郭静
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摘要：膜生物反应器（membrane bio-reactor，MBR）技术具有传统方法所不及的许多优点，具有很好的应用前景。高能耗、膜污染是影响MBR工艺推广应用的两大瓶颈。膜生物反应器技术是环境工程中污水处理的新型工艺，有助于提高污水处理质量。本文首先探讨了膜生物反应器技术的优劣势和现阶段常用的技术类型，然后重点分析了膜生物反应器技术在环境工程污水处理中的应用，以供同行借鉴。
关键词：膜生物反应器; 污水处理; 膜污染
新时代，环境保护理念逐渐深入人心，人们愈发重视污水处理和水资源循环利用。对工业废水或生活污水进行处理和回用，不仅能够缓解水资源短缺问题，而且能够减少污水排放总量，降低环境污染。在环境工程污水处理行业，膜生物反应器(MBR)技术的应用范围较广，尤其是MBR组合工艺。该技术利用用膜组件替代传统的重力式沉淀池，使出水水质和容积负荷都得到大幅度提高。膜生物反应器技术凭借其技术优势和实用效果，展现出较高的污水处理能力和应用价值，但也存在一些需要改进的地方。
1膜生物反应器技术的优劣势
生活污水含有相当多的胶体和高分子有机物，这些污染物的生物降解速度较低，传统的生物处理方法停留时间较短，无法对其进行有效降解，严重影响出水水质。而在膜生物反应器中，分离膜对胶体和高分子物质有非常好的截留效果，可以极大地改善出水水质。
与传统生化处理法相比，膜生物反应器可以更好地处理生活污水，具有以下优点：出水水质清澈，不含悬浮固体，一般也不含病菌和病原体；出水有机物浓度较低，而且总氮和总磷的浓度也远低于传统生化处理法；由于膜的截留，生物反应器中可以保持很高的微生物浓度，基质与微生物之比较低，污泥产率低；膜生物反应器中，微生物的种类、数量等主要根据其对污染物的去除有利与否进行控制，并不考虑污泥的沉降性能，这就使得膜生物反应器中的生物相更加有利于污染物的分解转化，有可能获得更高的去除效率；膜生物反应器的自动化程度高，所需工作人员少，环境卫生条件好。在生活污水中残留有机物浓度高、活性污泥浓度高时，传统活性污泥法的二沉池正常运行非常困难，造成出水水质经常恶化，特别是出现污泥膨胀时，运行管理更加困难。膜生物反应器不仅出水水质好，而且基本不受进水冲击负荷的影响，出水水质稳定。
由于生物膜的固有性质，如膜材料、膜孔径、荷电性等，经反复使用，生物膜会吸附很多污水中的杂质，导致堵塞，渗透效果下降，最终引起整套污水处理装置性能降低。所以，要特别注意膜生物反应器中生物膜的清洁度，延长生物膜的寿命，但这一缺陷目前仍无法彻底弥补。
2膜生物反应器技术类型
膜生物反应器技术利用厌氧生物处理法，分离出水和生物降解所产生的胶体与高分子物质，而微生物则留在污水处理池内。膜生物反应器是膜生物反应器技术的核心装置，根据作用机理，可分为萃取膜生物反应器、无泡曝气膜生物反应器和分离膜生物反应器。萃取膜生物反应器含有很多内装纤维束的硅管，纤维束能够将污水中的有毒物质传输到好氧生物相中，微生物再对这些有毒物质进行吸附降解；无泡曝气膜生物反应器利用透气性膜对生物反应器进行无泡供氧，这种方法能够防止有机污染物的挥发并保证氧的充分利用；分离膜生物反应器的膜组件类似于传统生物处理法的二沉池，这种膜生物处理系统具有较高的污染物截留率，同时能够使浓缩液回流至生物反应池，保证生物反应器内微生物的浓度和污泥停留的时间，所以，该类装置处理污水的效果较佳。随着科学技术的不断发展，膜生物反应器技术衍生出许多新型工艺。
2.1 动态内循环反应技术
动态内循环反应技术(DMBR)利用超滤膜作为动态膜，形成具有动态内部循环的反应器。超滤膜的孔径较大，在进行污水过滤时，仅需要20 min的时间，滤饼层即可过滤出污水中的TN、TP、COD及其他成分，过滤水中COD的残留率低于4%，氨氮和TN的残留率分别低于2%和48%，而且超滤膜的制造成本较低，经济效益较高。污水处理的生物反应器采用内部循环的动态模式，与分离膜生物反应器相比，不仅优化了其内部结构的流动形式，而且可均匀混合液体，清洁效果更好。
2.2 EGSB-MBR组合技术
膨胀颗粒污泥床(EGSB)是在上一代厌氧反应器的基础上改良而产生的第三代厌氧反应技术，而MBR工艺则采用膜生物反应器，两者都是目前污水处理行业常用的新型污水处理技术，人们可以对二者进行联合应用。
在处理高浓度有机污水时，EGSB-MBR组合技术可去除80%以上的化学需氧量，再利用膜生物反应器进行生化处理，进一步分解污水中的有机物，实现对高浓度有机污水的有效处理。
2.3 曝气滤池-膜生物反应器组合技术
当前，曝气滤池主要与分离膜生物反应器结合使用，这种组合技术一般需要与气浮工艺配合使用，通风时要加入特殊的清洁剂和胶体材料。污水在膜生物反应器内与这些污水处理剂发生化学反应，经过中和与沉淀，最终分离污水中的水分。曝气滤池作为这种组合技术的一部分，能够避免生物膜降解所引起的吸附过度等问题，从源头上减少污染物，延长生物膜的使用寿命。
2.4 气浮-膜生物反应组合技术
在污水处理过程中，人们可以以MBR工艺为基础，探寻多种工艺组合。例如，气浮工艺组合膜生物反应器技术，可以去除较难分解的清洁剂或胶体物质，降低膜污染负载，以免影响下一次生物处理。膜生物反应器技术不仅可以独立工作，也可以与其他工艺组合应用，以满足各种污水处理要求。
3膜生物反应器技术在污水处理中的应用
当前，膜生物反应器技术广泛应用于污水处理中，可以有效处理多种污水，如工业废水、生活污水和医院污水等。
3.1工业废水处理
工业废水的成分非常复杂，处理难度较高。若采用膜生物反应器技术，则应根据所要处理的工业废水情况，合理选择膜生物处理体系和膜，保证适应性，以免产生负面影响。例如，机械制造行业产生的废水往往含有较多的金属离子，因此应以去除或降低废水中的金属离子含量为主要目标，合理选择膜生物反应器技术。在酸碱度不同的环境中，金属离子所表现的形式不同，为确保工业废水达到排放标准要求，人们需要全面分析，合理选择膜生物反应器技术，以去除金属离子。
3.2生活污水处理
家庭污水的处理要求较高，现阶段，家庭污水一般通过膜生物反应器的无害化处理来降低毒性，再用于城市道路清扫、绿化、洗车等。但是，膜生物反应器配套设施费用较高，导致此项技术的推广存在一定难度。
3.3医院污水处理
医院污水一般具有较大的毒性，所以采用的膜生物反应器主要处理目标应为降低水质毒性。膜生物反应器处理医院污水时，通常将污水停留时间控制在约5 h，出水氨氮控制在4 mg/L，出水COD控制在50 mg/L，这种处理方式操作相对简单，出水质量较好，经济价值较高。
4膜污染
膜污染的影响因素大致可分为污水中的污染物、膜的物理特性和操作参数等。这些因素会导致膜表面形成滤饼层或凝胶层，使其表面被堵塞。
预处理的污水中会存有比膜孔径大的颗粒，这类物质会被拦截并附着于膜表面。小于膜孔径的微粒也会逐渐沉积在膜孔内，久而久之，会在膜的表面形成滤饼层；而污水的盐浓度和pH等会影响膜的蛋白质溶解度和构形，其温度和黏度则会影响膜的透过率及分离特性。
膜自身的物理特性包括膜表面的粗糙度、过滤孔的孔隙率和分布等。当膜的表面较为粗糙时，污水中的杂质更容易沉积在膜表面；膜表面的错流形态会加重水力在膜表面的紊流状态，降低颗粒沉积速度。如果采用的膜材料具有可离解基团或极性基团，污水的溶剂化会使膜表面产生电荷，当污水中的荷电溶质与膜表面产生的电荷相反时，就会相互吸附，导致膜表面污染。
膜生物反应系统的操作压力、膜的出水流量、料液流速等对膜污染都有直接影响。例如，若操作压力和出水流量高于系统设定阈值，则会加剧膜表面的杂质沉积，形成凝胶层而降低膜通量；增大料液流速，则可以降低膜表面的杂质沉积，提高透水率。
5结束语
当前，我国水资源短缺和污染问题十分突出，人们需要加强污水治理，提高水资源循环利用率。作为一种新型、高效的生物处理技术，膜生物反应器技术具有污水处理效率高、操作简便、出水水质稳定等优势，已经被人们给予充分肯定，但同时存在一些问题。未来，污水处理人员要深入研究膜生物反应器技术，结合实际生产状况，寻求更具有针对性的污水处理方法。
参考文献
[1] 谭译.新型膜生物反应器的研究[D].苏州：苏州科技学院，2007：18.
[2] 徐梦晏.膜生物反应器技术在环境工程污水处理中的应用[J].中国资源综合利用,2021,39(04):198-201.