純度高，污染程度輕，比傳統(tǒng)的MBR―RO工藝運(yùn)行費(fèi)用低。Fane等利用MDBR處理污水，污泥濃度能穩(wěn)定在５g/L，通量穩(wěn)定在５L/(m２?h)，污染輕。MDBR不僅出水水質(zhì)極好，基本不含有機(jī)物，而且對(duì)于RO膜等難以去除的N一亞硝基二甲胺(ND―MA)都能有效去除。除此之外，能耗＜１kW?h/m３。目前，MDBR還處于研究階段，如何使廢水生物系統(tǒng)適應(yīng)較高溫度、高鹽度及提高通量等是MDBR今后必須解決的問題。高截留MBR中，由于對(duì)有機(jī)物截留程度高，有機(jī)物停留時(shí)間(ORT)要遠(yuǎn)大于污泥停留時(shí)間(SRT)和水力停留時(shí)間(HRT)，因此有機(jī)物能得到更多被降解的機(jī)會(huì)。在高截留MBR中普遍存在的問題是反應(yīng)器內(nèi)的微生物必須適應(yīng)高鹽度或者高溫環(huán)境，其次是能否在較高通量下不出現(xiàn)嚴(yán)重的膜污染，因此保持長期穩(wěn)定運(yùn)行的方法還需要進(jìn)一步研究。但是作為一種低能耗、處理效果優(yōu)異的新工藝，高截留MBR具有極大的研究和應(yīng)用價(jià)值。
１．２ 斜板膜生物反應(yīng)器
Yamamow等開發(fā)了缺氧/好氧MBR，即斜板MBR，其該工藝缺氧池中污泥濃度較高，可以吸附進(jìn)水中大部分有機(jī)物，通過在缺氧段設(shè)置斜板分離污泥，吸附大量有機(jī)物的污泥可以進(jìn)行消化，回收生物質(zhì)能。缺氧和好氧池的污泥濃度由缺氧池的上升流速和回流比確定，好氧池的污泥濃度控制在較低水平，可以有效緩解膜污染。Chiemchaisri等利用該反應(yīng)器處理垃圾填埋場的滲濾液，對(duì)BOD，和COD的去除率分別達(dá)到９９％和６０％以上，對(duì)總氮的去除率達(dá)８０％以上。Fontanos等利用該反應(yīng)器處理市政污水，通過調(diào)控回流比可以有效改變?nèi)毖醭睾秃醚醭氐奈勰酀舛龋瑢?duì)于波動(dòng)較大的進(jìn)水具有很好的適應(yīng)能力。MBR與活性污泥法中的AB法類似，進(jìn)水中大多數(shù)有機(jī)物通過吸附先被去除，然后通過消化等過程回收其中的生物質(zhì)能，后續(xù)的好氧生物處理工藝的負(fù)荷得到減輕，污泥濃度也可以降低，由此可以緩解膜污染。
１．３ 真空旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器
真空旋轉(zhuǎn)MBR與傳統(tǒng)浸沒式MBR的不同之處在于其膜組件是可以活動(dòng)的，該組件以１~２r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切力與中央大氣泡曝氣產(chǎn)生的氣體對(duì)膜表面的沖刷作用可使組件任何部分都不聚集污泥，因此無需清洗。Keucken等對(duì)真空旋轉(zhuǎn)MBR進(jìn)行了中試研究，膜組件由一中空的旋轉(zhuǎn)軸組成，周圍有６―８塊膜組件，膜材料是孔徑為０．０４的聚醚砜膜。結(jié)果表明，長期運(yùn)行過程中(尤其在低溫條件下)能保持TMP的穩(wěn)定。
２、MBR在污水再生處理中的應(yīng)用
城市污水的再生利用是實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用和城市可持續(xù)發(fā)展必不可少的環(huán)節(jié)，是解決水資源供需矛盾，減輕水體污染，改善生態(tài)環(huán)境的重要途徑。近年來MBR在污水再生利用中的應(yīng)用越來越廣泛，并帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益、可觀的環(huán)境效益和社會(huì)效益。
3、MBR的應(yīng)用愿景
隨著水資源短缺及水污染日趨嚴(yán)重，MBR作為一種水污染控制與污水回用的高新技術(shù)而受到越來越多的重視。結(jié)合目前的經(jīng)濟(jì)水平和MBR工藝的特點(diǎn)，在以下方面加以推廣和應(yīng)用具有極大潛力。
(１)通過采用MBR工藝使污水處理廠的末端水成為可以回用的中水，實(shí)現(xiàn)城市污水資源化。
(２)應(yīng)用于高濃度、有毒、難降解工業(yè)廢水的處理。
(３)適合城市生活小區(qū)等小規(guī)模、有機(jī)負(fù)荷不高的污水處理。
4、總結(jié)
隨著MBR技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，MBR在污水再生利用領(lǐng)域具有越來越廣闊的應(yīng)用前景，將為實(shí)現(xiàn)污水資源化，緩解水資源緊缺矛盾起到重要作用。（來源：廣東省環(huán)境保護(hù)工程研究設(shè)計(jì)院）