MBR工藝在住宅小區中水回用中應用分析

1、概述
由于“水危機”的困擾，越來越多的國家和地區積極在探索鞏固和加強節水意識，加強對城市廢水再生與回用研究。城市污水回用主要是把城市居民中的生活和生產中所使用過的水經過一
定的技術處理之后進行回用。目前，城市污水回用主要分為兩種，一種是把污水處理后達到可以飲用的程度，還有一種是把污水處理后達到非飲用的程度。就第一種而言，其投資成本高、工藝復雜，對于不是特別缺水地區使用面不廣。而真正將污水處理達到第二種情形的較多，即“中水”，就是把人們的生產或生活用過的優質雜排水（不含糞便和廚房排水）、雜排水（不含糞便污水）以及生活污水經集中再生處理后回用，廣泛被應用在地面清潔、城市綠化用水以及洗車等與人體不直接接觸的雜用水。MBR（即膜生物反應器）工藝綜合了膜分離技術與生物處理技術的特點，將二者有機結合起來，達到了污水處理的預期效果，MBR工藝處理小區污水的優勢主要表現在：經該工藝處理后的污水水質良好，出水較為穩定，能夠直接作為中水回用，此外，該工藝對于設備要求不高，占地面積少，易管理、設備安裝簡便、設施啟動快、處理后的污水沒有異味等，在目前污水處理方面廣受人們歡迎。因此，MBR工藝也被認為是“21世紀的水處理技術”。
2、MBR工藝原理
MBR工藝技術通過膜組件的截留功能，實現了污水的固態和液態相分離，把其中的污泥截留在反應器中，而液態水則通過膜組件實現外排。因此，就整個MBR工藝來說，其中的膜組件是MBR工藝中最關鍵的工藝組成成分，膜組件與傳統生物處理系統中的二沉池功能相當，能夠以某種形式組裝為單獨的基本單元系列。當前，使用較多的新型MBR技術中，最為核心的兩個組成部分主要是：一是將生物濾膜技術與微生物固定化的O/A生物濾池相結合，這一部分對于化學需氧量、生化需氧量以及懸浮物等等主要污染物具有很好的去除效果。目前，實際中固定化生物濾池中大多采用了納米改性聚氨酯多孔載體，這種多孔載體能夠在表面形成好氧功能，孔內厭氧的O/A復合模式，因此，當污水流經O/A復合生物濾池時，通過多次反復經過好氧- 厭氧的處理，實現了最佳的處理效果。二是采用生物濾膜作為出水的終端水質處理，傳統的MBR工藝中大多使用高分子濾膜，以取得最佳處理效果，但這種技術的費用較高，當前，使用了生物膜技術，逐漸替代傳統的高分子濾膜，降低了運行成本，利用生物膜的機械過濾和生物吸附，從而提高了污水的處理效果，出水中的殘留的少量有機物等污染物被去除，能夠保證達到中水回用的標準和效果。
MBR工藝所使用的是膜組件來替代傳統生物處理技術中的二沉池，這也是該工藝的最顯著的特點之一。原水在處理前先經過膜組件的生物降解，大分子物質被截留在膜組件環節，此外，在膜生物反應器內，固液混合液在膜組件兩側壓力差的作用下，反復經過厭氧、好氧處理后，一些不易被降解的大分子溶質和有機物被截留在膜生物反應器中，從而實現出水水質達標排放。 
3、膜生物反應器（MBR）的工藝種類

表1 膜生物反應器（MBR）根據不同分類標準劃分種類
3.1 分置式膜生物反應器（MBR）
分置式MBR膜組件，也即將生物反應器與膜組件進行分開放置，當污水流經生物反應器時，會在循環泵內的增壓下打至膜組件中實現過濾，混合液在外力作用下，透過濾膜，成為系統處理水，因此，分置式MBR中濾膜過水排放后，濃縮液回流至反應器內，因此，分置式MBR工藝也稱交叉流式MBR。分置式MBR工藝的優勢主要表現在：（1）經過實際的大量應用，在技術方面非常成熟，在污水處理的運行過程中十分穩定可靠；（2）分置式實現了膜組件與生物反應器的分開放置，因此，在后期膜組件清洗和更換方面更為便捷，易于管理。但分置式膜生物反應器也有其一定的劣勢所在，主要表現在分置式放置，產生較大的動力消耗，對水循環要求較高，保持反應器內有足夠量的污水處理以實現循環，因此，在后期的運行過程中所造成的運行成本費用較高。
3.2 一體式膜生物反應器（MBR）
一體式膜生物反應器最早是在1989年首次提出，最早提出的是日本學者Yamamoto。一體式MBR是把膜組件放入到生物反應中，在生物反應內利用抽吸泵的功率運行，達到過濾液的效
果。一體式MBR工藝的生物反應作用過程是：利用新型納米材料作為反應罐填料，孔隙內附著生長厭氧微生物，表面多為好氧微生物，經過膜反應器截留后，難降解物質將被截留在填料內部，在厭氧條件下水解酸化、流出，被好氧菌分解，經過一段時間沉淀后，好氧菌死亡后釋放出生命物質又回被厭氧菌分解成可以繼續利用的有機物，在實際應用方面大大減少了污泥量的產生。在一體式MBR中，生物膜的作用過程主要是：在空隙內附著生長微生物，處理的污水全部流經生物膜，攜帶的污染物被生物膜吸附和截留，被生物膜吸附、截留的污染物，最終會被微生物降解，從而降低了膜污染程度，也延長了膜生物反應器的使用壽命。與分置式相比，一體式生物反應器最大特點是運行能耗低，設備簡單、占地空間小、整體性強等，僅需要地面夯實，直接放置一體化處理裝置即可。后期的運行維護方面，一體化MBR在正常情況下自動運行，無需專人職守，若需要除磷要求，需人工調配除磷藥劑，一般是運行3~6個月左右從生物罐底部排水閥快速放水。但容易造成污染，膜污染后不容易清洗和更換。而且不能連續出水，運行的穩定性較差。
3.3 復合式膜生物反應器
復合式MBR是在生物反應器中添加了部分填料，改變了一體式MBR的部分性狀，形成了一種復合式MBR，因此，嚴格來說，也屬于一體式MBR。
4、用于中水回用的優勢和不足分析
4.1 優勢
MBR工藝在中水回用中的應用，對水質提出了相應的要求，一方面，經過處理之后，既要保證出水的水質達標排放，也要保證出水在視覺或者嗅覺方面不會讓人產生不快，而MBR工藝兼具了生物反應器工藝和膜分離工藝的特點于一體，易于管理，能夠保證經處理后的水質優良，可以實現直接回用，占地的面積較小，出水穩定，工藝處理性能受到水質以及水量的波動影響較小，不會產生二次污染，在城區以及人口聚居區非常實用，這一優勢更加明顯。
4.2 不足
膜生物反應器工藝在城市污水處理中也存在一些不足，主要表現在：膜組件的造價較高，一直成為制約該工藝推廣的主要制約因素之一，膜組件成本使得工程投資成本增加了三成至五成；此外，泥水分離的驅動需要較大壓力，以及高強度的曝氣等等，為了減輕膜污染需要增大流速，這些都導致了運行中能耗高，增加運行成本。膜組件在運行中損耗較大，一般使用壽命在5年左右就需要更換一次，日常的膜組件清洗也較為繁瑣。
5、膜生物反應器在中水回用中的實際應用分析
城市小區污水主要表現在污染物濃度低，可生化性好等顯著特點，因此，MBR中水處理工藝（如圖1）在現實中得到了廣泛的應用。以保定市污水處理能力為16×104t/d為例計算，采用膜生物反應器工藝每年可取得直接經濟效益約4000萬元；以河南某大學園區2000m3/d為例計算，采用膜生物反應器工藝后，最后的廢水處理運行的總成本約為0.55元/m3；以南京市某冶金設備有限公司辦公區與生活區生活污水排放量24m3/d計算，每年可節省水費9250元，不考慮價格因素的話，該項工程的投資成本在6~7年內便可收回。

圖1 MBR 中水處理工藝流程
目前，中水回用能夠有效緩解水資源匱乏。MBR作為一種新型高效的污水處理與回用工藝，在水資源短缺，水體污染日益嚴重，環境意識不斷增強的情況下蘊藏著巨大的生機。在社區、賓館、旅游區等地具有很好的應用前景。