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(guó)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(duì)水資源的需求量和消耗量越來(lái)越大，各省市地區(qū)陸續(xù)出現(xiàn)水資源短缺和污染的問(wèn)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(guó)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(wú)法飲用外，有些還無(wú)法被應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中，這是我國(guó)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(guó)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(zhǎng)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(wú)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(yíng)養(yǎng)化問(wèn)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(lái)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(duì)有機(jī)、無(wú)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(shì)分析膜生物反應(yīng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)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(shì)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(wèn)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(guò)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(wèn)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(guò)程中容易對(duì)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(jiàn)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(wú)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(duì)稱、非對(duì)稱劃分，可根據(jù)荷電是否中性劃分。常見(jiàn)于污水處理的是高分子有機(jī)材料固相非對(duì)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(duì)應(yīng)平板膜，圓管式、中空纖維式、毛細(xì)管式對(duì)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(duì)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(guó)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(shì)。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(wèn)題。日本是使用膜生物反應(yīng)技術(shù)比較早的一個(gè)國(guó)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(guò)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(guó)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(jí)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(guò)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(lái)；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(guò)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(lái)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(lái)選擇，盡可能提高膜生物反應(yīng)器的針對(duì)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(guó)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(duì)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(chóng)劑、降濁度是比較有效的一種方式。在法國(guó)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(chóng)劑等參數(shù)達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

（四）填埋場(chǎng)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(guó)所有城市都建有自己的垃圾填埋場(chǎng)。這些填埋場(chǎng)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(chǎng)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(guó)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(lái)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(duì)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(lái)源，能夠?yàn)檗r(nóng)作物提供生長(zhǎng)發(fā)育所需的營(yíng)養(yǎng)元素，經(jīng)過(guò)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(yíng)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(wàn)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(wèn)題。

三、結(jié)束語(yǔ)

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(shì)，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(zhǎng)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(duì)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