未来污水处理工艺发展的若干方向

2.4生物膜技术

无论从人类的伤口感染、中耳炎，还是食品的变质、输水管道内壁的微生物的附着，生物膜存在于人类生活的方方面面，其在污水处理方面的应用历史甚至比活性污泥法还长，最为典型的便是早期滴滤池在欧美各地的应用。

虽然生物膜工艺在活性污泥法出现之后应用数量有所下降，但从来没有退出历史的舞台。随着对生物膜机理认识的愈加深入，尤其是在生物膜形成机理及结构稳定性方面的认识促使一些新型生物膜技术得到了发展，这一具有悠久历史的技术正重新焕发出新的光芒。

2.4.1、MBBR/IFAS

作为生物膜技术的典型代表，MBBR/IFAS工艺在全球有超过1200座污水处理厂［45］的应用，在未来这种技术将得到更为广泛的应用，其应用的场合不仅限于有机物去除及硝化的目的，还可用于反硝化以及厌氧氨氧化。

MBBR/IFAS工艺在未来的发展将在理解生物膜机理方面不断深入，尤其是在生物膜模型方面，目前广为接受的模型是一维模型，但实际上简单的一维模型可能很难真实反映客观世界，特别是有关生物膜水动力学方面的特征。生物膜模型的应用已经成为设计人员研究与应用的一个重要工具。

另外，在某种程度上，MBBR工艺与好氧颗粒污泥有着类似之处，EPS对生物膜结构的稳定性方面扮演着重要的角色，这与其对好氧颗粒污泥的作用相似。实际上，在微生物研究者的角度来看，好氧颗粒污泥也是一种生物膜技术。而在工程应用者的角度来看，两者是不同的技术。

2.4.2、MABR

在传统活性污泥工艺中，40%~60%的能耗用于曝气，但是鼓风曝气只能将5%~25%的氧转移到水中，剩余的会以气泡的形式逸出进入大气。相反，如果能将100%的氧转移到水中，鼓风曝气的能耗将降低75%～95%。因此，围绕如何有效地利用氧降低能耗始终是污水处理技术研究的一个重要内容。

近些年来，在曝气利用效率方面一项颇具发展潜力的生物膜技术是MABR（即膜曝气生物膜反应器）引起业内的广为关注，并被众多研究者广为看好。MABR的主要原理是采用空气在膜丝中进入，生物膜附着于膜材料表面上（如图9所示），曝气的氧利用效率得到了极大的提高。传统微孔曝气技术的氧转移率通常为1～2kgO2/k-Wh，而MABR可以达到6kgO2/kW-h以上，节能效果非常显著。

MABR工艺的另外一个特点是基质扩散的相反梯度，如图10所示。在传统的生物膜工艺中，BOD、NH3-N、DO的浓度随着由液相向生物膜的扩散过程中而浓度逐渐降低，这种情对于硝化是不利的，需要有足够的DO能够穿透进入生物膜内部，而这样对生物膜外层的异养菌反硝化又是不利的。

在MABR工艺中，BOD与DO在生物膜内的变化情况正好相反，BOD从液相扩散进入到生物膜后逐渐降低，而DO从靠近膜的方向向着液相的方向逐渐降低，这样对于硝化和反硝化都有利，这样MABR工艺在脱氮方面有着独特的技术优势。

在具体应用上，MABR工艺可以单独使用，或是与传统活性污泥工艺相结合，在曝气池的前部设置厌氧区用于生物除磷，在中部位置放置MABR单元，其余部分仍然采用微孔曝气的活性污泥工艺（如图11所示），这样悬浮污泥可以利用进水中的碳源实现反硝化，而附着于MABR膜上的生物膜完成硝化过程，从而有效地避免了有机物与硝化对DO的竞争问题，这样的工艺设置不仅节能还能大幅度降低池容。

美国芝加哥的O′Brien再生水厂进行了相关MABR技术的中试，试验的规模是1900m3/d，节能效果达到了30%。MABR工艺在未来的发展需要解决生物膜生长与基质及DO扩散方面的问题，同时在应用规模上不断扩大。

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