MBR技术在中水回用系统建设的应用
1 概述
膜生物反应器[1]（Membrane Biological Reactor，简称MBR）技术，是膜分离技术与生物技术有机结合的新型水处理技术。它通过膜的分离技术，大大强化了生物反应器的功能，具有设计操作简单、出水水质良好、占地较小等诸多优点，尤其适用于城市高层建筑和住宅小区生活污水的再生利用。
1.1 MBR工艺作用机理
膜生物反应器是利用膜组件进行固液分离，将截流的污泥回流至生物反应器中，透过水外排。膜组件是MBR中最主要的部分，它是把膜以某种形式组装成一个基本单元，相当于传统生物处理系统中的二沉池[2]。在膜组件中，活性微生物与污水充分接触，不断氧化污水中的那部分能被其降解的有机物，而不能被微生物降解的有机物和无机物及活性污泥、悬浮物、各类胶体、大部分细菌则被截留，从而实现对污水处理净化的目的[3]。
1.2膜生物反应器的特点及应用现状
1.2.1 MBR工艺特点
MBR（膜生物反应器技术）是膜分离技术和污水生物处理技术有机结合的产物，该技术的特点是以超、微滤膜分离过程取代传统活性污泥处理过程中的泥水重力沉降分离过程，由于采用膜分离，因此可以保持很高的生物相浓度和非常优异的出水效果。可有效去除水中的有机物与氨氮等污染物质，与其他生物处理技术相比具有以下特点[4]：
（1）占地面积小，约为传统工艺占地的1/2~1/3；
（2）高生物负荷率，可达2~5KgCOD/（m3•d）；
（3）低污泥产率，为常规方法的10~30%；
（4）系统不受污泥膨胀的影响；
（5）出水水质良好稳定；
（6）抗冲击负荷能力强，可适应2~3倍的水质、水量变化；
（7）自动化程度高，运行管理简便；
（8）模块化，易于扩建。它用膜分离取代传统活性污泥处理工艺中的二沉池，而达到强化污水净化效果的目的。
1.2.2 MBR工艺应用现状
国际上于20世纪90年代初期开始进入了实际应用阶段，用于去除悬浮物，COD，BOD，TP，TN及细菌，现在膜生物反应器（MBR）工艺技术在单座污水处理厂的最大日处理量能达到10 000 m3/d的水平[5]。我国MBR的研究还不到十年，但进展十分迅速。国内对MBR的研究大致可分为几个方面，现在主要处于扩大MBR的应用范围的阶段，MBR的研究对象从生活污水扩展到高浓度有机废水（食品废水、啤酒废水）与难降解工业废水（石化污水、印染废水等），但以生活污水的处理为主[6][7]。
2 MBR工艺在中水处理中的应用
2.1 MBR工程应用
MBR工艺处理污水，去除率高、处理效果稳定且操作方便、占地面积小，能较好的应用于居民住宅区等建筑密度较大的地区，目前国内已有一些成功的案例可供参考。图1为某小区中水处理MBR工艺图[8]。
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图1 某小区中水处理MBR工艺流程
该工艺的运行周期内，运行情况良好[8]，出水水质可达到城市污水再生利用城市杂用水水质标准(GB/T18920-2002)的要求。
膜分离生物反应器按照膜组件的放置方式[9]可分为分体式（分置式）和一体式（浸没式）膜生物反应器（Submerged MembraneBioreactor）。
2.1.1 分体式生物反应器
分体式生物反应器把生物反应器与膜组件分开放置，生物反应器的混合液经泵增压后进入膜组件，在压力作用下混合液中的液体透过膜得到系统出水，活性污泥则被截留，并随浓缩液回流到生物反应器内。
2.1.2 一体式生物反应器
一体式系统则直接将膜组件置于反应器内，通过泵的抽吸得到过滤液，膜表面清洗所需的交错流由空气搅动产生，曝气器设置在膜的正下方，混合液随气流向上流动，在膜表面产生剪切力，以减少膜的污染。一体式膜生物反应器可集沉淀过滤曝气膜滤于一体，便于管理，优于分体式膜生物反应器，在工程上应用较多。
膜生物反应器利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子物质截留住，活性污泥浓度因此大大提高，水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）可以分别控制，而难降解的物质在反应器中不断反应，有效降解有机物，孔隙率不大于0.08μm级膜将净水与杂质彻底分离，出水中SS值趋于零。绝大部分的细菌、微生物、热源、病毒随同它的载体一道被截留在污水中，后续消毒手段可作为杀菌的双重保险，避免了传统工艺可能会出现的水质不合格的问题，出水水质完全得到保证。
膜生物反应器的前处理与后处理极其简单，占地小，可程控化管理。MBR反应器中的有机物在MBR池内被自身分解氧化，基本不产生剩余污泥，极少需要排泥，不产生二次污染，仅需利用简单的PLC技术对水位进行自动控制、膜污染报警及开启相应反洗设施即可程控化管理[10]。因此，一体式膜生物反应器工艺通过膜在中水处理工艺中得到广泛的应用。
2.2 技术经济可行性
在目前常见的几种中水回用处理工艺中，MBR工艺的投资较大。但从长远角度上来讲，该工艺不仅能保证稳定和高质的出水，也能可以慢慢收回成本。当生物膜的研究到达新的阶段，MBR将有可能成为应用最广泛的污水处理技术。
某高校生活区，采用MBR工艺中水回用，其处理综合成本约为1 元/t[11]。按目前中水水源数量和自来水市场水价（2.46 元/t）、全年280天，可得每年中水处理量为4.2 万t，每年减少水费10.3 万元。而水处理综合成本为4.2 万元/年，每年可节约6.1 万元。在目前学生规模状况下，建设中水回用系统，将中水应用于冲厕、绿化浇水等用途，每年可节约6.1 万元，经济效益明显。从社会角度分析，中水的使用减少了优质水源的消耗，缓解了地区供水不足的矛盾，具有显著的社会效益。
3 MBR工艺尚需解决的问题
MBR在显示出许多传统工艺无法比拟的优点时，也暴露出一些尚需改进的地方，这是研究人员关注的焦点。
（1）膜制造技术需要进步，膜质量有待提高和膜制造成本需要降低，MBR的投资也会随之降低。
（2）膜受到污染而导致膜通量的降低，如何减缓膜污染进程从而维持膜通量是应用膜工艺时所面临的一大挑战。
（3）虽然较高的污泥浓度能有效减小MBR的体积，但过高的污泥浓度对于MBR正常运行是不利的，在运行MBR时应控制适当的污泥浓度。
4 结语
综上所述，MBR工艺作为一种新型的中水回用技术，具有运行管理简单，出水水质可达到城市杂用水水质标准的要求[12]，以及占地面积小等优点，今后将随着国内膜制造技术的提高以及各种新型MBR工艺的开发，其经济成本和运行费将进一步降低。因此可以预见，MBR在中国未来的中水回用领域，将会进一步推广并得到广泛的应用。
参考文献
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[4]高明远.建筑中水工程[M].北京:中国建筑工业出版社,1992.
[5]李红兵,顾国维,谢维民.中空纤维膜生物反应器处理生活污水的特性[J].环境科学,1999,20(2):53～56.
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[10]刘慧,李方.校园中水回用工艺初探[J].节能环保,2008(6):51～52.
[11]李军.中水回用技术应用于高校园区建设的可行性研究[J].温州大学学报,2004, 2(17): 36～39.
[12]张自杰,张忠祥.环境工程手册—水污染防治卷.北京:高等教育出版社,1996.
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