膜生物反应器(MBR)技术在中水回用中的应用分析研究 环境工程专业

膜生物反应器(MBR)技术在中水回用中的应用分析研究环境工程专业摘要：随着全球范围经济的快速发展和人口的膨胀，水资源短缺已成为全球人类共同面临的严峻挑战。开发新的可利用的水资源迫在眉睫，而在该领域可以得到广泛利用的就是中水回用技术。MBR——膜反应器技术是在进行了一系列专家的实验分析比较之后被认为是污水处理技术的新端科技，具有不可忽视的潜力。本文简介MBR技术的发展以及在实际应用中的范例——日本膜反应器在中水道的应用[1]，同时简要分析国内外对于MBR技术的应用情况，并展望我国未来对于膜反应器技术的前景。关键词：中水,污水处理,膜生物反应器前言：随着现代工业的高度发展以及人们越来越高的生活水平，城市用水量和废水量急剧增加。而现在水资源情况不容乐观，全世界面临着水资源短缺的严峻局势，故将废水作深度处理后再循环利用是必然的发展趋势，污水资源化利用技术的推广将势在必行。污水资源化就是将城市生活污水进行深度处理后作为再生资源回用到适宜的位置。中水处理即是采用物理、化学以及生物化学方法将城市污水或生活污水进行处理，使之达到一定水质要求，可在一定范围内重复使用。如用于冲洗地面、厕所、绿化、喷洒及景观用水等。因其水质介于上水和下水之间，故称中水。膜-生物反应器(Membranebiologicalreactor,MBR)是一种膜分离技术与生物学、生物化学等相结合进行废水处理的新工艺,主要由“膜组件,生物反应器和物料输送”3部分组成.它与传统的生化污水处理技术相比,具有固液分离效果好、生化效率高、出水质优、设备集中、占地面积小、污泥浓度高、污泥负荷低、便于管理和自动控制等优点,基本解决了传统的活性污泥法存在的污泥膨胀、污泥浓度低等因素造成的出水水质达不到中水回用要求的问题[2-4],在中水回用和废水处理中有广阔的应用前景.1.膜生物反应器的发展[1]20世纪60年代来，美国在生活污水处理中以超滤膜代替二沉池，取得了极好的效果，但当时膜技术处于发展初期，膜价格昂贵，膜使用寿命短，且能耗又高，因此未得到推广的应用。到20世纪80年代，随着膜技术的发展和完善，膜生物反应器(MBR)开始进入城市污水及垃圾填埋渗滤液的处理。随着对污水处理深度要求的提高，单独用传统的生物处理已不能满足日益提高的排放要求，尤其是含较高浓度难以降解物质的废水。膜生物反应器（MBR）作为一种新型的废水处理和中水回用技术，在城市污水处理、高层建筑中水处理及工业废水处理等领域受到广泛的关注。这种集成式组合新工艺集生物反应器的生物降解作用和膜的高效分离作用于一体，具有出水水质好、处理负荷高、装置占地面积小、产泥量少、操作管理方便等特点。我国对膜-生物反应器的研究始于上世纪90年代初。最早开始研究的有清华大学、中国科学院生态环境研究中心、天津大学、同济大学等。近年，由于该项技术所具有的巨大吸引力和潜在的应用前景，受到了更多研究者的青睐。许多大学、研究所、环保公司也加入到了此项技术的研究开发中。从国内专业杂志发表的论文篇数来看，近几年增加很快，从1998年的9篇增加到2002年的60余篇。目前国内从事膜-生物反应器开发应用的公司也有十余家。2.MBR的结构以及技术原理[4]MBR是由MF、UF或NF膜组件与生物反应器组成，根据膜组件在生物反应器重作用的不同，MBR可分为分离膜生物反应器、曝气膜生物反应器及萃取膜生物反应器。如图1所示。目前在废水处理中的研究应用比较多的是分离膜生物反应器，在该体系中膜组件的作用相当于常规生物处理中的二沉池，用于将活性污泥和已净化的水分开，并将污泥送回生物反应器内，提高活性污泥浓度，以提高难降解物去除率，NF膜还可将有机物和高价盐截流，以提高他们在生物反应器重的停留时间，通过活性污泥的降解和吸附作用，进一步讲其去除。图1：膜生物反应器a：分离膜生物反应器b：无泡曝气膜生物反应器c：萃取膜生物反应器膜生物反应器用膜分离系统代替普通活性污泥法中的二沉池，取得可直接回用的出水水质;而且有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留和生长，增强硝化作用[2]3.MBR在中水回用中的实际应用[1]日本膜生物反应器在中水道的应用中水道系统开发利用主要是将厨房排水，洗浴排水集中处理，然后作为厕所冲洗水再利用。日本在1980年前已有不少应用实例。MBR用于中水处理的工艺流程：原水——格栅——调节池(预曝气)——潜水泵——格栅——UF装置——泵——反应池——中水储存池图2：膜好氧生物反应器该系统的主要特点：高浓度生物曝气与UF结合，可省去二沉池，布置紧凑，可实现无人管理。由于废水中有机物可全部分解无剩余活性污泥，占地面积小，处理能力为100m3/d的设施占地仅为70m2,UF可除去悬浮固体、胶体及细菌等。我们可以看一下表1：MBR处理后的出水水质：项目MBR出水用水标准项目MBR出水用水标准冲厕空调冲厕空调pH7.55.8~9.0~ABS/（mg/l）0.82<1<1浊度/度<1<30<10氯离子/（mg/l）48.4<400<300色度/度5<50~总硬度/（mg/l）74<500<300SS/（mg/l）0<30<10氨氮/（mg/l）0<200<20BOD/（mg/l）1.8<20<10磷酸根/（mg/l）0<0.5~COD/（mg/l）7.4<40<20菌落数/（个/ml）0<300~可以看出MBR处理中水的效果是极好的。4.国内外MBR技术的研究现状4.1国外研究现状：MBR在废水处理领域的应用研究始于20世纪60年代的美国,Dorr-OliverInc采用超滤膜与活性污泥法相结合处理生活污水[5],受膜制备技术所限,膜的使用寿命短、水通量小,在实际应用中遇到障碍。80年代以后,国际上对ＭＢＲ的研究方兴未艾,法国、美国、澳大利亚等深入开展了MBR的研究,为推广应用奠定了技术基础[6,7]。现在,MBR已成功地应用于水道污水、粪便污水、垃圾渗滤液等废水处理[8-10]。随着膜制造技术的进步,MBR的处理对象已从单纯的生活污水扩展到高浓度有机废水、含油废水、制革废水等工业废水。4.2国内研究现状：我国已开展对MBR的研究。1998年清华大学环境工程系邢传宏对无机MBR处理生活污水进行了试验研究[11];1999年同济大学和大连理工大学的李红兵、杨磊等人也先后对生活污水进行了试验,前者利用中空纤维微滤MBR处理生活污水,后者是利用中空纤维超滤MBR处理生活污水[12,13];2000年顾平等用中空MBR对生活污水进行了中试研究[14];2001年郑祥等用ＭＢＲ对毛纺废水进行了中试研究[15],对COD、BOD5、色度、浊度的平均去除率分别为92.1%、98.4%、60.7%、98.9%。目前已经有MBR应用于污水处理和中水回用的实际工程的实例。由上面的比较可以看出，国外对于MBR的研究较早，在一些发达国家，MBR的应用已经有了很成熟的运作技术，因为他们的运作规模都很大，而且很多都是致力于对生活污水的治理，那么多年来的试验与应用势必给城市带来更好的生活水准，同时可以想象他们对于工业废水的治理同样是大规模并具有大成效的。而在我们国家，MBR技术还刚刚发展起来，正如上文中提到的，我们国家MBR技术的研究开始于90年代，还是小规模应用，但是从它的处理能力来看，它对于有机污染物，氨氮以及悬浮固体的处理是很有成效的。所以说MBR在中水回用领域以及污水处理中具有广阔的发展应用前景。5.总结:以上我从四个方面分别就MBR的发展、前景、结构、在中水回用中的实际应用以及国内外的综合比较大致介绍了一下MBR技术。可以得出以下结论：5.1与传统的中水回用技术，即生物化学法和物理化学法比较，传统的活性污泥工艺出水水质不够稳定，污泥容易膨胀，而MBR可以高效的进行固液分离，出水水质良好稳定，可以直接回用。这点可以从图3中非常直观得得出。它可以与“中水出水水质标准”作比较。中水出水水质标准如下表[16]：项目出水水质指标浊度，度10溶解性固体，mg/L1200悬浮性固体(SS)，mg/L10色度，度30臭无不快感觉pH值6-9BOD5，mg/L<30COD，mg/L<100氨氮(以N计)，mg/L20总硬度(CaCO3计)450氯化物，mg/L350阴离子合成洗涤剂，mg/L1.0铁，mg/L0.4锰，mg/L0.1总大肠菌群，个/L35.2MBR的优点：从以上的资料（例如日本中水道系统的开法）中可以看出，MBR具有以下优点(1)出水水质好。高效地进行固液分离，可以使生物反应器内获得比普通的活性污泥法高很多的生物浓度，极大地提高生物降解能力，所以出水的质量可以达到中水水质。(2)设备占地少。因为膜具有高效的截流作用，所以微生物可以被截流在反应器中，这样反应器中的污泥浓度很高，容积负荷很大，这样就可以大大的减少占地面积。(3)剩余污泥量少。这是因为MBR反应器起到了污泥耗氧消化池的作用，这样就可以显著地减少污泥产量。(4)从中水道系统来看，该系统可以实现全程自动化控制。(5)MBR设备布置可集中也可以分散，具有高度的灵活性。5.3MBR工艺的缺点：虽然MBR具有以上那么多的优点，但是作为膜本身，它也会受到污染的威胁，这是因为污泥混合液的累积可以增加混合液的黏度，同时堵塞膜，增加了膜的过滤阻力，影响整个流程与处理效果。其次，能耗也是一个重要的问题。6.结束语:MBR作为一项新兴科技，不仅在中水回用领域做出了巨大的贡献，在其他领域同样起着重要的作用。例如通过结合高效菌种的筛选与培育,MBR工艺将在难降解废水的处理中取得重大进展[17]。同时，我们也知道国内与国外的差距还是很大的，与国外的大规模研究与应用相比，我们国家还处于刚刚起步的状态，所以还有必要认真研究MBR工艺的实际应用以及它的优点与缺点，实现国内大规模应用，所有MBR工艺具有光明的前景。参考文献：[1]邵刚,膜法水处理技术及工程实例,化学工业出版社,北京,2002,269-272[2]BrindleK,Stephenson.Theapplicationofmembranereactorsforthetreatmentofwastewater[J].Biotech.Bioeng.,1996,49:601-610[3]YamamotoK,HaiaM,MahmoodM,etal.DirectSolidLiquidSeparationusingHollowFiberMembraneinanActivatedSludgeAerationTank[J].WaterTech.1989,21:43-54[4]GrethleinHEAnaerobicDigestionandMembraneSeparationofDomesticWastewater[J],JWPCF,1978,50:754-763[5]BUDDWilliamE,OKAYRobertW.BiologicalTreatmentofWastewaterandIndustrialWastes[M].US:DorrOliverIncorporated,1969,3,472,765-771[6]樊耀波,王菊思.水与废水处理中的膜生物反应器技术[J].环境科学,1996,16(8):79-81.[7]TSHIOSAH,TALATM,etal.Directsolid-liquidSeparationusingHollowFiberMembranesinanActivatedSludgeAerationTank[J].WatSci,1989,21(4/5):43-54[8]岑运华,膜生物反应器在污水处理中的应用[J],水处理技术,1991,17(5):318-324[9]黄霞,桂萍,范晓军等,膜生物反应器废水处理工艺的研究进展[J],环境科学研究,1996,3(2):50-55.[10]杨福才,膜技术用于粪尿处理[J],中国给水排水,1999,15(2):20-23[11]邢传宏,陶瓷膜生物反应器工艺处理城市废水及膜堵塞机理研究[D],清华大学博士论文,北京:清华大学环境工程系,1998.93-94[12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