蔡琳晖 邹 丽

（1中国城市建设研究院有限公司山东分院山东济南2501012山东华城城建设计工程有限公司山东济南250101）

膜生物反应器的研究进展

蔡琳晖1邹 丽2

（1中国城市建设研究院有限公司山东分院山东济南2501012山东华城城建设计工程有限公司山东济南250101）

膜生物反应器是一种新型的污水处理方法，在近些年来得到了迅速的发展。在水处理方面也得到了广泛的应用，尤其是在中小型的污水处理系统中，但是其还存在很多问题需要解决。本文讨论了膜生物反应器的工艺特点、反应器类型以及影响因素等，并且对其今后的发展方向进行了深入的分析。

膜生物反应器，研究，污水处理

1 引言

随着工业的快速发展、城镇化的加速，带来了大量的环境问题。尤为突出的是大量污水的肆意排放，引起了水资源的严重缺乏。因此，使水污染控制技术成为环境保护发展的重要方向。而膜生物反应器的特点使得其得到了更快的发展。膜生物反应器是生物反应器与膜分离技术的一个新型的结合，在运行过程中能耗低、处理效率高、操作简单，而且相比传统的污水处理技术，耐冲击负荷、结构简单、对氨氮的处理效率高、出水中悬浮物低。膜生物反应器最早应用于发酵工业中，随着对膜生物反应器的深入研究，逐渐扩大了处理的范围。在实际应用中对中小型的污水处理厂、生活污水、食品废水等有着明显的效果[1]。

2 MBR的工艺特点

膜生物反应器是一种充分利用空间以及微生物降解能力的新型污水处理技术，是膜分离技术与生物反应器重要结合方式，使其在水处理方面得到了发挥了自己独特的优势，同时它也有一些问题存在，其主要的工艺特点为[2]：

（1）膜生物反应器的结构形式可以使污水进行充分的固液分离，而其效果相比传统的沉淀池要更佳。研究表明，其出水的悬浮物的浊度接近于零，可作为景观用水等直接利用，降低了污水的处理成本，对现实污水资源化有着重要的意义。

（2）膜生物反应器利用膜的高效截留作用，能够使污水中的微生物可以最大化的保留在反应器中，保持了反应器中的生物量，而且实现了HRT和SRT的完全分离，使得反应器的运行更加稳定、简易。

（3）膜生物反应器中保证了高的生物浓度，使其更能承受污水负荷的改变。

（4）膜生物反应器的污泥停留时间相比一般的污水处理工艺更长，一般在15～45天，因此该系统中微生物的硝化作用更强。由于增加了污泥龄的时间，使得反应器中提高了繁殖缓慢、分解难降解有机物的微生物数量。

（5）膜生物反应器的结构简易、占地面积小，充分利用的反应器的空间，使得处理系统中设备更集中，整体更容易操作运行，现实自动化控制。

（6）膜生物反应器在运行中最大的确定就是有膜污染的问题，是限制该工艺发展的关键因素，亟待解决。

3 膜生物反应器的影响因素

3.1 混合液悬浮浓度

膜生物反应器的优势之一就是取代了传统活性污泥处理工艺中的二沉池，能够将活性污泥完全截留到反应器中，可以使膜生物反应器在高MLSS条件下运行。研究表明：在不排泥的条件下，反应器污泥浓度可达40g/L～50g/L，能够进行稳定的运行；而当污泥浓度大于40g/L时膜的通量就会下降。还有研究发现，由于高的污泥浓度会影响氧气的传质效率，要改善处理系统中的氧浓度，会导致运行过程中增加能耗；此外，在处理难降解有机物或有毒有害物质时，会在膜生物反应器中积累，产时间下回影响反应器的处理效果[3]。

3.2 污泥停留时间和水力停留时间

膜生物反应器的另一个特点就是能够控制水力停留时间以及污泥停留时间，使得工艺操作更为灵活。研究表明：污泥停留时间为10、20、30天的条件下，反应器中污泥产量和COD去除率随着污泥停留时间的延长而逐渐提高。同时太长的污泥停留时间对于微生物的生长不利，到了一定的程度会导致反应器中营养匮乏，进而导致大量的微生物死亡，增加了出水中的COD浓度，同时也降低了氨氮的去除率[4]。

3.3 溶解氧

在好氧膜生物反应器中，必须保证反应器中充足的溶解氧浓度。在对其的研究中发现，对于毛纺厂的污水，反应器中的溶解氧浓度是一个非常关键的因素，当溶解氧浓度为1mg/L时可以实现完全的硝化[5]。是由于膜生物反应器较长的SRT，使得F/M值较低，在反应器内部形成的絮凝体有利于硝化菌的生长与繁殖，加强了氨氮的去除效果。随着对膜生物反应器的改善，为了提高好氧膜生物反应器中氧气的浓度，出现了无泡充氧方式，进而改善了膜生物反应器氧的利用效率，降低了能耗。

3.4 COD负荷

膜生物反应器作为新型的水处理工艺，出水水质稳定，而且耐COD冲击负荷强。大量的研究已经证实这一特点，在处理水质波动较大的啤酒厂废水时，在较高的COD负荷以及强度下，膜生物反应器的出水水质可保证在95%以上[6]。在处理生活污水时，污水中COD浓度高于正常值3倍以上，仍可以保证正常的运行，系统表现出良好的抗冲击力负荷能力。

3.5 膜污染

虽然膜生物反应器在处理污水中有着很多优势，但其存在一个非常严重的缺点，就是膜组件容易收到微生物以及其他污水中的物质污染，进而导致出水效果下降。膜污染是指膜孔、膜表面上被各种污染物积累进而导致膜通量下降的现象。目前膜污染的控制已经是盖工艺中不可避免的难题，是限制膜生物反应器的主要因素，膜污染的加重会逐渐影响系统的运行、膜组件的寿命，此外还会增加运行的能耗。目前的研究中解决膜污染的方法主要有物理、化学方法来进行消除[7]。

4 新型膜生物反应器

4.1 萃取膜生物反应器

图1 萃取膜生物反应器

萃取膜生物反应器是一种新型的膜生物反应，它是利用膜的接触作用和萃取技术的结合来去除污染物质。图1为萃取膜生物反应器的结构示意图，其在运行过程中先将废水中的污染物质萃取出来，然后在微生物反应器中进出去除，在运行过程中反应器的膜两次出现了浓度差，进而使得污染物自行的向微生物处理方向移动。该反应器对于处理含有挥发有机物、重金属以及有毒有害的污水具有良好的效果。

4.2 渗透膜生物反应器

渗透膜生物反应器是利用渗透汽化膜与生物反应器相结合的工艺技术，其结构如图2，是利用具有渗透作用的膜在膜两侧形成浓度差，以此作为驱动力，在反应器运行时含有污染物的废水不断的从膜的一侧进入到生物反应器中，然后进一步的进行分解污染物。该反应器在处理含有挥发性物质的废水效果最佳[8]。

图2 渗透膜生物反应器

4.3 膜-酶生物反应器

膜-酶生物反应器是把膜的分离技术与酶具有催化性、专一性等结合起来的生物反应器[9]，其结构如图3。该反应器既具有膜的分离技术，同时也发挥了酶降解的高效性。在反应器运行时膜组件的状态以及酶的性质对于系统处理的效果起到了关键的作用。研究表明：在处理高盐度、难降解物质等有机废水中其具有更突出的优势。

图3 膜-酶生物反应器

4.4 无泡曝气膜生物反应器

图4 无泡膜生物反应器

无泡曝气膜生物反应器改善了膜生物反应器的曝气方式，提高了曝气效率，提高了膜生物反应器的能量利用效率。其膜组件采用了透气性致密膜或者是具有疏水性的微孔膜，相比之前的曝气方式具有了更大的比表面积和氧传递面积，远远提高了曝气效率，其结构原理图见图4[10]。在大量的研究中表明：无泡曝气膜生物反应器的特点更适合于处理含有挥发性有机物、表面活性剂的污水。原因是在反应器运行时并无气泡产生，降低了挥发有机物产生的污染。

5 结语

随着工业的快速发展，污水的处理压力越来越大，不仅处理水量会不断增加，而且处理的水质也更为复杂。水资源的匮乏对污水的处理效果也更为严格，使得膜生物反应器得到了更好的发展，在目前的研究中膜生物反应器还存在很多解决的问题，膜材料的质量较差，使用寿命短、强度低、抗污染性能差；膜组件的结构、安装方式等需优化设计，使其更适合各种形式的反应器结构，其生产需要规模化，要适应更大水量的处理；膜生物反应器的整体结构形式还需进一步优化，提高处理能力，降低能耗；膜污染是制约膜生物反应器发展的重要障碍，对膜污染进行控制是膜生物反应器的巨大推动力。

[1]Grethlein H E.Anaerobic digestion and membrane separation of domestic waste water[J].JWPCF,1978.50:754-763.

[2]Gander M,Jefferso B,Judd S.Aerobic MBRs for domestic Waste water treatment:a reviewwith cost considerations[J].Sep Pur Technol, 2000,18:119-130.

[3]顾国维,何义亮.膜生物反应器—在污水处理中的研究和应用[M].北京:化学工业出版社,2002.40-50.

[4]Davies W J,Le MS,Heath C R.Intensified activated sludge process with submerged membrane microfiltration[J].Wat Sci Tech,1998, 38(4-5):421-428.

[5]CoteP,ThompsonD.Wastewatertreatmentusingmembrtanes:theNorth Americanexperience[J].WatSciTechnol,2000,41(10-11):209-215.

[6]Gunder B,Krauth K.Replancement of final clarification by membrane separation-Results with plate and hollowfibber modules[A].IAWQ 19th Biennial International Conference Preprint[C].Book 4,21 -26 June 1998-Vancouver,Canada.144-151.

[7]徐又一,石冰水,王剑鸣,等.环保领域中聚丙烯中空纤维膜—生物反应器的研究[J].膜科学与技术,2000,20(2):26-29.

[8]罗虹,顾平,杨造燕.膜生物反应器内泥水混和液可过滤性的研究[J].城市环境与城市生态,2000,13(1):51-54.

[9]BouhabilaEH,AimRB,BuissonH,etal.Foulingcharacterizationin membranebioreatctors[J].SepPurTechmol,2001(22-33):123-132.

[10]刑传宏,钱易,孟耀斌,等.错流式膜生物反应器处理生活污水及其生物学研究[J].环境科学,1997,18(6):23-26.

蔡琳晖（1979—），女，汉，硕士研究生，职称：中级工程师，主要从事工作：给排水工程设计。