MBR技術(shù)在中水回用系統(tǒng)建設(shè)的應(yīng)用
1 概述
膜生物反應(yīng)器[1]（Membrane Biological Reactor，簡(jiǎn)稱MBR）技術(shù)，是膜分離技術(shù)與生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新型水處理技術(shù)。它通過(guò)膜的分離技術(shù)，大大強(qiáng)化了生物反應(yīng)器的功能，具有設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)單、出水水質(zhì)良好、占地較小等諸多優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于城市高層建筑和住宅小區(qū)生活污水的再生利用。
1.1 MBR工藝作用機(jī)理
膜生物反應(yīng)器是利用膜組件進(jìn)行固液分離，將截流的污泥回流至生物反應(yīng)器中，透過(guò)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(gè)基本單元，相當(dāng)于傳統(tǒng)生物處理系統(tǒng)中的二沉池[2]。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(jī)物，而不能被微生物降解的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物及活性污泥、懸浮物、各類膠體、大部分細(xì)菌則被截留，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理凈化的目的[3]。
1.2膜生物反應(yīng)器的特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀
1.2.1 MBR工藝特點(diǎn)
MBR（膜生物反應(yīng)器技術(shù)）是膜分離技術(shù)和污水生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，該技術(shù)的特點(diǎn)是以超、微濾膜分離過(guò)程取代傳統(tǒng)活性污泥處理過(guò)程中的泥水重力沉降分離過(guò)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(yōu)異的出水效果？捎行コ械挠袡C(jī)物與氨氮等污染物質(zhì)，與其他生物處理技術(shù)相比具有以下特點(diǎn)[4]：
（1）占地面積小，約為傳統(tǒng)工藝占地的1/2~1/3；
（2）高生物負(fù)荷率，可達(dá)2~5KgCOD/（m3•d）；
（3）低污泥產(chǎn)率，為常規(guī)方法的10~30%；
（4）系統(tǒng)不受污泥膨脹的影響；
（5）出水水質(zhì)良好穩(wěn)定；
（6）抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，可適應(yīng)2~3倍的水質(zhì)、水量變化；
（7）自動(dòng)化程度高，運(yùn)行管理簡(jiǎn)便；
（8）模塊化，易于擴(kuò)建。它用膜分離取代傳統(tǒng)活性污泥處理工藝中的二沉池，而達(dá)到強(qiáng)化污水凈化效果的目的。
1.2.2 MBR工藝應(yīng)用現(xiàn)狀
國(guó)際上于20世紀(jì)90年代初期開始進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段，用于去除懸浮物，COD，BOD，TP，TN及細(xì)菌，現(xiàn)在膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝技術(shù)在單座污水處理廠的最大日處理量能達(dá)到10 000 m3/d的水平[5]。我國(guó)MBR的研究還不到十年，但進(jìn)展十分迅速。國(guó)內(nèi)對(duì)MBR的研究大致可分為幾個(gè)方面，現(xiàn)在主要處于擴(kuò)大MBR的應(yīng)用范圍的階段，MBR的研究對(duì)象從生活污水?dāng)U展到高濃度有機(jī)廢水（食品廢水、啤酒廢水）與難降解工業(yè)廢水（石化污水、印染廢水等），但以生活污水的處理為主[6][7]。
2 MBR工藝在中水處理中的應(yīng)用
2.1 MBR工程應(yīng)用
MBR工藝處理污水，去除率高、處理效果穩(wěn)定且操作方便、占地面積小，能較好的應(yīng)用于居民住宅區(qū)等建筑密度較大的地區(qū)，目前國(guó)內(nèi)已有一些成功的案例可供參考。圖1為某小區(qū)中水處理MBR工藝圖[8]。
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圖1 某小區(qū)中水處理MBR工藝流程
該工藝的運(yùn)行周期內(nèi)，運(yùn)行情況良好[8]，出水水質(zhì)可達(dá)到城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T18920-2002)的要求。
膜分離生物反應(yīng)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(yīng)器（Submerged MembraneBioreactor）。
2.1.1 分體式生物反應(yīng)器
分體式生物反應(yīng)器把生物反應(yīng)器與膜組件分開放置，生物反應(yīng)器的混合液經(jīng)泵增壓后進(jìn)入膜組件，在壓力作用下混合液中的液體透過(guò)膜得到系統(tǒng)出水，活性污泥則被截留，并隨濃縮液回流到生物反應(yīng)器內(nèi)。
2.1.2 一體式生物反應(yīng)器
一體式系統(tǒng)則直接將膜組件置于反應(yīng)器內(nèi)，通過(guò)泵的抽吸得到過(guò)濾液，膜表面清洗所需的交錯(cuò)流由空氣攪動(dòng)產(chǎn)生，曝氣器設(shè)置在膜的正下方，混合液隨氣流向上流動(dòng)，在膜表面產(chǎn)生剪切力，以減少膜的污染。一體式膜生物反應(yīng)器可集沉淀過(guò)濾曝氣膜濾于一體，便于管理，優(yōu)于分體式膜生物反應(yīng)器，在工程上應(yīng)用較多。
膜生物反應(yīng)器利用膜分離設(shè)備將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子物質(zhì)截留住，活性污泥濃度因此大大提高，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)，有效降解有機(jī)物，孔隙率不大于0.08μm級(jí)膜將凈水與雜質(zhì)徹底分離，出水中SS值趨于零。絕大部分的細(xì)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(xù)消毒手段可作為殺菌的雙重保險(xiǎn)，避免了傳統(tǒng)工藝可能會(huì)出現(xiàn)的水質(zhì)不合格的問(wèn)題，出水水質(zhì)完全得到保證。
膜生物反應(yīng)器的前處理與后處理極其簡(jiǎn)單，占地小，可程控化管理。MBR反應(yīng)器中的有機(jī)物在MBR池內(nèi)被自身分解氧化，基本不產(chǎn)生剩余污泥，極少需要排泥，不產(chǎn)生二次污染，僅需利用簡(jiǎn)單的PLC技術(shù)對(duì)水位進(jìn)行自動(dòng)控制、膜污染報(bào)警及開啟相應(yīng)反洗設(shè)施即可程控化管理[10]。因此，一體式膜生物反應(yīng)器工藝通過(guò)膜在中水處理工藝中得到廣泛的應(yīng)用。
2.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)遠(yuǎn)角度上來(lái)講，該工藝不僅能保證穩(wěn)定和高質(zhì)的出水，也能可以慢慢收回成本。當(dāng)生物膜的研究到達(dá)新的階段，MBR將有可能成為應(yīng)用最廣泛的污水處理技術(shù)。
某高校生活區(qū)，采用MBR工藝中水回用，其處理綜合成本約為1 元/t[11]。按目前中水水源數(shù)量和自來(lái)水市場(chǎng)水價(jià)（2.46 元/t）、全年280天，可得每年中水處理量為4.2 萬(wàn)t，每年減少水費(fèi)10.3 萬(wàn)元。而水處理綜合成本為4.2 萬(wàn)元/年，每年可節(jié)約6.1 萬(wàn)元。在目前學(xué)生規(guī)模狀況下，建設(shè)中水回用系統(tǒng)，將中水應(yīng)用于沖廁、綠化澆水等用途，每年可節(jié)約6.1 萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。從社會(huì)角度分析，中水的使用減少了優(yōu)質(zhì)水源的消耗，緩解了地區(qū)供水不足的矛盾，具有顯著的社會(huì)效益。
3 MBR工藝尚需解決的問(wèn)題
MBR在顯示出許多傳統(tǒng)工藝無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)時(shí)，也暴露出一些尚需改進(jìn)的地方，這是研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。
（1）膜制造技術(shù)需要進(jìn)步，膜質(zhì)量有待提高和膜制造成本需要降低，MBR的投資也會(huì)隨之降低。
（2）膜受到污染而導(dǎo)致膜通量的降低，如何減緩膜污染進(jìn)程從而維持膜通量是應(yīng)用膜工藝時(shí)所面臨的一大挑戰(zhàn)。
（3）雖然較高的污泥濃度能有效減小MBR的體積，但過(guò)高的污泥濃度對(duì)于MBR正常運(yùn)行是不利的，在運(yùn)行MBR時(shí)應(yīng)控制適當(dāng)?shù)奈勰酀舛取?/p>
4 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，MBR工藝作為一種新型的中水回用技術(shù)，具有運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，出水水質(zhì)可達(dá)到城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求[12]，以及占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，今后將隨著國(guó)內(nèi)膜制造技術(shù)的提高以及各種新型MBR工藝的開發(fā)，其經(jīng)濟(jì)成本和運(yùn)行費(fèi)將進(jìn)一步降低。因此可以預(yù)見，MBR在中國(guó)未來(lái)的中水回用領(lǐng)域，將會(huì)進(jìn)一步推廣并得到廣泛的應(yīng)用。
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