我國(guó)人均水資源擁有量較少，不足世界平均水平的1/4。在我國(guó)600多個(gè)城市中，有300余座城市缺水，其中嚴(yán)重缺水城市有100余個(gè)，年缺水量近60億m³，因此污水回用是緩解水危機(jī)的重要措施之一。在我國(guó)，MBR的研究進(jìn)展十分迅速，研究結(jié)果顯示：MBR對(duì)各種高濃度有機(jī)廢水與難降解廢水的COD、NH3-N、SS、濁度等都達(dá)到良好的去除效果。所以，我國(guó)將MBR同時(shí)應(yīng)用于生活污水與工業(yè)廢水處理。

　　下面通過(guò)對(duì)MBR 膜種類、MBR工藝組成、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展前瞻等四個(gè)方面的匯總歸納，幫助大家更好了解MBR膜。

　　一、MBR 膜種類

　　1、MBR 膜材質(zhì)

　　a、高分子有機(jī)膜材料：

　　聚烯烴類、聚乙烯類、聚丙烯腈、聚砜類、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等。

　　有機(jī)膜成本相對(duì)較低，造價(jià)便宜，膜的制造工藝較為成熟，膜孔徑和形式也較為多樣，應(yīng)用廣泛，但運(yùn)行過(guò)程易污染、強(qiáng)度低、使用壽命短。

　　B、無(wú)機(jī)膜：

　　是固態(tài)膜的一種，是由無(wú)機(jī)材料，如金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、無(wú)機(jī)高分子材料等制成的半透膜。

　　目前在 MBR 中使用的無(wú)機(jī)膜多為陶瓷膜，優(yōu)點(diǎn)如下：

　　可以在 pH = 0~14、壓力 P<10MPa 、溫度 <350 ℃的環(huán)境中使用，其通量高、能耗相對(duì)較低，在高濃度工業(yè)廢水處理中具有很大競(jìng)爭(zhēng)力。

　　缺點(diǎn)：造價(jià)昂貴、不耐堿、彈性小、膜的加工制備有一定困難。

　　2、MBR 膜孔徑

　　MBR 工藝中用膜一般為微濾膜(MF)和超濾膜(UF)，大都采用 0.1～ 0.4 μm 膜孔徑，可以滿足固液分離型的膜反應(yīng)器要求。

　　微濾膜常用的聚合物材料有：聚碳酸酯、纖維素酯、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亞胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰胺等。

　　超濾常用聚合物材料有：聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯、纖維素酯、聚醚醚酮、聚亞酰胺、聚醚酰胺等。

　　3、MBR 膜組件

　　為了便于工業(yè)化生產(chǎn)和安裝，提高膜的工作效率，在單位體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)充分的膜面積，通常將膜以某種形式組裝在一個(gè)基本單元設(shè)備內(nèi)，在一定的驅(qū)動(dòng)力下，完成混合液中各組分的分離，這類裝置稱為膜組件。目前，工業(yè)上常用的膜組件形式有五種：

　　板框式(Plate and Frame Module)、圓管式 (TubularModule) 、中空纖維式 (Hollow Fiber Module) 。前一種使用平板膜，后兩者使用管式膜。

　　圓管式膜直徑>10mm;

　　毛細(xì)管式- 0.5~10.0mm ;

　　中空纖維式<0.5mm> 。

　　a、板框式：

　　板框式膜組件是 MBR 工藝初始應(yīng)用的一種膜組件形式，外形類似于普通的板框式壓濾機(jī)。

　　優(yōu)點(diǎn)：制造組裝簡(jiǎn)單，操作方便，易于維護(hù)、清洗、更換。

　　缺點(diǎn)：密封較復(fù)雜，壓力損失大，裝填密度小。

　　b、圓管式：

　　圓管式膜組件是由膜和膜的支撐體構(gòu)成，有內(nèi)壓型和外壓型兩種運(yùn)行方式。實(shí)際中多采用內(nèi)壓型，即進(jìn)水從管內(nèi)流入，滲透液從管外流出。膜直徑在 6~24mm 之間。

　　圓管式膜優(yōu)點(diǎn)：料液可以控制湍流流動(dòng)，不易堵塞，易清洗，壓力損失小。

　　缺點(diǎn)：裝填密度小。

　　c、中空纖維式：

　　圓管式膜組件外徑一般為 40 ～ 250 μm ，內(nèi)徑為 25 ～ 42μm 。

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　裝填密度高;

　　造價(jià)相對(duì)較低;

　　壽命較長(zhǎng)，可以采用物化性能穩(wěn)定，透水率低的尼龍中空纖維膜;

　　膜耐壓性能好，不需支撐材料。

　　缺點(diǎn)：對(duì)堵塞敏感，污染和濃差化對(duì)膜的分離性能有很大影響。

　　4、MBR 膜組件設(shè)計(jì)的一般要求：

　　a、對(duì)膜提供足夠的機(jī)械支撐，流道通暢，沒(méi)有流動(dòng)死角和靜水區(qū);

　　b、能耗較低，盡量減少濃差化，提高分離效率，減輕膜污染;

　　c、盡可能高的裝填密度，安裝，清洗、更換方便;

　　d、具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性。

　　膜組件的選用要綜合考慮其成本，裝填密度、應(yīng)用場(chǎng)合、系統(tǒng)流程、膜污染及清洗、使用壽命等。

　　5、MBR膜優(yōu)點(diǎn)分析

　　與傳統(tǒng)生物水處理工藝相比，MBR膜具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：

　　a、出水水質(zhì)良好穩(wěn)定

　　膜的分離效果遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)沉淀池，出水清澈，懸浮物和濁度接近于零，細(xì)菌和病毒被大幅去除，出水水質(zhì)優(yōu)于建設(shè)部頒發(fā)的生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(CJ25.1-89)，可以直接作為非飲用市政雜用水進(jìn)行回用。

　　同時(shí)，膜分離也使微生物被完全截流在生物反應(yīng)器內(nèi)，使得系統(tǒng)內(nèi)能夠維持較高的微生物濃度，不但提高了反應(yīng)裝置對(duì)污染物的整體去除效率，保證了良好的出水水質(zhì)，同時(shí)反應(yīng)器對(duì)進(jìn)水負(fù)荷(水質(zhì)及水量)的各種變化具有很好的適應(yīng)性，耐沖擊負(fù)荷，能夠穩(wěn)定獲得水質(zhì)良好的出水。

　　b、剩余污泥產(chǎn)量少

　　該工藝可在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷下運(yùn)行，剩余污泥產(chǎn)量低(理論上可以實(shí)現(xiàn)零污泥排放)，降低了污泥處理費(fèi)用。

　　c、占地面積小，不受設(shè)置場(chǎng)合限制

　　生物反應(yīng)器內(nèi)能維持高濃度的微生物量，處理裝置容積負(fù)荷高，占地面積大大節(jié)省;

　　該工藝流程簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、不受設(shè)置場(chǎng)所限制，適合于任何場(chǎng)合，可做成地面式、半地下式和地下式。

MBR膜

　　二、MBR膜的應(yīng)用領(lǐng)域

　　進(jìn)入90年代中后期，膜生物反應(yīng)器(MBR)在國(guó)外已進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段?，F(xiàn)在，膜生物反應(yīng)器(MBR)已應(yīng)用于以下領(lǐng)域：

　　1、城市污水處理及建筑中水回用

　　1967年采用MBR工藝的廢水處理廠由美國(guó)的Dorr-Oliver公司建成，這個(gè)處理廠處理14m3/d廢水。 1977年，一套污水回用系統(tǒng)在日本的一幢高層建筑中得到實(shí)際應(yīng)用。1980年，日本建成了兩座處理能力分別為 10m3/d 和50m3/d的MBR處理廠。90年代中期，日本就有39座這樣的廠在運(yùn)行，處理能力可達(dá)500m3 /d，并且有100 多處的高樓采用MBR將污水處理后回用于中水道。

　　1998年5月，清華大學(xué)進(jìn)行的一體式膜--生物反應(yīng)器中試系統(tǒng)通過(guò)了國(guó)家鑒定。2000年初，清華大學(xué)在北京市海淀鄉(xiāng)醫(yī)院建起了一套實(shí)用的MBR系統(tǒng)，用以處理醫(yī)院廢水，該工程于2000年6月建成并投入使用，目前運(yùn)轉(zhuǎn)正常。2000 年 9 月，天津大學(xué)楊造燕教授及其領(lǐng)導(dǎo)的科研小組在天津新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)普辰大廈建成了一個(gè)MBR示范工程，該系統(tǒng)日處理污水25t，處理后的污水全部用于衛(wèi)生間的沖洗及綠地澆灑，占地面積為10平方米，處理每噸污水的能耗為0.7kW·h。

　　2、工業(yè)廢水處理

　　90年代以來(lái)，MBR的處理對(duì)象不斷拓寬，除中水回用、糞便污水處理以外，MBR在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用也得到了廣泛關(guān)注，如處理食品工業(yè)廢水、水產(chǎn)加工廢水、養(yǎng)殖廢水、化妝品生產(chǎn)廢水、染料廢水、石油化工廢水，均獲得了良好的處理效果。90年代初，美國(guó)在Ohio建造了一套用于處理某汽車(chē)制造廠的工業(yè)廢水的MBR系統(tǒng)，處理規(guī)模為151m3/d，該系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷達(dá)6.3kgCOD/m3·d ，COD去除率為94%，絕大部分的油與油脂被降解。在荷蘭，一座脂肪提取加工廠采用傳統(tǒng)的氧化溝污水處理技術(shù)處理其生產(chǎn)廢水，由于生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，結(jié)果導(dǎo)致污泥膨脹，污泥難以分離，采用Zenon的膜組件代替沉淀池，運(yùn)行效果良好。

　　3、微污染飲用水凈化

　　隨著氮肥與殺蟲(chóng)劑在農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用，飲用水也不同程度受到污染。LyonnaisedesEaux公司在90年代中期開(kāi)發(fā)出同時(shí)具有生物脫氮、吸附殺蟲(chóng)劑、去除濁度功能的MBR工藝，1995 年該公司在法國(guó)的Douchy建成了日產(chǎn)飲用水400m3的工廠。出水中氮濃度低于0.1mgNO2/L，殺蟲(chóng)劑濃度低于0.02μg/L 。

　　4、糞便污水處理

　　糞便污水中有機(jī)物含量很高，傳統(tǒng)的反硝化處理方法要求有很高污泥濃度，固液分離不穩(wěn)定，影響了三級(jí)處理效果。MBR的出現(xiàn)很好地解決了這一問(wèn)題，并且使糞便污水不經(jīng)稀釋而直接處理成為可能。

　　日本已開(kāi)發(fā)出被稱之為NS系統(tǒng)的屎尿處理技術(shù)，其核心部分是平板膜裝置與好氧高濃度活性污泥生物反應(yīng)器組合的系統(tǒng)。NS系統(tǒng)于1985年在日本琦玉縣越谷市建成，生產(chǎn)規(guī)模為10kL/d，1989年又先后在長(zhǎng)崎縣、熊本縣建成新的屎尿處理設(shè)施。NS系統(tǒng)中的平板膜每組約0.4m2共幾十組并列安裝，做成能自動(dòng)打開(kāi)的框架裝置，并能自動(dòng)沖洗。膜材料為截流分子量20000的聚砜超濾膜。反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度保持在15000~18000mg/L范圍內(nèi)。到 1994 年，日本已有1200多套MBR系統(tǒng)用于處理4000多萬(wàn)人的糞便污水。

　　5、土地填埋場(chǎng)/肥滲濾液處理

　　土地填埋場(chǎng)/堆肥滲濾液含有高濃度的污染物，其水質(zhì)和水量隨氣候條件與操作運(yùn)行條件的變化而變化。 MBR技術(shù)在1994年前就被多家污水處理廠用于該種污水的處理。通過(guò)MBR與RO技術(shù)的結(jié)合，不僅能去除SS、有機(jī)物和氮，而且能有效去除鹽類與重金屬。美國(guó)Envirogen公司開(kāi)發(fā)出一種MBR用于土地填埋場(chǎng)滲濾液的處理，并在新澤西建成一個(gè)日處理能力為40萬(wàn)加侖(約1500m3/d)的裝置，在2000年底投入運(yùn)行。該種MBR使用一種自然存在的混合菌來(lái)分解滲濾液中的烴和氯代化合物，其處理污染物的濃度為常規(guī)廢水處理裝置的50 ～ 100倍。能達(dá)到這一處理效果的原因是，MBR能夠保留高效細(xì)菌并使細(xì)菌濃度達(dá)到50000g/。在現(xiàn)場(chǎng)中試中，進(jìn)液COD為幾百至40000mg/L，污染物的去除率達(dá)90%以上。

　　MBR膜的發(fā)展前瞻：

　　1、應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域和方向

　　a、現(xiàn)有城市污水處理廠的更新升級(jí)，特別是出水水質(zhì)難以達(dá)標(biāo)或處理流量劇增而占地面積無(wú)法擴(kuò)大的水廠。

　　b、無(wú)排水管網(wǎng)系統(tǒng)的小區(qū)，如居民點(diǎn)、旅游度假區(qū)、風(fēng)景區(qū)等。

　　c、有污水回用需求的地區(qū)或場(chǎng)所，如賓館、洗車(chē)業(yè)、客機(jī)、流動(dòng)廁所等充分發(fā)揮MBR占地面積小、設(shè)備緊湊、自動(dòng)控制、靈活方便的特點(diǎn)。

　　d、高濃度、有毒、難降解工業(yè)廢水處理。如造紙、制糖、酒精、皮革、合成脂肪酸等行業(yè)，是一種普遍的點(diǎn)源污染。 MBR 可以對(duì)這些常規(guī)處理工藝無(wú)法達(dá)標(biāo)的廢水進(jìn)行有效的處理，并實(shí)現(xiàn)回用。

　　e、垃圾填埋廠滲濾液的處理及回用。

　　f、小規(guī)模污水廠(站)的應(yīng)用。膜技術(shù)的特點(diǎn)十分適合處理小規(guī)模污水。

　　膜生物反應(yīng)器(MBR)系統(tǒng)以其干凈、清澈與穩(wěn)定的優(yōu)異產(chǎn)水水質(zhì)成為我國(guó)應(yīng)用較多的污水處理與污水回用的新型工藝技術(shù)之一。在水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格的今天，MBR已顯示出其巨大的發(fā)展?jié)摿?，它將成為未?lái)替代傳統(tǒng)廢水處理技術(shù)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。