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膜生物反應技術的應用

      膜生物反應技術被越來越多的應用于污水處理，其處理后的水質可達到國家污水排放一級A標準，可用于綠化澆灌、景觀補充水、洗車、馬路降塵和沖廁、消防、沖洗等非飲用水場所。其技術可以在環境工程中用于汽車清洗水的循環使用、垃圾滲瀝液的處理、含油廢水的處理、生活污水處理、地表水的純化等方面。

1、膜生物反應技術

      膜生物反應技術是膜技術和生物降解作用相結合的產物，膜生物反應器(MBＲ)是其技術的具體實現形式，被廣泛的用于污水處理和水資源回收利用上。

      膜技術是指利用膜的通透性對液體進行“篩分”，實現物質的濃縮和分離。膜過濾有微濾(MF)、超濾(UF)和納濾(NF)。微濾(MF)主要用于較大顆粒的分離濃縮;超濾(UF)膜孔徑在0．1～5μm之間可實現從液相中分離大分子或顆粒狀物質，如粘土、礦物料、顏料、乳液粒子、微生物以及乳液，通過金屬離子、高分子物質和可溶性溶質先與合適的大分子結合，也可以從水溶液中把這些物質分離，可達到凈化、濃縮的目的，污水處理主要采用超濾膜;納濾主要用于海水淡化脫鹽。

      我們知道在常規的污水處理過程中，微生物通過其對有機物降解作用，實現有機物氧化和分解，實現水處理COD指標。

      膜生物反應器實現了膜過濾和生物降解的功能，由于超濾膜對微生物的截留過濾作用，使得MLSS—混合液懸浮固體濃度尤其有意義的是降解微生物濃度增加，可實現有機物快速降解，從而提高污水處理效率。

2、膜生物反應器的分類和特點

      目前膜生物反應器可分為三類：

      (1)膜分離生物反應器，用于污水處理固液分離。

      (2)膜曝氣生物反應器，用于氣體質量傳遞，為需氧降解工藝供氧，可以實現處理工藝無泡曝氣，可實現提高反應器的傳氧效率。

      (3)萃取膜生物反應器，主要用于處理收回工業廢液中優先污染物。通過膜選擇性通透，用于提取特定的污染物。

      三種膜生物反應器結構示意圖：

      按膜組件放置方式膜生物反應器可分為：一體式和分體式膜生物反應器;按照是否需氧可分為：需氧和厭氧兩種類型膜生物反應器。

      分體式把生物反應器與膜組件分別放置，混合液經泵壓進入膜組件，在壓差作用下液體透過膜形成系統出水，活性污泥被膜截留回流到生物反應器內。

      一體式是將膜組件放置于反應器中，通過真空泵抽吸或自然虹吸得到過濾液，清洗膜所需的錯流是空氣攪動所產生，空氣加入于膜的正下方，混合液伴隨氣流向上，膜表面形成混合液剪切力，減少膜表面物質沉降，從而減低膜的污染。一體式膜生物反應器，其工藝是常規污水生物降解技術與膜分離過濾技術的結合。有機污水在經生物降解后，利用微濾膜或超濾膜完成污水的固液分離，達到污水的凈化。膜組件在這里的作用是取代常規污水處理工藝中的二沉池、沉降過濾單元，使水力停留時間和污泥齡不再關聯，可保證出水的穩定和水質的優良。一體式優點是占地面積少，低能耗，可模塊化建設成系列能力的污水處理站或污水處理廠。

      需氧膜生物反應器主要應用在城市和工業污水處理上，可實現城市污水處理水資源回收利用，在工業中可去除特定污染物，如處理工業含油脂類的廢水。

      厭氧膜生物反應器是一種低能耗、易操作、更高效的膜生物反應器。其保持了高污泥濃度和長污泥時間停留，縮短了水力停留時間，改善了出水水質。如我們把膜單元和UASB結合，使固、液分離不再需要設計三相分離器，膜分離過濾作用可使兩相厭氧膜生物反應器產酸菌濃度增加，可實現產酸發酵反應能力速度加快，實現高酸化率。由于厭氧膜生物反應器沒有曝氣過程，可采用分體式來實現厭氧污泥的懸浮狀態，實現高濃度有機污水的厭氧處理。

      通過膜生物反應器的分類和敘述，可見膜生物反應器具有高分離效率，高活性污泥的濃度(反應池中的MISS可以達到10000mg/L)，可實現理想的水質處理效果(達到國家污水排放一級A標準)，系統傳氧效率由于膜而得到提高，污泥產率低理論上零排放。

3、膜生物反應技術的發展局限

      膜生物反應技術有其局限性，概括的說就是膜組件的價格高昂，膜壽命有限和膜容易受污染造成生產能力下降，現代技術還未能完全解決。

      膜的材料和生產工藝復雜，價格昂貴，屬高科技。目前商品化的UF膜的制作是由相轉化法采用聚合物材料制備的，材料有有機和無機兩種，包括：聚砜(PSF)/聚醚砜/(PES)磺化聚砜/聚砜酰胺(PSA)，聚丙烯腈(PAN)，聚脂肪酰胺，聚偏二氟乙烯(PVDF)，復合UF膜，聚酰亞胺(PI)/芳香聚酰胺(PA)，纖維素(CA，CTA及再生纖維素)，聚醚醚酮(PEEK)，陶瓷膜(氧化鋁、氧化鋯，［其皮層通過溶膠———凝膠法制備］)。不同的膜具有不同的特性和耐性，如陶瓷膜可耐溫。在污水處理工程中可根據污水的成分特征和具體工況選擇膜的材質，對膜來說可根據要求做成各種形狀：管式、板式、板框式、中空纖維式，來適合不同的結構要求。

      膜很容易被污染，造成膜孔隙阻塞，生產能力會下降，當膜孔隙阻塞到一定程度且不能清洗恢復時，膜就要被廢棄，這也是使用膜生物反應技術因使用成本高，推廣受限的原因。

      現階段膜生物反應器主要用于原有污水處理系統擴容、提標，中水回用，市政生活污水處理新建，農村生活污水處理及中水回用，受場地限制、水資源缺乏地區、工礦企業、旅游景區、邊防哨所等的生活污水處理和回用。

4、技術應用展望

      隨著科技進步和膜技術的成熟，膜的質量、壽命將會得到提升，膜組件價格將會進一步降低，使用膜生物反應技術處理污水成本會越來越低。同時，由于國家對環境污水治理力度加大，水資源的日漸枯竭，膜生物反應技術必將被廣泛使用來處理污水和進行水資源回收利用。