摘要：采用重力式沉淀方式作為固液分離手段的膜生傳統(tǒng)活性污泥工藝有著不可避免的弊端。介紹了一種新的物反污水處理裝置——膜生物反應(yīng)器，它結(jié)合了高效的應(yīng)器應(yīng)用研究膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)的活性污泥工藝兩者的優(yōu)點(diǎn)。著重介紹了膜生物反應(yīng)器的及其進(jìn)展分類(lèi)及其所用的濾膜和濾膜組件，并對(duì)近幾年來(lái)膜生物反應(yīng)器的膜生研究進(jìn)展及其在污水處理和中水回用中的應(yīng)用情況進(jìn)行了綜述。

關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)活性污泥工藝 膜生物反應(yīng)器 超濾膜 微濾膜 污水處理 中水回用

1  引言

傳統(tǒng)的物反活性污泥工藝(Conventional Activated Sludge, CAS)廣泛地應(yīng)用于各種污水處理中。由于采用重力式沉淀方式作為固液分離手段，應(yīng)器應(yīng)用研究因此帶來(lái)了很多方面的及其進(jìn)展問(wèn)題。如固液分離效率不高、膜生處理裝置容積負(fù)荷低、物反占地面積大、應(yīng)器應(yīng)用研究出水水質(zhì)不穩(wěn)定、及其進(jìn)展傳氧效率低、膜生能耗高以及剩余污泥產(chǎn)量大等等。物反傳統(tǒng)生物處理工藝處理后的應(yīng)器應(yīng)用研究水難以滿足越來(lái)越嚴(yán)格的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展所帶來(lái)的水資源的日益短缺也迫切要求開(kāi)發(fā)合適的污水資源化技術(shù)，以緩解水資源的供需矛盾。在上述背景下，一種新型的水處理技術(shù)——（Membrane Bioreactor,MBR）應(yīng)運(yùn)而生。隨著膜分離技術(shù)和產(chǎn)品的不斷開(kāi)發(fā)，(MBR)也更具有實(shí)用價(jià)值，近年來(lái)許多國(guó)家都投入了大量資金用于開(kāi)發(fā)此項(xiàng)高新技術(shù)。

2  CAS

CAS是一種應(yīng)用最廣的廢水好氧生物處理技術(shù)。其基本流程如圖1所示，是由曝氣池、二次沉淀池、曝氣系統(tǒng)（含空氣或氧氣的加壓設(shè)備、管道系統(tǒng)和空氣擴(kuò)散裝置）以及污泥回流系統(tǒng)等組成。

曝氣池與二次沉淀池是活性污泥系統(tǒng)的基本處理構(gòu)筑物。由初次沉淀池流出的廢水與從二次沉淀池底部回流的活性污泥同時(shí)進(jìn)入曝氣池，其混合體稱(chēng)為混合液。在曝氣的作用下，混合液得到足夠的溶解氧并使活性污泥和廢水充分接觸。廢水中的可溶性有機(jī)污染物為活性污泥所吸附并為存活在活性污泥上的微生物群體所分解，使廢水得到凈化。在二次

沉淀池內(nèi)，活性污泥與已被凈化的廢水（稱(chēng)為處理水）分離，處理水排放，活性污泥在污泥區(qū)內(nèi)進(jìn)行濃縮，并以較高的濃度回流曝氣池。由于活性污泥不斷地增長(zhǎng)，部分污泥作為剩余污泥從系統(tǒng)中排出，也可以送往初次沉淀池。

圖1 活性污泥法基本流程

3  MBR法

3.1 MBR及其分類(lèi)

MBR是指將超、微濾膜分離技術(shù)與污水處理中的生物反應(yīng)器相結(jié)合而成的一種新的污水處理裝置。這種反應(yīng)器綜合了膜處理技術(shù)和生物處理技術(shù)帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)。超、微濾膜組件作為泥水分離單元，可以完全取代二次沉淀池。超、微濾膜截留活性污泥混合液中微生物絮體和較大分子有機(jī)物，使之停留在反應(yīng)器內(nèi)，使反應(yīng)器內(nèi)獲得高生物濃度，并延長(zhǎng)有機(jī)固體停留時(shí)間，極大地提高了微生物對(duì)有機(jī)物的氧化率。同時(shí)，經(jīng)超、微濾膜處理后，出水質(zhì)量高，可以直接用于非飲用水回用。系統(tǒng)幾乎不排剩余污泥，且具有較高的抗沖擊能力。特別是1989年Yamamoto將中空纖維膜應(yīng)用于活性污泥處理中，使工藝運(yùn)行成本大大降低，實(shí)際應(yīng)用前景廣闊。因此，MBR是當(dāng)今倍受?chē)?guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者重視的一項(xiàng)高新水處理技術(shù)。

MBR的特點(diǎn)：

一、出水水質(zhì)好

由于采用膜分離技術(shù)，不必設(shè)立、過(guò)濾等其它固液分離設(shè)備。高效的固液分離將廢水中有懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)、生物單元流失的微生物菌群與已凈化的水分開(kāi)，不需經(jīng)三級(jí)處理即直接可回用，具有較高的水質(zhì)安全性。

二、占地面積小

膜生物反應(yīng)器生物處理單元內(nèi)微生物維持高濃度，使容積負(fù)荷大大提高，膜分離的高效性使處理單元水力停留時(shí)間大大縮短，占地面積減少。同時(shí)膜生物反應(yīng)器由于采用了膜組件，不需要沉淀池和專(zhuān)門(mén)的過(guò)濾車(chē)間，系統(tǒng)占地僅為傳統(tǒng)方法的60% 

三、節(jié)省運(yùn)行成本

由于MBR高效的氧利用效率，和獨(dú)特的間歇性運(yùn)行方式，大大減少了曝氣設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間和用電量，節(jié)省電耗。同時(shí)由于膜可濾除細(xì)菌、病毒等有害物質(zhì)，可顯著節(jié)省加藥消毒所帶來(lái)的長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用，膜生物反應(yīng)器工藝不需加入絮凝劑，減少運(yùn)行成本。

膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝是膜分離技術(shù)與生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新型廢水處理技術(shù)。它利用膜分離設(shè)備將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)物質(zhì)截留住，省掉二沉池?；钚晕勰酀舛纫虼舜蟠筇岣?，水力停留時(shí)間（HRT）和污泥停留時(shí)間（SRT）可以分別控制，而難降解的物質(zhì)在反應(yīng)器中不斷反應(yīng)、降解。因此，膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝通過(guò)膜分離技術(shù)大大強(qiáng)化了生物反應(yīng)器的功能。與傳統(tǒng)的生物處理方法相比，是目前最有前途的廢水處理新技術(shù)之一。

從整體構(gòu)造上來(lái)看，MBR是由膜組件和生物反應(yīng)器兩部分組成。根據(jù)這兩部分操作單元自身的多樣性，膜生物反應(yīng)器也必然有多種類(lèi)型。膜生物反應(yīng)器的一些基本分類(lèi)見(jiàn)表1。

表1 MBR的基本分類(lèi)

分置式MBR是指膜組件與生物反應(yīng)器分開(kāi)設(shè)置，浸沒(méi)式MBR是指膜組件安置在生物反應(yīng)器內(nèi)部。2種反應(yīng)器的流程如圖2所示。

圖2  MBR流程圖

表2  2種反應(yīng)器的區(qū)別

實(shí)際應(yīng)用中，分置式MBR與一體式MBR互有優(yōu)缺點(diǎn)，區(qū)別見(jiàn)表2。

3.2  MBR所用濾膜及膜組件

在MBR工藝中，超、微濾膜分離的對(duì)象是活性污泥混合液?；钚晕勰嗷旌弦褐饕ɑ钚晕勰嗪捅惶幚淼奈鬯钚晕勰嗍怯筛鞣N膠體、絮狀物和微生物（絕大部分是各種細(xì)菌）組成。膜組件長(zhǎng)期過(guò)濾活性污泥混合液時(shí)，污染物不斷地在膜表面沉積，細(xì)菌不斷地向膜內(nèi)部繁殖，使其生成的代謝產(chǎn)物在膜孔中沉淀，進(jìn)而引起膜孔堵塞，使膜的通量下降，膜壽命縮短，工藝運(yùn)行費(fèi)用增加。

一般而言，決定膜過(guò)濾效果的主要因素是膜的孔徑及孔隙率，而選擇什么樣的膜材料并不是關(guān)鍵。但是在MBR工藝中膜材料種類(lèi)卻強(qiáng)烈地影響其耐污染性，所要解決膜污染問(wèn)題的最主要的途徑是找到耐污染的膜材料或者是對(duì)膜進(jìn)行改性。

所調(diào)研的近期文獻(xiàn)中有關(guān)MBR所用濾膜及組件的情況如表3所示：

從近期國(guó)內(nèi)外MBR研究情況來(lái)看（文獻(xiàn)的抽取有隨機(jī)性），濾膜大都為較小孔徑的微濾膜，或較大截留分子量的超濾膜，孔徑范圍為0.1～0.5mm；材質(zhì)主要是疏水性的聚烯烴和親水性的聚砜、纖維素等，還有一些無(wú)機(jī)膜。疏水性的聚烯烴一般做成中空纖維式膜組件，而親水性的聚砜、纖維素膜一般做成平板式膜組件。

表3  近期文獻(xiàn)中MBR所用濾膜及組件形式