青海大美煤业股份有限公司
摘要：膜生物反应器作为一种污水处理新技术，其研究和应用在我国受到了广泛关注。本文主要综述了在MBR新工艺、膜污染及其控制技术和污水处理类别等方面的研究进展，总结了MBR在污水再生利用中的应用概况,指出了未来MBR技术研究的挑战和工业应用的发展方向。
关键词：膜生物反应器；研究进展；应用现状
1.膜生物反应器的组成与分类
膜生物反应器是将膜分离过程与生物反应器组合使用的各类水处理工艺的总称。根据使用的膜种类及其在系统中所起作用的不同，一般可将其分为三大类：膜曝气生物反应器；萃取膜生物反应器；膜分离生物反应器。
（1）膜曝气生物反应器：无泡曝气MBR所用的膜是一种透气性膜、传质阻力很小，可以在高气压下运行。空气或O2在膜腔内流动的过程中，在浓差推动力的作用下，向膜外的活性污泥扩散。（2）萃取膜生物反应器：萃取膜生物反应器中，废水与活性污泥被膜隔离开来，废水在膜腔内流动，与进水槽和出水槽相连，利用膜使有毒工业废水中的有毒的、溶解性差的优先污染物从废水中萃取出来，然后专性菌对其进行单独的生化降解，废水与微生物不直接接触，从而使专性菌不受废水中离子强度和pH值的影响，生物反应器的功能得到优化；（3）膜分离生物反应器：膜分离生物反应器是目前研究最为广泛的一类膜生物反应器，按照是否需要氧气，可分为好氧膜生物反应器和厌氧膜生物反应器两类。膜组件中的膜根据膜材料化学组成的不同可分为有机膜和无机膜，根据膜孔径大小的不同可分为微滤膜和超滤膜，按膜形状的不同可分为平板膜、管式膜和中空纤维膜，根据泵与膜组件的相对位置的不同分为加压泵和吸压泵两类。
2.膜生物反应器的特点
与其它污水处理工艺相比，膜生物反应器具有以下特点：
(1)出水水质好。用超微滤膜组件取代二次沉淀池，能够进行高效的固液分离，可以使生物反应器获得比普通活性污泥法更高的生物浓度，提高了生物降解能力，处理效果好，出水悬浮物和浊度接近于零，可达到回用水标准，实现了污水资源化。
(2)工艺参数易于控制。膜的高效截流作用使微生物完全截留在反应器内，实现了反应器水力停留时间和污泥龄的完全分离，使运行控制更加灵活稳定。控制较长的SRT，使世代时间较长的硝化菌得以富集，提高硝化效果；同时膜分离也使废水中那些大分子、颗粒状难降解的成分在有限体积的生物反应器中有足够的停留时间，从而达到较高去除率。
(3)容积负荷高、结构紧凑、占地面积小。膜生物反应器的容积负荷一般为1.2~3.2kgCOD/(m3.d)，甚至高达20kgCOD/(m3.d)，因此自身所需占地面积相比传统工艺大大减小。从整个处理系统来看，膜生物反应器工艺无需初沉池和二沉池，一流程简单，结构紧凑，系统占地面积小。
3膜生物反应器的国内研究进展与应用现状
我国膜分离技术的开发是从1958年研究离子交换膜开始的。我国政府对膜分离技术的研究和开发工作十分重视，自“六五”以来，己连续四个五年计划都把膜分离技术作为重点项口进行支持，并先后资助成立了国家液体分离膜工程技术研究中心和膜技术国家工程研究中心。我国在2000年将膜材料和膜产业列为国家重点支持的22项化工产业之一。目前全国己有膜科学与技术的研究开发单位上百个。形成了基本配套的几千人的研究和技术开发队伍。我国膜工业企业有数百家。但是分离膜品种少，性能较低，规格不全。一些高性能的分离膜还需要进口。
中国科学院生态环境研究中心，自1993年开始膜生物反应器的研究工作。目前，国内较活跃的膜生物反应器废水处理研究机构有中科院、清华大学、同济大学、哈尔滨工业大学、华东理工大学等单位。研究集中于膜工艺的开发和膜污染的防治等内容。1993年华东理工大学环境工程研究所进行了分离式陶瓷膜MBR处理人工合成污水和制药废水的可行性研究；1995年，樊耀波将MBR用于石油化工污水净化的研究；王连军用无机膜生物反应器处理啤酒废水；何义亮采用膜厌氧生物反应器处理高浓度食品废水：当COD负荷低于2kg/(m3.d)时，膜出水COD去除率在90%以上；桂萍用MBR处理喹啉、EDTA、聚乙二醇三种难降解有机物，发现MBR对COD去除率、难降解有机物去除率、抗冲击负荷能力都高于活性污泥法；吴志超采用MBR与常规生物工艺处理巴西基酸生产废水的对比研究也表明：MBR产泥量少，污泥活性高，能提高大分子难降解有机物的去除率。
郑祥对膜生物反应器的的运行条件和膜污染控制的研究表明：膜污染是造成膜生物反应器的能耗较高的主要原因：采用恒通量操作方式，在运行初期控制通量有利于膜污染的控制：定期反冲洗是保证膜通量恒定，维持膜长期稳定运行的有效措施。桂萍就膜操作条件对膜污染和膜运行费用的影响设计了全面的正交试验。通过试验发现膜通量是影响膜污染最关键的因素，并且存在悬浮污泥在膜面不产生明显附着的临界膜通量。该临界膜通量由污泥浓度与曝气强度共同决定。膜在临界膜通量以下运行时，膜污染主要由溶解性有机物控制，而在临界膜通量以上时，膜污染则主要由悬浮污泥的沉积控制。综合考虑经济性的影响，膜通量以控制在临界膜通量为最经济。刘锐考察了一体式膜生物反应器长期稳定运行过程中的膜污染情况，探讨了造成膜污染的原因和膜污染的控制方法。其研究结果表明，膜内表面微生物的滋生和膜外表面污泥层的附着是造成其试验条件下膜污染的重要因素。采用2%~5%的次氯酸钠溶液进行在线药洗可以有效地去除膜内表面滋生的微生物，使膜过滤压差下降7.7~52Kpa停止进出水，加大曝气量进行空曝气是去除膜外表面附着污泥层的重要手段，可以使膜过滤压差下降3.8~10.8Kpa。为了使MLSS产生的膜污染最小化和保证稳定而优质的出水，必须使膜生物反应器内污泥浓度不能太高和太低，为此研究了复合式膜生物反应器工艺，通过在反应器内加入填料使微生物在滤料上附着生长，从而降低了混合液中悬浮污泥浓度，又保证了反应器中高的总生物量。
现在我国的污水处理厂已经建立起了MBR处理回用工艺。例如北京市北小河污水处理厂5万m3/d的改扩建工程就是采用高效的MBR处理工艺，做为城市杂用水，为流域内的亚运村、大电开发区等2375公顷的绿地提供浇洒用水。
4膜生物反应器的研究展望
膜生物反应器处理工艺还没有成文的设计规范及与之相关的一套较合理的设计参数。操作参数及运行条件也有待进一步确定与研究。这些都是MBR投入实际应用的关键环节。MBR的动力学研究方面还需要深入与加强，包括数学模型的研究。膜污染问题始终没有得到根木解决，预防和消除膜污染还要继续寻找新的突破口。膜生物反应器中剩余污泥的性质及其处理方法的研究与报道几乎没有，这一领域有待扩展。研究开发新的生物技术组合(或结构)与新的膜分离技术相结合，发展新型的膜生物反应器以便能克服或削弱MBR在应用中的一些问题，也是未来膜生物反应器的发展方向之一。
参考文献
[1]黄霞,曹斌,文湘华,魏春海.膜-生物反应器在我国的研究与应用新进展[J].环境科学学报,2008,03:416-432.
[2]李志东,李娜,张洪林.膜生物反应器(MBR)处理废水的研究进展[J].净水技术,2007,01:18-22.
[3]黄霞,桂萍,范晓军,汪诚文,钱易.膜生物反应器废水处理工艺的研究进展[J].环境科学研究,1998,01:42-46.