MBR技術在建設的應用
1 概述
膜生物反應器(Membrane Biological Reactor，簡稱MBR)技術，是膜分離技術與生物技術有機結合的新型水處理技術。它通過膜的分離技術，大大強化了生物反應器的功能，具有設計操作簡單、出水水質良好、占地較小等諸多優點，尤其適用于城市高層建筑和住宅小區生活污水的再生利用。
1.1 MBR工藝作用機理
膜生物反應器是利用膜組件進行固液分離，將截流的污泥回流至生物反應器中，透過水外排。膜組件是MBR中最主要的部分，它是把膜以某種形式組裝成一個基本單元，相當于傳統生物處理系統中的二沉池。在膜組件中，活性微生物與污水充分接觸，不斷氧化污水中的那部分能被其降解的有機物，而不能被微生物降解的有機物和無機物及活性污泥、懸浮物、各類膠體、大部分細菌則被截留，從而實現對污水處理凈化的目的。
1.2膜生物反應器的特點及應用現狀
1.2.1 MBR工藝特點
MBR(膜生物反應器技術)是膜分離技術和污水生物處理技術有機結合的產物，該技術的特點是以超、微濾膜分離過程取代傳統活性污泥處理過程中的泥水重力沉降分離過程，由于采用膜分離，因此可以保持很高的生物相濃度和非常優異的出水效果。可有效去除水中的有機物與氨氮等污染物質，與其他生物處理技術相比具有以下特點：
(1)占地面積小，約為傳統工藝占地的1/2~1/3;
(2)高生物負荷率，可達2~5KgCOD/(m3?d);
(3)低污泥產率，為常規方法的10~30%;
(4)系統不受污泥膨脹的影響;
(5)出水水質良好穩定;
(6)抗沖擊負荷能力強，可適應2~3倍的水質、水量變化;
(7)自動化程度高，運行管理簡便;
(8)模塊化，易于擴建。它用膜分離取代傳統活性污泥處理工藝中的二沉池，而達到強化污水凈化效果的目的。
1.2.2 MBR工藝應用現狀
國際上于20世紀90年代初期開始進入了實際應用階段，用于去除懸浮物，COD，BOD，TP，TN及細菌，現在膜生物反應器(MBR)工藝技術在單座污水處理廠的最大日處理量能達到10 000 m3/d的水平。我國MBR的研究還不到十年，但進展十分迅速。國內對MBR的研究大致可分為幾個方面，現在主要處于擴大MBR的應用范圍的階段，MBR的研究對象從生活污水擴展到高濃度有機廢水(食品廢水、啤酒廢水)與難降解工業廢水(石化污水、印染廢水等)，但以生活污水的處理為主。
2 MBR工藝在中水處理中的應用
2.1 MBR工程應用
MBR工藝處理污水，去除率高、處理效果穩定且操作方便、占地面積小，能較好的應用于居民住宅區等建筑密度較大的地區，目前國內已有一些成功的案例可供參考。圖1為某小區中水處理MBR工藝圖。
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圖1 某小區中水處理MBR工藝流程
該工藝的運行周期內，運行情況良好[8]，出水水質可達到城市污水再生利用城市雜用水水質標準(GB/T18920-2002)的要求。
膜分離生物反應器按照膜組件的放置方式[9]可分為分體式(分置式)和一體式(浸沒式)膜生物反應器(Submerged MembraneBioreactor)。
2.1.1 分體式生物反應器
分體式生物反應器把生物反應器與膜組件分開放置，生物反應器的混合液經泵增壓后進入膜組件，在壓力作用下混合液中的液體透過膜得到系統出水，活性污泥則被截留，并隨濃縮液回流到生物反應器內。
2.1.2 一體式生物反應器
一體式系統則直接將膜組件置于反應器內，通過泵的抽吸得到過濾液，膜表面清洗所需的交錯流由空氣攪動產生，曝氣器設置在膜的正下方，混合液隨氣流向上流動，在膜表面產生剪切力，以減少膜的污染。一體式膜生物反應器可集沉淀過濾曝氣膜濾于一體，便于管理，優于分體式膜生物反應器，在工程上應用較多。
膜生物反應器利用膜分離設備將生化反應池中的活性污泥和大分子物質截留住，活性污泥濃度因此大大提高，水力停留時間(HRT)和污泥停留時間(SRT)可以分別控制，而難降解的物質在反應器中不斷反應，有效降解有機物，孔隙率不大于0.08μm級膜將凈水與雜質徹底分離，出水中SS值趨于零。絕大部分的細菌、微生物、熱源、病毒隨同它的載體一道被截留在污水中，后續消毒手段可作為殺菌的雙重保險，避免了傳統工藝可能會出現的水質不合格的問題，出水水質完全得到保證。
膜生物反應器的前處理與后處理極其簡單，占地小，可程控化管理。MBR反應器中的有機物在MBR池內被自身分解氧化，基本不產生剩余污泥，極少需要排泥，不產生二次污染，僅需利用簡單的PLC技術對水位進行自動控制、膜污染報警及開啟相應反洗設施即可程控化管理。因此，一體式膜生物反應器工藝通過膜在中水處理工藝中得到廣泛的應用。
2.2 技術經濟可行性
在目前常見的幾種中水回用處理工藝中，MBR工藝的投資較大。但從長遠角度上來講，該工藝不僅能保證穩定和高質的出水，也能可以慢慢收回成本。當生物膜的研究到達新的階段，MBR將有可能成為應用最廣泛的污水處理技術。
某高校生活區，采用MBR工藝中水回用，其處理綜合成本約為1 元/t。按目前中水水源數量和自來水市場水價(2.46 元/t)、全年280天，可得每年中水處理量為4.2 萬t，每年減少水費10.3 萬元。而水處理綜合成本為4.2 萬元/年，每年可節約6.1 萬元。在目前學生規模狀況下，建設中水回用系統，將中水應用于沖廁、綠化澆水等用途，每年可節約6.1 萬元，經濟效益明顯。從社會角度分析，中水的使用減少了優質水源的消耗，緩解了地區供水不足的矛盾，具有顯著的社會效益。
3 MBR工藝尚需解決的問題
MBR在顯示出許多傳統工藝無法比擬的優點時，也暴露出一些尚需改進的地方，這是研究人員關注的焦點。
(1)膜制造技術需要進步，膜質量有待提高和膜制造成本需要降低，MBR的投資也會隨之降低。
(2)膜受到污染而導致膜通量的降低，如何減緩膜污染進程從而維持膜通量是應用膜工藝時所面臨的一大挑戰。
(3)雖然較高的污泥濃度能有效減小MBR的體積，但過高的污泥濃度對于MBR正常運行是不利的，在運行MBR時應控制適當的污泥濃度。
4 結語
綜上所述，MBR工藝作為一種新型的中水回用技術，具有運行管理簡單，出水水質可達到城市雜用水水質標準的要求，以及占地面積小等優點，今后將隨著國內膜制造技術的提高以及各種新型MBR工藝的開發，其經濟成本和運行費將進一步降低。因此可以預見，MBR在中國未來的中水回用領域，將會進一步推廣并得到廣泛的應用。
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