膜生物反应器在水处理中的应用与发展

摘 要：水资源是我国的民生资源，不过由于人们观念上的不重视，水资源得不到充分的利用，同时人们在生产生活中也不能够很好地处理水资源。文章研究了膜生物反应器在水处理中的应用，以及膜生物反应器技术的原理和特点，同时通过对膜生物反应器的现状和研究热点进行研究，探讨其发展趋势。

关键词：膜生物反应器；膜组件；膜污染；废水处理

前言

随着我国环保事业的发展和对污水处理的高度重视，传统的生物处理方法已难以满足日益严格的排放要求。膜生物反应器是膜分离技术与生物处理的高效结合，其具有占地面积小、处理效果好、剩余污泥产量低的特点，在近年来被广泛推广，尤其适用于小水量的污水处理和再生。1954年国外开始研究膜生物反应器技术，这种技术从发现到发展经历了很短的时间，随着这种技术的发展，目前出现了很多种类的膜生物反应器。膜生物反应器作为一种新型的水处理技术，被大众所理解和接受，越来越多的学者将该技术进行推广和发展，促进了膜生物反应技术在水处理领域的发展和应用。

1 膜生物反应器的原理及分类

1.1 膜生物反应器的原理

膜生物反应器主要是结合了膜处理技术和高效的生物反应器处理技术；其中，生物反应器通過一定的条件可以使得微生物获得污水中的有用物质，从而进行一系列的产生和生长，经过一段时间的累积，微生物会逐渐形成一个体系，这个体系又叫做微生物链，从而促进有机污染物进行科学的降解，降解之后膜会将污染物和微生物进行分离，达到净化水的作用。膜作为一种有机的分离材料能够增加反应器中的活性污泥浓度，在一定程度上也能够提高污水的处理效率和出水水质，应用膜生物反应器能够有效的降低运行能耗，提高了产量。

1.2 膜生物反应器的分类

膜生物反应器技术的两大要素分别为生物反应器和生物膜。生物反应器的主要作用是进行污染物的降解，而生物膜是一种并不固定的装置，在实际的水处理中我们往往会根据水处理的具体类型而选择具有不同作用的膜，不同的反应器和膜的组成是区分各种膜生物反应器的主要因素。目前开发出来的膜生物反应器可分为三类：（1）膜分离生物反应器，用于污水处理中的固液分离；（2）膜曝气生物反应器，用于气体传递，通常为好氧工艺，可实现生物反应器的无泡曝气，可对有害物质较多的高浓度废水进行处理；（3）萃取膜生物反应器，用于污染物的萃取和生物降解处理。应用最为广泛的膜生物反应器是膜分离生物反应器，这也是大众所熟知的膜生物反应器技术。膜生物反应器还会根据两种主要元素的组合方式来进行划分，主要包括：一体式膜生物反应器、分离式膜生物反应器和隔离式膜生物反应器等。另外，根据膜生物反应器中各种微生物需氧量的不同也可以将膜生物反应器划分为好氧膜生物反应器和厌氧膜生物反应器等。

2 膜生物反应器在水处理中的应用现状及研究热点

2.1 应用现状

通过研究我们发现，国外的膜生物反应器技术发展速度较快，他们已近开始实际的使用这项技术应用于污染废水的大量处理，同时由于应用的增多技术提高较快，国外甚至用这项技术来处理饮用水。

结合现有的应用水平我们可以发现，国外的膜生物反应器应用已经取得了不少的成绩，同时在不同的领域中效果也不同，主要包括生活废水处理和工业废水处理等。20世纪70年代美国就有部分的水处理公司就开始建立工业化或者是商用的膜生物反应器，刚开始使用时膜生物反应器的每天处理量不超过20吨。20世纪80年代法国开始进行水处理膜反应器的研究，同时建立了著名的建筑物生活水循环系统；20世纪90年代英国开始在建筑物内安装膜生物反应器；21世纪法国利用先进的膜生物反应器技术来处理饮用水和被各种杀虫剂污染的情况较为严重的生活用水，处理中发现这种技术能够保证优良的出水水质，而且能够达到饮用水标准。中国在膜生物反应器方面的发展还不是很先进，研究的资料也相对较少，不过我们已经逐渐地认识到膜生物反应器的重要作用，开始进行一系列的研究。目前，国内学者已经将膜生物反应器应用于各种废水的处理，处理对象主要包括焦化废水、炼油废水、橡胶合成废水以及印染废水等。而应用的方式主要为：利用膜生物反应器对生化处理后的出水进行深度处理，经过膜生物处理后的出水可直接进入超滤、纳滤或反渗透处理系统后进行中水回用，甚至可进一步经过杀菌或消毒，制备饮用水。由此可见，膜生物反应器技术在目前水资源越来越匮乏的情况下，是一种极为优越和有效的废水回用技术。

2.2 研究热点

膜生物反应器目前研究的关注点集中在膜组件的材料和结构、膜污染等。膜生物反应器一般采用浸没式膜组件，而应用最为广泛的则是浸没式中空纤维膜组件和浸没式板式膜组件。中空纤维膜组件目前主要有帘式膜组件、U型帘式膜组件、海藻式膜组件等。

制约膜生物反应器在水处理中应用的原因为目前大部分膜生物反应器均存在运行一段时间后膜通量下降的问题，而造成该问题的原因是污水中的活性污泥、分解或半分解废水中的油脂类成分以及微生物分泌的糖类物质在膜上吸附，在膜表面形成污染层，从而导致膜生物反应器效果下降。对此，目前主要采用物理清洗和化学清洗两种方式，化学清洗的方法是通过向生物反应器内加入能够溶解膜污染物的化学药品，但其可能会造成二次污染；物理清洗则是以机械方法从膜表面脱除污染物，常用的为水清洗或水气清洗，主要通过水或气体高速通过膜表面形成剪切力将沉积物冲刷下来。目前，由于物理清洗不存在二次污染而得到广泛应用。

3 膜生物反应器在水处理中应用的发展趋势

通过研究我们发现，膜生物反应器技术集合了膜处理技术和生物反应器的所有的优点，能够低成本高效地进行水处理，只需简单方便的设备条件，在水处理中具有巨大的发展前景。在今后的发展过程中，我们应该关注以下几方面：进行工艺的改良和优化；通过对膜材料和结构的改进提高膜分离的效果、降低运行成本；此外，还应优化膜清洗方法，减少化学清洗的二次污染，研发出不造成二次污染的化学药剂，同时改进目前广泛使用的物理清洗方法，提高清洗效率、降低清洗水的使用量。

4 结束语

膜生物反应器技术已经实现了飞速的发展，它具有高效、节能、环保的重要作用，是新时代进行水处理的重要技术。我国要继续进行研究，同时参考国外的发展模式，进行膜生物反应器的经验借鉴，将膜生物反应器应用于更多类型的污水的处理，尤其是在废水回用方面，通过技术的革新促进膜生物反应器在我国的发展，缓解我国水资源紧缺区域的困境。

参考文献

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[2]邢传宏，无机膜-生物反应器处理生活污水试验研究[J].环境科学，2011，18（3）.

[3]李红兵.中空纤维膜生物反应器处理生活污水的特性[J].环境科学，2015，20（2）.

作者简介：林珊（1986，8-），广东惠州人，硕士，研究方向：环境规划与管理。