引言
MembraneBio-Reactor（MBR）膜生物反应器，是一种将二级处理（生化处理）和三级处理（过滤处理）结合在一起的处理工艺。膜生物反应器技术起源于20世纪60年代的美国，刚开始时的应用受到膜生产技术的限制，伴随着膜技术的发展，20世纪70年代末期，MBR技术也得到了进一步的发展，并开始大规模应用于污水处理。如今，MBR的应用已经得到了广泛的认识和认同，并且在今后较长一段时间内，MBR技术的应用还将继续保持快速增长，这主要是得益于MBR与传统生物处理系统相比的两大*主要优势：显著改善出水品质，大大减少占地面积（这对于人口众多的中国来说，尤为重要）。而且近年来，由于膜处理成本的费用降低，越来越多的国家开始将MBR用于大楼、小区的污水处理，中水回用以及大规模的生活污水和各类工业废水的处理。
PuronMBR膜件的特点
MBR系统的核心是膜分离单元，即膜组件。膜组件的形式多种多样，有管式、板式、中空纤维式，在应用时也有浸没式和外置式之分，无论采用何种膜组件何种形式，其应用于MBR处理中所面临的问题是一致的，即如何提高膜的通量、减少膜的污染、提高曝气效率、降低曝气能耗，围绕着这些问题，MBR工艺从膜丝（膜片）的强度、膜件的设计、抗污染性、使用寿命、能耗等几个方面也有了很多的发展。
美国科氏滤膜系统公司（KochMembraneSystems，Inc.，简称KMS）的*新一代Puron中空纤维MBR膜件正是这样一种维护少、能耗低、寿命长的产品。KMS的Puron膜件的膜丝强度很强，它用的是带有加强筋的中空纤维膜丝，而且加强筋和膜材料很好的溶合在一起，极不易破损，克服了早期的膜丝容易断裂的毛病，延长了膜丝的使用寿命。PuronMBR膜件的设计上也不同于其他中空纤维MBR的设计，大部分中空纤维MBR膜件的设计都是两端固定式，即膜丝的上下或左右两端是固定的，膜丝的长度要长于两个端头之间的距离。而Puron膜件是一端固定式，即膜丝仅在底端固定，中空纤维膜丝的另一端可以像海藻一样在水里自由的摆动。这种革新的设计大大增强了膜件的抗污堵能力，污水中头发等纤维物质顺着水流的方向可以很轻易的通过膜件，而不会像其他两端固定的膜件那样缠绕在膜丝的上端，另外，这种设计也减少了因为两端固定带来的膜丝的机械拉伸，膜丝不易疲劳断裂。
Puron膜件的另一个显著优势是在膜丝中间曝气。Puron膜件的膜丝不是帘式布置的，而是集结成束的，每一束称为一个膜单元，在每一束膜单元的底部中间都有一个曝气头，低压的压缩空气通过这个曝气头，产生较大的气泡使得膜丝摆动，从而有效擦洗整根膜丝，污染物不易沉积在膜丝表面。另外，向上的空气流也带走了那些在膜单元底部堆积的淤泥。正是这种中间曝气的结构，减少了膜件的污堵和淤积，提高了曝气的效率，从而大大降低了曝气的能耗。
中空纤维MBR膜件是可以反洗的，这不同于平板膜MBR无法通过反洗来降低污堵。Puron膜件每隔一段时间会进行一次反洗，就是将一小部分产水反方向通过膜丝，反洗可以减少膜丝表面的污染，保持一定的通量。而且，在同样的占地面积下，Puron膜件的膜丝面积要比平板膜大得多，过滤的水量也因此要大。
MBR的应用
MBR工艺由膜过滤取代了传统生化处理中的二沉池和砂滤池，简化了处理工艺，提高了出水品质，不仅可以达标排放，也可以满足回用水的要求，而且该工艺剩余污泥量少，设备紧凑占地小，越来越多地应用于国内外的各类污水处理回用当中。尤其是对现有的污水处理厂升级改造、达标排放或回用时，MBR工艺更是有着非常明显的优势。
在市政污水回用中，有机物含量往往较高，当采用RO技术进行回用的时候，RO往往面临着有机物污染和生物污染等多种考验。虽然采用传统处理和后续三级超滤处理的方法，也可以降低部分有机物和微生物的影响。但这样的处理效果往往不如直接用MBR处理的效果。采用常规处理方法的出水的BOD一般在10～20ppm，继续采用UF处理后，可以进一步降低30％左右，出水BOD在6～15ppm左右。而采用MBR处理的出水，BOD通常在1～2ppm，而且处理过程简单，占地面积大大减少，同时也降低了后续RO处理时有机物污染风险的，另外，由于有机物是微生物的食物来源，降低了有机物的同时也降低了微生物的滋生，减少了生物污染。
PuronMBR膜件既可以用于市政污水处理，也可用于处理各类复杂的工业废水。市政污水处理相对比较容易，一般经过好氧生化处理后，再经PuronMBR处理，COD可降至30mg/l以下，BOD可降至5mg/l以下，去除率高达95％和99％。当然，针对不同的排水要求，生化处理的工艺也不尽相同。而工业废水如啤酒废水、食品加工废水、化工废水、垃圾渗滤液等的处理要复杂得多，生化处理的工艺也比较复杂，通常需要厌氧、缺氧、好氧的组合，如果有脱氮脱磷的要求时，工艺会更复杂。下面的几个案例就是PuronMBR在工业废水上的一些应用。
案例1：麦芽废水处理
澳大利亚的啤酒需求量非常大，因而麦芽的产量也很大，顺应这种需求，位于澳大利亚珀斯的JoeWhite麦芽厂2006年扩建成为南半球*大的麦芽厂之一。我们知道，在麦芽的生产过程中有大量的高有机物含量的废水产生，因而影响该厂扩建的一个关键因素就是能否将麦芽生产过程中产生的大量废水进行回收利用。这种废水较一般的生活污水要难处理的多，COD含量高达3500mg/l，BOD含量高达2000mg/l，悬浮物含量也在350mg/l。澳大利亚的一个工程公司承接了这个项目，采用Koch的MBR+RO工艺成功的解决了这个难题。该项目共采用了5个Puron-500型膜件和15支MegaMagnumRO膜，每天可回收水1410吨，其处理工艺和现场照片如下：
MBR和RO处理前后的水质如下表：
水质指标 |
原水 |
MBR出水 |
RO出水 |
MBR去除率 |
|
BOD (mg/L) |
2160 |
<5 |
0 |
99％ |
|
COD (mg/L) |
3886 |
150 |
< 10 |
96％ |
|
悬浮物TSS (mg/L) |
382 |
< 1 |
0 |
100％ |
|
总氮TN (mg/L) |
58.2 |
7 |
< 1 |
88％ |
|
总磷TP (mg/L) |
22.4 |
0.38 |
< 0.1 |
98％ |
深另外，在比利时也有一个麦芽厂成功地采用了PuronMBR膜件，解决了其产能翻番的问题。Sobelgra麦芽公司原有一个采用传统处理的污水厂，当公司的麦芽产能翻番时，这个污水处理厂完全不能满足要求，由于没有足够的空间，MBR处理成了唯一的选择。科氏公司提供了全套MBR处理方案，利用并改造了原有的生化池，提高了生化处理能力，而且膜池取代了沉淀池，出水品质也得到了提高，出水的COD仅在100mg/l左右，BOD<5mg/l，COD和BOD的去除率分别高达95％和99％。
“DeWierde”生态园是荷兰的一个专门用于处理家用和工业垃圾的填埋场。一般的垃圾渗滤液的含氮量很高，可高达2500mg/l，这样高的浓度如不进行处理，必将对环境造成影响，因此必须采用适当的处理措施将其降低，达到排放标准，荷兰的要求是NO3—＜40mg/l，NH4＋＜4mg/l。为此，2003年2月，渗滤液采用了一套MBR进行了处理，日处理量为480吨。2004年填埋场要扩建，处理量增加至860吨，为了满足这个处理量，填埋场又上了一套MBR系统，采用的是*新型的抗污染好的Puron膜件。经过一段时间的运行对比，运行人员发现新上的MBR系统无论从运行、维护还是能耗上都比原来那套系统有了大大的提高，于是在2005年，将全部系统都改成了PuronMBR系统。MBR处理前后的水质见下表：
水质指标 |
处理前 |
处理后 |
|
COD (mg/l) |
7100 |
1000 |
|
BOD (mg/l) |
~3000 |
< 5 |
|
总氮(mg/l) |
1300 |
< 70 |
|
NH4+ (mg/l) |
1200 |
< 1 |
|
总磷(mg/l) |
< 100 |
< 5 |
|
悬浮物(mg/l) |
< 200 |
0 |
结语
伴随着全球人口的急剧增加，各类废水的排放量也在显著增加，MBR技术的发展和应用在今后较长一段时间内仍将保持快速增长，尤其是在人口*多的中国。PuronMBR技术优势显而易见，其占地面积小，污泥浓度高，剩余污泥量少，而且膜丝强度高，出水品质好，脱氮除磷效果佳，抗污堵能力强，曝气能耗低，维护清洗简单，是节能减排的优势产品，是较难处理污水的*佳选择，也是污水处理厂升级改造的首选产品。另外，针对大型的污水处理系统，科氏公司开发出了大型的PSH1500型膜件和18英寸的反渗透膜件MegaMagnum。这种大型的MBR膜件占地面积不到4m2，较常规的500膜件，除了具有PSH500型膜件的优点外，还具有在同样的占地面积下有效膜面积更多，产水量更大的特点。MegaMagnum®RO膜件直径18"(457mm),长度61"(1.5m)，每支拥有2,850平方英尺以上的有效膜面积,相当于7支多常规1.0m长度400平方英尺膜面积的膜件。安装有MegaMagnum®的反渗透或纳滤系统可大幅度节省占地空间，大幅度减少管道连接和压力容器。
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