環(huán)境工程污水處理膜生物反應(yīng)技術(shù)應(yīng)用

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摘要:隨著我國工業(yè)、民生等領(lǐng)域的不斷發(fā)展，人們生活水平連續(xù)多年持續(xù)提高，社會(huì)生產(chǎn)各行各業(yè)對水資源的需求量和消耗量越來越大，各省市地區(qū)陸續(xù)出現(xiàn)水資源短缺和污染的問題。工業(yè)廢水、生活污水、醫(yī)藥廢水、農(nóng)業(yè)廢水的不達(dá)標(biāo)排放是導(dǎo)致地表、地下水體污染的主要源頭，我國已有超八成的自然水域存在輕度、中度、重度污染。被污染水體除了無法飲用外，有些還無法被應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中，這是我國南方地區(qū)水量豐沛卻仍然缺水的主要原因。污水處理技術(shù)是國內(nèi)外環(huán)保領(lǐng)域研究的主要技術(shù)方向之一，膜生物反應(yīng)技術(shù)是近些年的研究熱點(diǎn)，這種物理與生物結(jié)合的技術(shù)能夠發(fā)揮出單純物理膜技術(shù)或生物技術(shù)達(dá)不到的處理效果。本文主要圍繞膜生物反應(yīng)技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用進(jìn)行分析和探討，希望可以為提高污水處理效率提供一些參考。

關(guān)鍵詞:膜生物反應(yīng)技術(shù);環(huán)境工程;污水處理;技術(shù)應(yīng)用

生物處理技術(shù)是很長一段時(shí)間內(nèi)污水處理領(lǐng)域中的核心技術(shù)類型，能夠有效降低污水中的有機(jī)、無機(jī)污染物，保證出水水質(zhì)，避免污水排放導(dǎo)致的水體富營養(yǎng)化問題。但傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)中往往需要配備末端二沉池，用來沉淀污泥，減少污泥負(fù)荷的下降幅度，減少生物處理技術(shù)應(yīng)用的成本。膜生物處理技術(shù)中用占地面積小、處理效果優(yōu)秀的膜組件代替了末端二沉池的位置，不僅能夠進(jìn)一步提高出水水質(zhì)，還能夠截留微生物，降低生物技術(shù)的核心內(nèi)容微生物的流失率。目前，膜生物反應(yīng)技術(shù)在工業(yè)廢水、生活污水的處理中有較為理想的應(yīng)用前景，是污水就地深度處理的重要技術(shù)。

一、膜生物反應(yīng)技術(shù)概述

（一）技術(shù)基礎(chǔ)原理分析膜生物反應(yīng)技術(shù)是一種誕生于膜分離技術(shù)和生物處理技術(shù)之上的組合技術(shù)，在污水處理方面有更優(yōu)秀的效果。相較于傳統(tǒng)生物處理技術(shù)，膜生物反應(yīng)技術(shù)添加了膜分離技術(shù)，省略了末端二沉池，阻止了污泥的排放和微生物的流失；相較于傳統(tǒng)膜分離技術(shù)，膜生物反應(yīng)技術(shù)添加了生物處理技術(shù)，不僅能夠截留污水中的污染物，還能夠應(yīng)用微生物對有機(jī)、無機(jī)污染物進(jìn)行分解利用，有效提高出水水質(zhì)。。

（二）膜生物反應(yīng)技術(shù)優(yōu)劣勢分析膜生物反應(yīng)技術(shù)的優(yōu)勢在于：占地面積小、容積負(fù)荷高、抗復(fù)合能力強(qiáng)、活性污泥濃度高、能夠有效實(shí)現(xiàn)微生物與污水的分離、污泥零排放；劣勢在于：膜容易受到污染。膜生物反應(yīng)器的處理質(zhì)量、效率、設(shè)備使用壽命基本決定于膜組件，如何保證膜組件在受到一定污染后的正常通水量，是目前膜生物反應(yīng)器領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。

（三）膜生物反應(yīng)器分析膜生物反應(yīng)技術(shù)的基本設(shè)施就是膜生物反應(yīng)器，其中包括萃取反應(yīng)器、曝氣裝置、膜分離裝置，根據(jù)不同的放置生物膜的位置可分為一體式膜生物反應(yīng)器、分離式膜生物反應(yīng)器、復(fù)合式三種。一體式是指膜組件在生物反應(yīng)器內(nèi)部的膜生物反應(yīng)器，這種反應(yīng)器省去了混合液的循環(huán)系統(tǒng)，能耗低、占地面積小，但膜通量較小，比分離式更容易產(chǎn)生膜污染問題，運(yùn)維成本較高。分離式是指膜組件和生物反應(yīng)器分別設(shè)置的膜生物反應(yīng)器，內(nèi)有混合液循環(huán)系統(tǒng)，液體透過膜成為處理出水，被截留的物質(zhì)隨濃縮液返回生物反應(yīng)器，有效避免了微生物流失問題。這種反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定、膜組件易拆卸清洗，但混合液循環(huán)過程中容易對微生物群體造成侵?jǐn)_，導(dǎo)致部分微生物失活影響處理效果。復(fù)合式屬于一體式的一種，多見于其他水處理技術(shù)與膜生物反應(yīng)技術(shù)的聯(lián)合使用。膜生物反應(yīng)器的膜種類有很多，可根據(jù)固、液、氣相劃分，可根據(jù)膜孔徑劃分，可根據(jù)無機(jī)、有機(jī)材質(zhì)劃分，可根據(jù)均質(zhì)、非均質(zhì)劃分，可根據(jù)對稱、非對稱劃分，可根據(jù)荷電是否中性劃分。常見于污水處理的是高分子有機(jī)材料固相非對稱膜。膜生物反應(yīng)器的膜組件種類有五種形式劃分，板框式、螺旋卷式對應(yīng)平板膜，圓管式、中空纖維式、毛細(xì)管式對應(yīng)管式膜，需要技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行挑選。膜組件的選擇需要綜合考慮成本、系統(tǒng)流程、應(yīng)用對象、膜拆卸清洗、膜使用壽命、填裝密度等多方面因素，盡量保證反應(yīng)器內(nèi)水流動(dòng)順暢、能耗低、膜污染輕、運(yùn)維方便、穩(wěn)定性足夠。

二、膜生物反應(yīng)技術(shù)在環(huán)境工程污水處理中的具體應(yīng)用

（一）生活污水的處理隨著我國人口規(guī)模的不斷擴(kuò)大，因人口數(shù)量激增產(chǎn)生的家庭生活需水?dāng)?shù)量也在不斷增加。家庭生活消耗的和排放的水資源數(shù)量龐大，為了提高水資源利用率，生活污水進(jìn)行就地處理后回用是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢。膜生物反應(yīng)技術(shù)在環(huán)境工程污水處理中的應(yīng)用，是促進(jìn)生活污水就地處理和中水回用發(fā)展的重要力量。處理后的中水可用于馬桶沖洗、道路清潔、環(huán)境綠化、消防噴淋，有效提高了水資源的利用率，解決了一部分城市的缺水問題。日本是使用膜生物反應(yīng)技術(shù)比較早的一個(gè)國家，早在上世紀(jì)80年代就有將膜生物反應(yīng)器應(yīng)用于大樓生活污水處理的案例，當(dāng)時(shí)的進(jìn)水BOD5在330~710mg/L范圍內(nèi)，COD在100~800mg/L范圍內(nèi)，氨氮在10~40mg/L范圍內(nèi)，變化幅度都比較大，但經(jīng)過膜生物反應(yīng)器處理后的出水BOD5降低至1~5mg/L，去除率高達(dá)99%以上，COD降至20mg/L以下，去除率達(dá)到96%以上，氨氮去除率也能夠達(dá)到95%左右，有效實(shí)現(xiàn)了水資源的再利用。我國清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系在北京海淀區(qū)的一個(gè)高級公寓內(nèi)，建立了有關(guān)膜生物反應(yīng)器的中水回用工程，工程運(yùn)行期間出水平均COD在17.25mg/L，氨氮在0.75mg/L，其他出水指標(biāo)也符合中水回用標(biāo)準(zhǔn)，中水可以應(yīng)用于公寓園區(qū)的綠化、道路清潔等處。之所以膜生物反應(yīng)器會(huì)在生活污水處理中有如此優(yōu)秀的表現(xiàn)，是因?yàn)榉磻?yīng)器內(nèi)借助膜的分離作用提高了微生物的濃度，促使生活污水內(nèi)大量的有機(jī)污染物被分解和利用；高濃度的硝化細(xì)菌環(huán)境能夠有效去除氨氮，在適當(dāng)控制操作方法的情況下，還能夠?qū)偟?2.6%以上的去除效果；膜組件本身的截留、過濾作用，促使生活污水內(nèi)的懸浮物、大分子物質(zhì)被從水體中剝離出來；且大分子的微生物產(chǎn)物還會(huì)附著在膜組件表面，形成一層凝膠質(zhì)地的膜，這層膜也具有過濾作用，且作用效果大于膜組件本身，進(jìn)一步提高了生活污水的出水質(zhì)量。雖然膜生物反應(yīng)器在生活污水處理方面效果顯著，但一整套膜生物反應(yīng)器的價(jià)格昂貴，且膜組件容易堵塞、污染，需要定期進(jìn)行沖洗、更換，維護(hù)費(fèi)用也比較高，因此，膜生物反應(yīng)技術(shù)及其設(shè)備的推廣難度暫時(shí)還比較大。

（二）工業(yè)污水處理中推廣應(yīng)用相較于生活污水而言，工業(yè)廢水中的污染物成分更加復(fù)雜、排放量更大，其中可能包含難降解的有機(jī)物、有害金屬離子，廢水的PH值和鹽度也許更不友好，總而言之，工業(yè)廢水屬于處理起來比較困難的廢水。因此，在工業(yè)廢水中推廣和應(yīng)用膜生物反應(yīng)技術(shù)及其設(shè)備，需要根據(jù)工業(yè)廢水的具體成分特點(diǎn)來選擇，盡可能提高膜生物反應(yīng)器的針對性，提高工業(yè)廢水的處理質(zhì)量和效果。比如：工業(yè)廢水中含有難降解的EDTA時(shí)，厭氧-好氧膜生物反應(yīng)器的處理效果較傳統(tǒng)的活性污泥法更加優(yōu)秀，不僅表現(xiàn)出較高的難降解有機(jī)物去除效率，還表現(xiàn)出優(yōu)秀的抗沖擊符合能力，在有毒有害物質(zhì)的沖擊下依然保持穩(wěn)定的運(yùn)行。又比如：機(jī)械制造企業(yè)排放的工業(yè)廢水中含有大量有毒有害的重金屬離子，想要去除這些有毒有害的重金屬離子，膜生物反應(yīng)器前需要預(yù)設(shè)酸堿度調(diào)節(jié)池，讓重金屬離子在酸堿度的調(diào)節(jié)下處于比較容易被去除的狀態(tài)，以提高膜生物反應(yīng)器的去除質(zhì)量和效率。上世紀(jì)90年代，美國某汽車制造廠應(yīng)用了膜生物反應(yīng)器作為工業(yè)廢水的核心處理環(huán)節(jié)，工業(yè)廢水每日規(guī)模為150m³，有機(jī)負(fù)荷高達(dá)63000mg/L，且其中包含大量的油和油脂。在應(yīng)用膜生物反應(yīng)技術(shù)的情況下，多項(xiàng)指標(biāo)基本都保持在94%的去除率，且大部分油和油脂被降解，基本達(dá)到出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

（三）低污染飲用水凈化在水資源被大量污染的當(dāng)下，我們并不能保證水源地中的水質(zhì)一定符合飲用標(biāo)準(zhǔn)，尤其在化肥、農(nóng)藥大量使用的今天，飲用水中也不同程度的存在污染。面對低污染程度的飲用水，應(yīng)用膜生物反應(yīng)技術(shù)及其設(shè)備進(jìn)行脫氮、吸附殺蟲劑、降濁度是比較有效的一種方式。在法國的一家飲用水工廠中，就使用膜生物反應(yīng)技術(shù)作為飲用水的凈化工藝，能夠保證產(chǎn)量單日在400m³的飲用水中氮濃度、殺蟲劑等參數(shù)達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

（四）填埋場滲濾液處理應(yīng)用在固體廢棄物污染同樣非常嚴(yán)重的今天，我國所有城市都建有自己的垃圾填埋場。這些填埋場會(huì)在自然降雨、霜霧、垃圾分解等作用下產(chǎn)生滲濾液，這些滲濾液中含有高濃度的有機(jī)物、鹽類、重金屬、烴和氯代化合物等污染物，如果讓這些滲濾液直接進(jìn)入土壤和地下水系，必然會(huì)造成嚴(yán)重的土壤污染和地下水污染。膜生物反應(yīng)技術(shù)與反滲透技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，能夠有效處理垃圾填埋場產(chǎn)生的滲濾液，不僅能夠分解滲濾液中的高濃度有機(jī)物，還能夠有效去除鹽分、截留重金屬、去除雜質(zhì)，使高污染度的滲濾液以達(dá)標(biāo)的形式進(jìn)行排放。千禧年，美國新澤西建成投產(chǎn)了一個(gè)日處理能力在1500m³的垃圾填埋滲濾液處理裝置，其中的核心技術(shù)就是膜生物反應(yīng)技術(shù)和反滲透技術(shù)。這臺(tái)裝置的膜生物反應(yīng)器中集中了高濃度的混合細(xì)菌，應(yīng)用這種自然存在于世界上的混合菌來處理滲濾液中的烴和氯代化合物，有效降低了垃圾填埋滲濾液對自然界的污染和影響。

（五）糞便污水處理中應(yīng)用糞便污水是生活污水中比較特殊的一部分，不僅有機(jī)物含量非常高，而且具有大量且品種多樣的致病菌。原本城市糞便污水是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料的重要來源，能夠?yàn)檗r(nóng)作物提供生長發(fā)育所需的營養(yǎng)元素，經(jīng)過徹底腐熟后是非常好的可利用資源。但隨著化肥利用率的升高，城市糞便污水的農(nóng)用比例急劇下降，大量的糞便污水不得不傾倒在城市附近區(qū)域，成為新的環(huán)境污染源頭。膜生物反應(yīng)技術(shù)是處理糞便污水的重要技術(shù)，借助膜生物反應(yīng)器中營造的好氧環(huán)境和高濃度污泥，能夠有效降解糞便污水中的高濃度有機(jī)物。日本目前已經(jīng)研發(fā)并應(yīng)用了被稱為NS的膜生物反應(yīng)器-屎尿處理技術(shù)，這一協(xié)同中并列安裝了幾十組0.4m2的平板膜，可定期自動(dòng)沖洗，膜材料應(yīng)用的是截留分子量超大的聚砜超濾膜，污泥濃度保持在1.5~1.8萬mg/L區(qū)間。目前，日本已經(jīng)在全境范圍內(nèi)安裝數(shù)千套NS系統(tǒng)，解決了日本人民所產(chǎn)生的糞便污水問題。

三、結(jié)束語

膜生物反應(yīng)技術(shù)集合了膜技術(shù)和生物技術(shù)的優(yōu)勢，在污水處理中能夠發(fā)揮重要的作用，既縮短了污水處理的流程長度，減少了污水處理設(shè)備的占地面積，還提高出水水質(zhì)，具有更優(yōu)秀的自動(dòng)化能力。膜生物反應(yīng)技術(shù)已經(jīng)成為環(huán)境工程水處理領(lǐng)域中的熱點(diǎn)技術(shù)，可以根據(jù)處理對象的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和應(yīng)用，有益于提高水處理質(zhì)量。

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作者：高月崗 單位：聊城市茌平區(qū)環(huán)境監(jiān)控中心