环境工程污水处理膜生物反应技术应用

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摘要:随着我国工业、民生等领域的不断发展，人们生活水平连续多年持续提高，社会生产各行各业对水资源的需求量和消耗量越来越大，各省市地区陆续出现水资源短缺和污染的问题。工业废水、生活污水、医药废水、农业废水的不达标排放是导致地表、地下水体污染的主要源头，我国已有超八成的自然水域存在轻度、中度、重度污染。被污染水体除了无法饮用外，有些还无法被应用到工农业生产之中，这是我国南方地区水量丰沛却仍然缺水的主要原因。污水处理技术是国内外环保领域研究的主要技术方向之一，膜生物反应技术是近些年的研究热点，这种物理与生物结合的技术能够发挥出单纯物理膜技术或生物技术达不到的处理效果。本文主要围绕膜生物反应技术在污水处理中的应用进行分析和探讨，希望可以为提高污水处理效率提供一些参考。

关键词:膜生物反应技术;环境工程;污水处理;技术应用

生物处理技术是很长一段时间内污水处理领域中的核心技术类型，能够有效降低污水中的有机、无机污染物，保证出水水质，避免污水排放导致的水体富营养化问题。但传统的生物处理技术中往往需要配备末端二沉池，用来沉淀污泥，减少污泥负荷的下降幅度，减少生物处理技术应用的成本。膜生物处理技术中用占地面积小、处理效果优秀的膜组件代替了末端二沉池的位置，不仅能够进一步提高出水水质，还能够截留微生物，降低生物技术的核心内容微生物的流失率。目前，膜生物反应技术在工业废水、生活污水的处理中有较为理想的应用前景，是污水就地深度处理的重要技术。

一、膜生物反应技术概述

（一）技术基础原理分析膜生物反应技术是一种诞生于膜分离技术和生物处理技术之上的组合技术，在污水处理方面有更优秀的效果。相较于传统生物处理技术，膜生物反应技术添加了膜分离技术，省略了末端二沉池，阻止了污泥的排放和微生物的流失；相较于传统膜分离技术，膜生物反应技术添加了生物处理技术，不仅能够截留污水中的污染物，还能够应用微生物对有机、无机污染物进行分解利用，有效提高出水水质。。

（二）膜生物反应技术优劣势分析膜生物反应技术的优势在于：占地面积小、容积负荷高、抗复合能力强、活性污泥浓度高、能够有效实现微生物与污水的分离、污泥零排放；劣势在于：膜容易受到污染。膜生物反应器的处理质量、效率、设备使用寿命基本决定于膜组件，如何保证膜组件在受到一定污染后的正常通水量，是目前膜生物反应器领域研究的重点。

（三）膜生物反应器分析膜生物反应技术的基本设施就是膜生物反应器，其中包括萃取反应器、曝气装置、膜分离装置，根据不同的放置生物膜的位置可分为一体式膜生物反应器、分离式膜生物反应器、复合式三种。一体式是指膜组件在生物反应器内部的膜生物反应器，这种反应器省去了混合液的循环系统，能耗低、占地面积小，但膜通量较小，比分离式更容易产生膜污染问题，运维成本较高。分离式是指膜组件和生物反应器分别设置的膜生物反应器，内有混合液循环系统，液体透过膜成为处理出水，被截留的物质随浓缩液返回生物反应器，有效避免了微生物流失问题。这种反应器运行稳定、膜组件易拆卸清洗，但混合液循环过程中容易对微生物群体造成侵扰，导致部分微生物失活影响处理效果。复合式属于一体式的一种，多见于其他水处理技术与膜生物反应技术的联合使用。膜生物反应器的膜种类有很多，可根据固、液、气相划分，可根据膜孔径划分，可根据无机、有机材质划分，可根据均质、非均质划分，可根据对称、非对称划分，可根据荷电是否中性划分。常见于污水处理的是高分子有机材料固相非对称膜。膜生物反应器的膜组件种类有五种形式划分，板框式、螺旋卷式对应平板膜，圆管式、中空纤维式、毛细管式对应管式膜，需要技术人员根据实际需求进行挑选。膜组件的选择需要综合考虑成本、系统流程、应用对象、膜拆卸清洗、膜使用寿命、填装密度等多方面因素，尽量保证反应器内水流动顺畅、能耗低、膜污染轻、运维方便、稳定性足够。

二、膜生物反应技术在环境工程污水处理中的具体应用

（一）生活污水的处理随着我国人口规模的不断扩大，因人口数量激增产生的家庭生活需水数量也在不断增加。家庭生活消耗的和排放的水资源数量庞大，为了提高水资源利用率，生活污水进行就地处理后回用是社会发展的必然趋势。膜生物反应技术在环境工程污水处理中的应用，是促进生活污水就地处理和中水回用发展的重要力量。处理后的中水可用于马桶冲洗、道路清洁、环境绿化、消防喷淋，有效提高了水资源的利用率，解决了一部分城市的缺水问题。日本是使用膜生物反应技术比较早的一个国家，早在上世纪80年代就有将膜生物反应器应用于大楼生活污水处理的案例，当时的进水BOD5在330~710mg/L范围内，COD在100~800mg/L范围内，氨氮在10~40mg/L范围内，变化幅度都比较大，但经过膜生物反应器处理后的出水BOD5降低至1~5mg/L，去除率高达99%以上，COD降至20mg/L以下，去除率达到96%以上，氨氮去除率也能够达到95%左右，有效实现了水资源的再利用。我国清华大学环境科学与工程系在北京海淀区的一个高级公寓内，建立了有关膜生物反应器的中水回用工程，工程运行期间出水平均COD在17.25mg/L，氨氮在0.75mg/L，其他出水指标也符合中水回用标准，中水可以应用于公寓园区的绿化、道路清洁等处。之所以膜生物反应器会在生活污水处理中有如此优秀的表现，是因为反应器内借助膜的分离作用提高了微生物的浓度，促使生活污水内大量的有机污染物被分解和利用；高浓度的硝化细菌环境能够有效去除氨氮，在适当控制操作方法的情况下，还能够对总氮有92.6%以上的去除效果；膜组件本身的截留、过滤作用，促使生活污水内的悬浮物、大分子物质被从水体中剥离出来；且大分子的微生物产物还会附着在膜组件表面，形成一层凝胶质地的膜，这层膜也具有过滤作用，且作用效果大于膜组件本身，进一步提高了生活污水的出水质量。虽然膜生物反应器在生活污水处理方面效果显著，但一整套膜生物反应器的价格昂贵，且膜组件容易堵塞、污染，需要定期进行冲洗、更换，维护费用也比较高，因此，膜生物反应技术及其设备的推广难度暂时还比较大。

（二）工业污水处理中推广应用相较于生活污水而言，工业废水中的污染物成分更加复杂、排放量更大，其中可能包含难降解的有机物、有害金属离子，废水的PH值和盐度也许更不友好，总而言之，工业废水属于处理起来比较困难的废水。因此，在工业废水中推广和应用膜生物反应技术及其设备，需要根据工业废水的具体成分特点来选择，尽可能提高膜生物反应器的针对性，提高工业废水的处理质量和效果。比如：工业废水中含有难降解的EDTA时，厌氧-好氧膜生物反应器的处理效果较传统的活性污泥法更加优秀，不仅表现出较高的难降解有机物去除效率，还表现出优秀的抗冲击符合能力，在有毒有害物质的冲击下依然保持稳定的运行。又比如：机械制造企业排放的工业废水中含有大量有毒有害的重金属离子，想要去除这些有毒有害的重金属离子，膜生物反应器前需要预设酸碱度调节池，让重金属离子在酸碱度的调节下处于比较容易被去除的状态，以提高膜生物反应器的去除质量和效率。上世纪90年代，美国某汽车制造厂应用了膜生物反应器作为工业废水的核心处理环节，工业废水每日规模为150m³，有机负荷高达63000mg/L，且其中包含大量的油和油脂。在应用膜生物反应技术的情况下，多项指标基本都保持在94%的去除率，且大部分油和油脂被降解，基本达到出水水质标准。

（三）低污染饮用水净化在水资源被大量污染的当下，我们并不能保证水源地中的水质一定符合饮用标准，尤其在化肥、农药大量使用的今天，饮用水中也不同程度的存在污染。面对低污染程度的饮用水，应用膜生物反应技术及其设备进行脱氮、吸附杀虫剂、降浊度是比较有效的一种方式。在法国的一家饮用水工厂中，就使用膜生物反应技术作为饮用水的净化工艺，能够保证产量单日在400m³的饮用水中氮浓度、杀虫剂等参数达到饮用水标准。

（四）填埋场渗滤液处理应用在固体废弃物污染同样非常严重的今天，我国所有城市都建有自己的垃圾填埋场。这些填埋场会在自然降雨、霜雾、垃圾分解等作用下产生渗滤液，这些渗滤液中含有高浓度的有机物、盐类、重金属、烃和氯代化合物等污染物，如果让这些渗滤液直接进入土壤和地下水系，必然会造成严重的土壤污染和地下水污染。膜生物反应技术与反渗透技术的联合应用，能够有效处理垃圾填埋场产生的渗滤液，不仅能够分解渗滤液中的高浓度有机物，还能够有效去除盐分、截留重金属、去除杂质，使高污染度的渗滤液以达标的形式进行排放。千禧年，美国新泽西建成投产了一个日处理能力在1500m³的垃圾填埋渗滤液处理装置，其中的核心技术就是膜生物反应技术和反渗透技术。这台装置的膜生物反应器中集中了高浓度的混合细菌，应用这种自然存在于世界上的混合菌来处理渗滤液中的烃和氯代化合物，有效降低了垃圾填埋渗滤液对自然界的污染和影响。

（五）粪便污水处理中应用粪便污水是生活污水中比较特殊的一部分，不仅有机物含量非常高，而且具有大量且品种多样的致病菌。原本城市粪便污水是农业生产中肥料的重要来源，能够为农作物提供生长发育所需的营养元素，经过彻底腐熟后是非常好的可利用资源。但随着化肥利用率的升高，城市粪便污水的农用比例急剧下降，大量的粪便污水不得不倾倒在城市附近区域，成为新的环境污染源头。膜生物反应技术是处理粪便污水的重要技术，借助膜生物反应器中营造的好氧环境和高浓度污泥，能够有效降解粪便污水中的高浓度有机物。日本目前已经研发并应用了被称为NS的膜生物反应器-屎尿处理技术，这一协同中并列安装了几十组0.4m2的平板膜，可定期自动冲洗，膜材料应用的是截留分子量超大的聚砜超滤膜，污泥浓度保持在1.5~1.8万mg/L区间。目前，日本已经在全境范围内安装数千套NS系统，解决了日本人民所产生的粪便污水问题。

三、结束语

膜生物反应技术集合了膜技术和生物技术的优势，在污水处理中能够发挥重要的作用，既缩短了污水处理的流程长度，减少了污水处理设备的占地面积，还提高出水水质，具有更优秀的自动化能力。膜生物反应技术已经成为环境工程水处理领域中的热点技术，可以根据处理对象的实际情况进行调整和应用，有益于提高水处理质量。

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作者：高月岗 单位：聊城市茌平区环境监控中心