浅谈MBR工艺在污水处理中的应用和发展

夏静远

（华北科技学院，北京 101601）

MBR又称为生物反应器（Membrane Bio-Reactor），最早于1966年由美国的Dorr oliver公司将其用于废水处理研究。20世纪70年代，MBR工艺首次进入日本市场。20世纪90年代中后期，欧洲越来越多的国家将MBR工艺用于处理生活污水和工业废水。MBR工艺处理废水的出水水质优良且稳定。近些年来，国内很多地区也对该工艺进行了投入使用。2010年广州京溪污水处理厂—我国首个大型地下式MBR污水处理厂投入使用，2012年北京清河污水处理厂三期工程的建成，是我国首个达到15 万t/d处理级别的MBR工程。2013年建成的位于云南的昆明第十污水处理厂则是目前我国最大的全地下式MBR工程。可见我国对MBR工艺的投入使用正处在一个上升的阶段。但是随着大范围地投入使用，也暴露出一些类如能耗过高，废弃膜污染等问题。但是这并不代表MBR工艺不可取，MBR工艺仍有着它巨大的处理优势和应用价值。

1 MBR工艺

1.1 工艺介绍

MBR是膜生物反应器的英文缩写，是一种结合了膜分离技术和生物处理技术的新型水处理技术。通常分为分置式、一体式和复合式三种类型。分置式是指膜组件和生物反应器分开设置，生物反应器中的混合液由循环泵打至膜组件的过滤端，在压力的作用下使混合液中的液体透过膜，从而达到处理水的作用。一体式是指膜组件安置在生物反应器内，污水进入膜生物反应器后，水中的大部分污染物由混合液中的活性污泥所去除，再在出水泵的作用下使水从膜中透过，从而处理污水。复合式从形式上来说也属于一体式的范畴，但所不同的是在生物膜反应器内添加了填料，从而改变了膜反应器的某些性状。

1.2 工艺特点

由于膜生物反应器中的膜分离设备可以将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物截留，从而省去了工艺设备中的二沉池，并且由于膜的分离作用大大增强了生物反应器的功能，使活性污泥的浓度大大提高，从而基本解决了传统活性污泥法中存在的诸多问题。总的来说MBR工艺的优势主要体现在以下几点，首先出水水质是其最大的优点，也是该工艺受到推崇的主要原因。其次，MBR工艺由于省去了二沉池从而使整个工艺设备相对集中，占地面积小。MBR工艺中剩余污泥产量少，并且能够避免传统活性污泥法中的易于发生污泥膨胀的弊端，整个工艺设备的操作管理也较为方便。

1.3 工艺用膜

MBR工艺中所用的膜大体可以分为两类，一类为高分子有机膜，一类为无机膜。高分子有机膜由聚乙烯类，聚丙烯腈，聚烯烃类等组成。主要的优点在于成本相对较低，并且膜的制造工艺也相对成熟，应用较为广泛。存在的问题是在运行过程容易产生污染现象，并且高分子有机膜的强度较低，使用寿命也相对较短。无机膜是由金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、无机高分子材料等制成，优点在于其能耗较低且耐酸抗温，但不足在于其造价昂贵，膜的制作工艺也不是很成熟，从而导致无法大范围地投入使用。

2 MBR工艺的实际应用

随着2010年我国首座大型全地下式MBR—广州京溪污水处理厂投运，MBR工艺在我国的应用开始呈现上升的趋势。2012年北京清河污水处理厂三期工程的建成，是我国首个达到15 万t/d处理级别的MBR工程。2013年建成的位于云南的昆明第十污水处理厂则是目前我国最大的全地下式MBR工程。此外目前还有很多MBR工程还在建设之中。目前，在市政污水领域，仅大型 MBR的总规模就已达350 万t/d，占全国城镇污水处理总规模的2%以上。尤其在内蒙古自治区和新疆维吾尔自治区等水资源匮乏、生态系统脆弱的地区更是得到了大力的发展。

在工业废水领域，呼和浩特托克托工业园污水厂、神华宁煤化工基地污水处理厂、绍兴东方华强纺织印染厂中水工程等，都是MBR工艺在处理煤化工、精细化工、印染等行业中运用的典例。

3 MBR工艺在运用中所暴露的问题

随着近些年MBR工艺的广泛投入使用，也暴露出MBR工艺的一些问题。主要体现在MBR工艺的投资较大，能耗较高，膜的寿命问题以及膜的污染问题。这些问题给MBR工艺的运行和发展带来了不小的影响。

首先，由MBR工艺中最常用的两种膜的特性就能看出MBR工艺中所存在的主要矛盾，高分子有机膜虽制造工艺已经相对成熟，成本也较为低廉，但是其使用寿命短，造成的污染问题也不容小觑。无机膜虽强度较强，污染问题并不严重，但是其高额的成本限制了MBR工艺在众多领域的应用。我国市政污水处理应用MBR技术经济数据也显示，MBR投资成本为2 500～5 000 元/(m3/d)（含土建、膜系统和其他设备投资），均值为3 800 元/(m3/d)，远高于全国城镇污水处理厂的平均投资水平即2 200 元/(m3/d)。要想达到与MBR相同出水水质，CAS工艺仅需要增加三级过滤系统即可实现，即便如此，MBR投资依然比增加三级过滤系统后的CAS工艺高10%～30%。可见MBR工艺的造价问题一直是制约其发展的主要因素。

但是如果广泛使用造价低廉的高分子有机膜，那势必将造成严重的污染问题。虽然膜的清洗较以往已经有了技术层面的改善，但是这仍不能从根本上解决膜污染问题，并且如果为了滤通量而经常对膜进行清洗，那将会使膜的使用寿命大大缩短，既增加了成本，又产生了新的污染。

4 MBR工艺未来的研究方向

从运行中暴露的问题来看，MBR工艺仍不完善，还存在许多需要改进的地方。未来对MBR的研究方向主要可以分为以下几个方面。

首先，要积极需要寻找新型材料用于膜的制造、改良，或是改进膜的生产制造工艺，尽可能实现既环保又廉价的综合目标。其次，要优化MBR工艺的形式及其运行条件，在现有工艺组合的前提下尝试新型工艺组合，争取达到不同工艺间取长补短的效果。再有就是要接着发展膜清洗技术，争取在增加滤通量的前提下尽可能地减少对膜的损耗。努力培养和驯化适应MBR工艺的优良菌种。以节能高效、处理效果良好、运行稳定为目标研发新型的膜生物反应器。

5 结语

虽然MBR工艺暴露出了种种的问题，但是其优点和研究价值也同样是不可忽视的，MBR工艺在未来的发展仍有很长的一段路需要走，如果实现了MBR工艺的无害化和廉价化，那该项技术势必会引起水处理领域的又一飞跃式发展。