生物膜-膜生物反应器废水处理技术进展

北极星环保网讯:近年来，废水的处理技术日渐成熟，生物膜法具有运行稳定、较强的抗冲击负荷能力、更为经济节能、无污泥膨胀问题、还有一定的硝化反硝化功能等优点，广泛的运用于生活污水和某些工业废水的处理。近几十年，膜生物反应器(MBR)在废水处理领域受到广泛的重视，随着膜材料和制膜技术的发展，其应用领域也不断的扩大，已经涉及到化工、电子、轻工、纺织、冶金、食品、石油化工等领域[1]，但是膜污染问题是限制其广泛应用的主要瓶颈。生物膜-膜生物反应器是一种将生物膜法和膜分离技术相结合的一种新型高效的废(污)水处理工艺，该类反应器减少了MBR中悬浮生长微生物，在一定程度上减缓膜的污染;反应器中填料的移动可对膜表面进行有效清洗，减轻了膜污染。

1生物膜-膜生物反应器的概念

1.1生物膜法

生物膜法是利用附着在填料或载体上生长、繁殖的细菌、原生动物、后生动物等微生物形成的生物膜处理废水。主要有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化、生物流化床等，目前已经广泛的应用在各个领域的废水处理中。

1.2膜生物反应器

膜生物反应器是膜技术和活性污泥法相结合的一种废水处理技术。在反应器中可以维持高的生物量，实现水力停留时间和污泥停留时间相分离以及产生的污泥量少，处理效率高，出水水质好，设备紧凑，占地面积小等优点。目前对膜生物反应器的研究已经相当成熟，并且已经广泛应用在各个领域的废水处理中。

1.3生物膜-膜生物反应器

生物膜-膜生物反应器(BMBR)是将膜分离与生物膜法技术相结合的一种新型废水处理工艺，是一种既能控制污染又能实现废水资源化的新兴技术[2]。该工艺技术对污染物的去除作用主要是依靠附着在载体上生长的微生物来完成，截留作用主要体现在膜以及膜上面形成的滤饼层的过滤作用上。废水中的有机污染物的降解主要由三部分组成：一是附着在载体和少量膜组件上的生物膜的降解作用;二是生物反应器内悬浮微生物对有机物的降解作用;三是利用膜对有机大分子的截留作用，这样有机大分子与微生物接触反应的时间就更长，更能被有效的降解去除。目前，BMBR还处于实验研究阶段，国内外对此的报道尚不多。

2生物膜-膜生物反应器的原理及特点

2.1工作原理

BMBR是在膜生物反应器内投加填料或培养形成颗粒污泥，微生物在填料表面附着生长形成生物膜，废水携带着污染物和氧气流过生物膜时，废水中溶解氧被消耗，有机污染物被生物膜上的微生物吸收降解使废水得以净化;微生物不断生长繁殖，生物膜也不断增厚，增厚到一定程度时，在生物膜内形成缺氧或厌氧层，为生物脱氮、除磷提供条件;通过在反应器底部曝气，使生物膜受到水的剪切力不断脱落更新，处理后的废水经过膜组件分离后排放[3]。刘琳等[4]曾做过两段式生物膜-膜生物反应器处理废水的试验，结果显示BMBR运行稳定后出水水质好，COD、氨氮、TP去除效率分别为95%、80%、60%以上。Wang等[5]利用好氧颗粒污泥-MBR处理合成废水，结果表明，当进水总有机碳为56.8~132.6mg/L，氨氮为28.1~38.4mg/L时，TOC、氨氮、总氮的去除率分别84.7%~91.9%，85.4%~99.7%，41.7%~78.4%。

2.2生物膜-膜生物反应器的优点[6-9]

(1)BMBR综合了生物膜法和MBR的优点。反应器内由于填料的加入，使得悬浮污泥的浓度降低，改善了膜的通量、降低了膜的阻力、在一定程度上减缓了膜的污染，使膜的运行周期更长，减少了膜的清洗次数，降低处理工艺的动力消耗。

(2)SS的去除率较好。生物膜法中如果厌氧层过厚，生物膜脱落后会产生大量的非活性的细小悬浮物分散于水中，使出水的澄清度降低，而BMBR由于膜分离设备的截留作用可以有效解决这个问题。

(3)有较好的脱氮、除磷效果。硝化菌是化能自氧菌，在混合培养的活性污泥中无法与异养菌竞争，所以在MBR中脱氮效果并不是很好，而投加了填料的BMBR可以承载大量的生物量，有利于世代时间较长的硝化菌生长，而且由于BMBR中形成了厌氧环境，脱氮效果会有所提高。

(4)由于生物膜上的微生物种类丰富，载体的添加可以给微型动物提供了相对稳定的生长环境，存在相当数量的原生动物和后生动物，组成较长的食物链，所以生物膜膜生物反应器产生的污泥量少。

2.3生物膜-膜生物反应器的缺点

BMBR和MBR一样同样具有以下2个缺点：(1)膜污染问题，没有有效的清洗技术。膜污染速率随着温度的下降而呈现加剧趋势。(2)膜的制造成本高。

3生物膜-膜生物反应器的研究进展

1996年，美国的Dorr-Oliver公司首先将MBR用于废水处理的研究以后，许多学者相继对MBR进行了大量的实验研究并开发了多种MBR的变形新工艺，如分离式MBR、厌氧式MBR、一体式MBR等。20世纪90年代以后，MBR得到了最迅猛的发展，1995年以后MBR在国外尤其是在美国、日本、加拿大等国进入了实际应用阶段。随着MBR在实际运行中膜污染的问题出现，有的学者在研究此问题时指出，在MBR中，由于膜组件与活性污泥混合液的直接接触，在膜组件表面生长出生物膜是不可避免的，也就是说膜污染的问题是不可避免的，膜污染在导致膜通量下降的同时也使出水水质变差，但是当时都未对此进行深入的探讨，直至后来BMBR的提出。一些学者认为将膜分离技术和生物膜法相结合，将会有更大的优势。BMBR工艺最早是日本科研人员针对低浓度氨氮废水处理提出的新工艺。澳大利亚新南威尔士大学膜与分离中心的FaneAG曾采用生物滤池与分离式膜分离设备相结合处理生活废水，取得了很好的处理效果[10]。在膜分离技术与生物膜相结合的BMBR方面，国内哈尔滨工业大学较早做此方面的工艺研究[11]。

3.1生物填料-MBR

在MBR中投加填料，微生物附着在填料表面生长、繁殖形成生物膜。相较于传统的MBR而言，填料上微生物种类更加丰富，提高了反应器对有机物的去除率，具有更强的适应性和稳定性以及较强的抗冲击负荷能力，同时也减少了悬浮的微生物，而且有些填料对胞外聚合物和某些溶解性产物等容易引起膜污染类的物质有吸附作用，这样有利于减少膜污染，减缓膜通量的下降速度。

朱友兵等[12]在研究改良性聚丙烯悬浮载体-MBR处理废水时发现悬浮载体-MBR的去除效果较好，COD，NH3-N的去除效果都在90%以上，甚至达100%，出水的浊度接近零。生物填料-MBR处理工业废水也具有较好的效果。黄健盛等[13]用投加多孔性聚合物填料的一体式MBR处理化工废水，结果表明，反应器稳定运行后，COD、NH3-N、TP的去除率分别为80.25%~87.15%、73.32%~99.78%和87.09%~93.82%。

YangQiqiong等[14]在研究一些多孔、软性悬浮载体对膜污染的影响时发现，在MBR中投加悬浮填料可以减缓膜污染的形成，膜的临界通量提高了大约20%，滤饼阻力减少了86%，膜污染的程度明显低于未投加填料的MBR。郑力菲等[15]研究发现，投加最适量(800mg/L)的粉煤灰，膜通量的衰减量最小，反应器的除磷效果明显增高，从原来的60%提高到90%。

填料MBR中，填料和膜是反应器的核心，在填料的选择上应该谨慎，如果填料的选择不当，不但没有优势，反而会损坏膜组件。

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