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1、MBR技术在中水利用中的应用陈 鹏简介：目前我国很多城市水资源紧缺，中水利用日趋重要。膜生物反应器（MBR）是一种简单、新型、高效的污水处理方式，其出水水质可达到国家城市污水再生利用城市杂用水水质标准，可以回用于许多非接触性的场合。关键词：中水 中水利用 膜生物反应器我国是一个水资源匮乏的国家，人均水资源占有量仅为世界人均占有量的四分之一，目前我国有300多个城市缺水，节约用水是必须的。目前节水主要有两种手段：总量控制和再生利用，中水利用是再生利用的主要形式，是解决城市水资源危机的有效途径。中水利用既能减少污染物排放总量，又能给企业和社会带来一定的经济效益。一、中水的概念及中水利用的范围1、中
2、水的概念中水主要指生活和部分工业用水经一定工艺处理后，回用于对水质要求不高的农业灌溉、市政园林绿化、车辆冲洗、冲厕杂用水、景观用水及工业冷却水等方面的水，由于其介于上水（自来水）和下水（污水）之间，因此称为中水。在我国中水指污水经适当处理后，达到一定的水质指标城市污水再利用城市杂用水水质GB/T18920-2002标准或者工业用水水质标准，满足某种使用要求，可在一定范围内重复使用的非饮用水。2、中水利用的范围对于中水的利用范围，按照城市污水再利用城市杂用水水质GB/T18920-2002标准的规定，主要用于厕所冲洗、城市绿化浇灌、道路清洁、车辆冲洗、建筑施工、消防、喷水池及可以接受其水质标准的
3、其他用水。二、膜生物反应器技术膜生物反应器（MBRMembrane BioReacor）是国际上于20世纪60年代开始研究、90年代得到快速发展和应用的一项废水生物处理新技术，是将膜分离技术和生物反应过程有机结合而成的一种简单、新型、高效的污水处理技术。该技术被专家誉为“污水资源化的一项革命性技术”，已被许多发达国家广泛应用于废水处理和水回用回用领域，并被我国列为“21世纪可持续发展实用新技术”。1、 MBR工艺的类型膜生物反应器主要由膜组件、泵和生物反应器三部分组成，其中生物反应器是污染物降解的主要场所，膜是对混合液和特殊污染物进行分离和萃取的介质，而泵则是为满足分离和萃取提供所需的动力（压
4、力）的必需设备。根据膜组件和生物反应器的组合方式不同，膜生物反应器可以分为以下三种类型：一体式膜生物反应器、分置式膜生物反应器和复合式膜生物反应器。1.1、分置式MBR分置式MBR工艺（亦称交叉流MBR，CMBRCross-flow Membrane Bio-Reactor），是将膜与生物反应器分开设置的组合方式（见图1：分置式膜生物反应器组成形式图）。生物反应器中泥水混合液经抽水泵提送至膜组件，在压力作用下，混合液中的液相滤过膜组件而成为处理出水。混合液中的不溶性分子（固形物及大分子物质等）则被截留在膜外而成为浓缩液，并通过回流系统返回生物反应器。图1：分置式膜生物反应器组成形式图 分置式M
5、BR具有运行稳定可靠、膜易于清洗及更换、膜通量大的优点。但由于膜在较高的交叉流速和压力条件下工作，因此清洗膜表面的污泥时需要用加压泵提供较高的膜面错流速度，压入膜组件，以在膜表面形成有效的冲刷作用，导致循环流量增大，所需动力消耗增加。同时由于泵的高速旋转，当回流污泥经过泵提升时，微生物菌体在高强度的剪切作用下失去活性。1.2、一体式MBR一体式MBR工艺（亦称为浸没式MBR，SMBRSubmerged Membrane Bio-Reactor）是将膜置于生物反应器内部，曝气装置设置在膜组件正下方的构成方式（见图2：一体式膜生物反应器组成形式图）。进水中的有机物在高浓度的活性污泥作用下得到氧化分
6、解，处理后的污水经抽水泵的负压抽提和膜的分离作用，使污水中的非溶解性物质截留在生物反应器内，净化水则通过膜成为处理出水。图2：一体式膜生物反应器组成形式图一体式MBR可省去二次沉淀池和污泥循环系统（利于降低成本），所需能耗少，整体结构较为紧凑，占地少。膜组件下方的曝气装置不仅起到提供氧气和促进泥水混合的目的，同时由于气泡的搅动和其在膜表面形成的循环流而起到对膜表面的冲刷和剪切作用，可有效的防止污染物在膜表面附着和沉积。因为将膜置于高浓度的活性污泥内，其膜通量相对较小，容易发生膜污染，较难以清洗和对膜组件的更换。1.3、复合式MBR复合式MBR的构成方式类似与一体式MBR，也是将膜组件置于生物反
7、应器之中，通过重力或负压出水，但在复合式MBR中安装有填料，形成复合式处理系统（见图3：复合式膜生物反应器组合形式图）。在复合式膜生物反应器中，由于填料上附着生长着大量微生物，能够对废水中的有机底物进行有效降解。老化脱落的生物膜和废水中难降解的有机物和固形物在膜的截留作用下保留在反应器中，净水则成为处理出水。图3：复合式膜生物反应器组成形式图复合式MBR也可省去二次沉淀池和污泥循环系统，所需能耗也较低，整体构造相对也紧凑，占地面积较小。相比于一体式MBR还具有以下特点：1、生物反应器中安装的填料可提高系统的抗冲击负荷，保证系统的处理效果；2、生物膜法污泥产量比活性污泥法低，因此安装填料后可以降
8、低反应器中悬浮活性污泥的浓度，降低膜污染的程度，保证较高的膜通量。2、MBR工艺特点2.1、膜对污染物的去除效率高MBR通过膜本身的截留作用，对废水中的悬浮固体和溶解性的大分子有机物的去除效果良好。膜本身的孔径非常小（0.011m），几乎可以将生物反应器内的全部悬浮物和污泥截留下来，固液分离效果远远优于二次沉淀池。MBR工艺中分离膜的使用，几乎可彻底将污泥及其他不溶性物质截留在生物反应器中，从而使水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）实现完全的分离，提高了生物反应器中的生物量浓度，提高了单位时间内和单位反应器容积对有机低物的去除量。膜本身的截留作用也可将废水中的大分子有机物去除，膜孔和
9、膜表面的吸附作用对溶解性有机物也有去除效率，在膜表面形成的沉积层（或生物膜、凝胶层）对溶解性有机物具有吸附和氧化降解的作用，因此MBR工艺对有机物的去除效能强。由于膜的截留作用实现了生物反应器的水力停留时间和污泥停留时间的完全分离，因此可以使生长缓慢、世代时间较长的微生物（如硝化细菌）也能在反应器中生存下来，保证了MBR除具有高效降解有机物的作用外，还具有良好的硝化作用。由于膜材料的微孔特性和膜表面形成的沉积层的吸附和截留作用，不仅可以将MLSS等不溶性固体完全截留在生物反应器内，同时可以将废水中的游离微生物、蛋白质、细菌和病菌等尺寸比膜孔径小的物质截留下来，这样可以省却传统工艺中的消毒工艺，
10、大大简化了工艺流程，因此在统称情况下可不经消毒而直接回用于非接触性使用场合，有利于废水的资源化。2.2、剩余污泥产量低由于膜对MLSS的高效截留，污泥停留时间大大延长，生物反应器中的污泥浓度远高于传统活性污泥法，因而MBR通常在低的有机负荷条件下运行，反应器内营养物质相对缺乏，微生物处在内源呼吸阶段，污泥的产率低，因此剩余污泥的产生量很少。MBR工艺实现的水力停留时间和污泥停留时间的完全分离，大大提高了污泥停留时间，因此排除的剩余污泥浓度大，可不用进行污泥浓缩而直接进行脱水，大大节省了污泥处理的流程和费用。2.3、运行具有较高的灵活性和实用性传统生活污水的处理流程较长（格栅沉砂池初沉池曝气池二
11、沉池消毒池），占地面积大，出水水质不稳定，而且容易产生污泥膨胀现象。MBR工艺则具有流程简单（筛滤MBR），占地面积小，处理水质稳定，处理水量灵活的特点。MBR的处理水量可根据实际情况增减膜组件的数量即可实现水量的调整，非常简单方便。同时MBR工艺可以通过PLC控制实现全自动控制，提高污水处理的自动化水平。三、MBR工艺的应用实现中水利用最关键的一点就是要去除废水中的各种杂质或者污染物，使净化后的水满足各种工业或者生活用水的水质要求。各种工业和生活废水中的污染物非常复杂，传统的水处理方法，包括生物处理、混凝沉淀、澄清、气浮、砂滤和吸附等，往往不能高效去除这些污染物，达到将废水变成满足利用的中水
12、要求。MBR工艺借助膜的微孔特性，不仅可以将废水中的悬浮固体和污泥等不溶性固体完全截留在生物反应器内，同时可以将废水中的游离微生物及大分子有机物有效截留。在膜表面沉积形成的生物凝胶层，不仅能截留大分子物质而且还能截留比膜孔径小的细菌和病菌，因此处理出水中的悬浮固体和浊度趋近于零、大肠杆菌数少，可以直接回用于非接触性的场合，满足中水利用的要求，有利于废水的资源化。目前制造和生产商品化MBR的国际公司主要有加拿大的Zenon公司、日本的Mitsubishi Rayon公司、法国的Orelis公司等公司，国内主要有天津清华德人环境工程有限公司、上海荏原成套工程有限公司和深圳市金达莱环保股份有限公司生产和销售成套MBR用于污水处理和中水回用。参考文献1沈耀良，王宝贞.废水生物处理新技术理论与应用.北京：中国环境科学出版社，2006。2张军，王宝贞、王立秋.复合淹没式膜生物反应器脱氮除磷效能研究J.中国给水排水。3顾国维，何义亮.膜生物反应器在污水处理中的研究和应用.北京：化学工业出版社。4桂萍，黄霞，钱易.三种型式膜生物反应器工艺运行特性研究.给水排水，1999,25。5许振良编著.膜法水处理技术.北京：化学工业出版社，2001。6郑详，刘俊新.膜生物反应器的技术经济分析.中国给水排水，2002，28。7张忠详，钱易主编.废水处理新技术.北京：清华大学出版社，2004。