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(lái)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(chǎn)中所使用過(guò)的水經(jīng)過(guò)一
定的技術(shù)處理之后進(jìn)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*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(chǎn)或生活用過(guò)的雜排水（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(jīng)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(chē)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(shù)與生物處理技術(shù)的特點(diǎn)，將二者有機結合起來(lái)，達到了污水處理的預期效果，MBR工藝處理小區污水的優(yōu)勢主要表現在：經(jīng)該工藝處理后的污水水質(zhì)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(jiǎn)便、設施啟動(dòng)快、處理后的污水沒(méi)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(shù)”。
2、MBR工藝原理
MBR工藝技術(shù)通過(guò)膜組件的截留功能，實(shí)現了污水的固態(tài)和液態(tài)相分離，把其中的污泥截留在反應器中，而液態(tài)水則通過(guò)膜組件實(shí)現外排。因此，就整個(gè)MBR工藝來(lái)說(shuō)，其中的膜組件是MBR工藝中zui關(guān)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(shù)中，zui為核心的兩個(gè)組成部分主要是：一是將生物濾膜技術(shù)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(xué)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(shí)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(jīng)O/A復合生物濾池時(shí)，通過(guò)多次反復經(jīng)過(guò)好氧- 厭氧的處理，實(shí)現了*的處理效果。二是采用生物濾膜作為出水的終端水質(zhì)處理，傳統的MBR工藝中大多使用高分子濾膜，以取得*處理效果，但這種技術(shù)的費用較高，當前，使用了生物膜技術(shù)，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(guò)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(lái)替代傳統生物處理技術(shù)中的二沉池，這也是該工藝的zui顯著(zhù)的特點(diǎn)之一。原水在處理前先經(jīng)過(guò)膜組件的生物降解，大分子物質(zhì)被截留在膜組件環(huán)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(jīng)過(guò)厭氧、好氧處理后，一些不易被降解的大分子溶質(zhì)和有機物被截留在膜生物反應器中，從而實(shí)現出水水質(zhì)達標排放。 
3、膜生物反應器（MBR）的工藝種類(lèi)

表1 膜生物反應器（MBR）根據不同分類(lèi)標準劃分種類(lèi)
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(jìn)行分開(kāi)放置，當污水流經(jīng)生物反應器時(shí)，會(huì )在循環(huán)泵內的增壓下打至膜組件中實(shí)現過(guò)濾，混合液在外力作用下，透過(guò)濾膜，成為系統處理水，因此，分置式MBR中濾膜過(guò)水排放后，濃縮液回流至反應器內，因此，分置式MBR工藝也稱(chēng)交叉流式MBR。分置式MBR工藝的優(yōu)勢主要表現在：（1）經(jīng)過(guò)實(shí)際的大量應用，在技術(shù)方面非常成熟，在污水處理的運行過(guò)程中十分穩定可靠；（2）分置式實(shí)現了膜組件與生物反應器的分開(kāi)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(chǎn)生較大的動(dòng)力消耗，對水循環(huán)要求較高，保持反應器內有足夠量的污水處理以實(shí)現循環(huán)，因此，在后期的運行過(guò)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zui早是在1989年提出，zui早提出的是日本學(xué)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(guò)濾液的效
果。一體式MBR工藝的生物反應作用過(guò)程是：利用新型納米材料作為反應罐填料，孔隙內附著(zhù)生長(cháng)厭氧微生物，表面多為好氧微生物，經(jīng)過(guò)膜反應器截留后，難降解物質(zhì)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(jīng)過(guò)一段時(shí)間沉淀后，好氧菌死亡后釋放出生命物質(zhì)又回被厭氧菌分解成可以繼續利用的有機物，在實(shí)際應用方面大大減少了污泥量的產(chǎn)生。在一體式MBR中，生物膜的作用過(guò)程主要是：在空隙內附著(zhù)生長(cháng)微生物，處理的污水全部流經(jīng)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，zui終會(huì )被微生物降解，從而降低了膜污染程度，也延長(cháng)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zui大特點(diǎn)是運行能耗低，設備簡(jiǎn)單、占地空間小、整體性強等，僅需要地面夯實(shí)，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(dòng)運行，無(wú)需專(zhuān)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(gè)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(lái)說(shuō)，也屬于一體式MBR。
4、用于中水回用的優(yōu)勢和不足分析
4.1 優(yōu)勢
MBR工藝在中水回用中的應用，對水質(zhì)提出了相應的要求，一方面，經(jīng)過(guò)處理之后，既要保證出水的水質(zhì)達標排放，也要保證出水在視覺(jué)或者嗅覺(jué)方面不會(huì )讓人產(chǎn)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(diǎn)于一體，易于管理，能夠保證經(jīng)處理后的水質(zhì)優(yōu)良，可以實(shí)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(zhì)以及水量的波動(dòng)影響較小，不會(huì )產(chǎn)生二次污染，在城區以及人口聚居區非常實(shí)用，這一優(yōu)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(jià)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(dòng)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(shí)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(zhù)特點(diǎn)，因此，MBR中水處理工藝（如圖1）在現實(shí)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(jīng)濟效益約4000萬(wàn)元；以河南某大學(xué)園區2000m3/d為例計算，采用膜生物反應器工藝后，zui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(jià)格因素的話(huà)，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(huán)境意識不斷增強的情況下蘊藏著(zhù)巨大的生機。在社區、賓館、旅游區等地具有很好的應用前景。