膜生物反应技术在环境工程污水处理中的应用

膜生物反应技术在环境工程污水处理中的应用

郭亮

中冶沈勘秦皇岛工程设计研究总院有限公司

摘要：生态友好型社会建设背景下，污水处理已然成为环境工程中的关注重点。膜生物反应技术的有效应用，可在提升污水处理成效的同时，通过减少设备投入来达到控制成本的目的。本文从膜生物反应技术的优势分析入手，在此基础上阐明环境工程污水处理中膜生物反应技术的具体应用。

关键词：环境工程；膜生物反应技术；污水处理

引言

近年来，环境工程中的膜生物反应技术已经成为主流的污水处理形式，在运行费用、污水处理效果方面具有显著的优势，可以有效地改善生态环境、预防水污染、减轻污水处理的经济负担。同时，应用膜生物反应技术可以保证污水处理的效果及效率，有效解决水污染问题，从而更好地保护生态环境。

1膜生物反应技术的分类

膜生物反应技术根据膜组件的放置方式、运行方式以及生物反应器的类型可以分为多种类型。每种类型都有其独特的特点和适用范围，所以需要根据具体的污水处理需求和环境条件综合考虑适合的技术类型。根据膜组件的放置方式，膜生物反应技术可以分为外置式膜生物反应器和内置式膜生物反应器。外置式膜生物反应器是将膜组件放在生物反应器的外部，通过循环泵使污水在生物反应器和膜组件之间进行循环流动。这种方式的优点是膜组件的清洗和更换相对方便，且对生物反应器的运行影响较小。然而，外置式MBR的占地面积较大，且由于需要循环泵等设备，能耗较高。相比之下，内置式膜生物反应器是将膜组件直接放入生物反应器内部，这种方式省去了循环泵等设备，使整个系统更加紧凑，占地面积更小。同时，由于膜组件与生物反应器的紧密结合，传质效率更高，有利于提高污水处理效果。但内置式MBR的缺点是膜组件的清洗和更换较为困难，而且容易受生物反应器内环境的影响。根据膜组件的运行方式，膜生物反应技术可以分为间歇式和连续式。间歇式膜生物反应器在运行过程中会进行周期性的进水、反应、沉淀、排水等操作，这种方式适用于小规模或间断性的污水处理。而连续式膜生物反应器则可以连续不断地进行污水处理，适用于大规模、连续性的污水处理需求。此外，根据生物反应器的类型，膜生物反应技术还可以分为活性污泥法和固定化生物膜法。活性污泥法是一种传统的生物处理方法，是通过培养活性污泥中的微生物来降解污水中的有机物。而固定化生物膜法则是将微生物固定在载体上形成生物膜，通过生物膜上的微生物降解污水中的有机物，这两种方法在膜生物反应技术中都有着广泛的应用。

2膜生物反应技术的基本原理和工作方式

膜生物反应技术是一种将生物反应和膜分离相结合的先进污水处理技术。其基本原理是通过在膜表面附着微生物形成生物膜，利用微生物的降解作用和膜的分离作用，将污水中的有机物、氮、磷等污染物去除。在生物反应器中，将污水与微生物接触，微生物通过附着在膜表面或悬浮在水中的方式进行生物降解。微生物通过代谢活动将有机物降解为无机物，同时还可以去除氮、磷等营养元素。这个过程中，微生物的活性和数量对处理效果起着关键作用。在膜表面形成的生物膜具有微孔或超滤膜的特性，可以实现对污染物的分离。污水通过膜时，膜上的微孔或超滤膜可以阻止大分子有机物、悬浮物、微生物和部分无机离子的通过，从而实现污染物的有效去除。同时，膜还可以保留水中的溶解氧和微生物，维持生物反应的进行。膜生物反应技术可以采用不同类型的膜，包括微孔滤膜、超滤膜、反渗透膜等，具体选择的膜材料和膜孔径取决于处理的水质和所需的处理效果。通过将生物反应和膜分离相结合，膜生物反应技术能够高效地去除污水中的有机物、氮、磷等污染物，同时具有占地面积小、运行稳定、适应性强等优点。这使得膜生物反应技术成为了环境工程污水处理领域的重要技术之一。

3污水处理工作中存在的不足

3.1二次污染

在处理污水时，需要根据不同生态系统、不同污水类型制定有针对性的处理方案，从而使污水对环境造成的危害最小。然而，在实际操作过程中，依然会出现二次污染。具体表现如下：首先，在污水处理过程中可能会发生某些化学反应，导致有害气体的产生。若不及时处理有害气体，就会造成大气污染。其次，某些大型污水处理设备在运行时容易产生噪声污染，对附近居民造成影响。最后，在输送城市污水的时，需要修建运输管道，这些管道的修建可能导致植被被破环，从而造成环境破坏。

3.2传统城市污水处理方法存在一定的局限性

例如传统的生物处理技术只能去除有机物和营养物等含碳污染物，对于一些难降解的有机物和无机物则无法完全去除。而化学处理技术虽然可以去除一些难降解的有机物和无机物，但是会产生大量污泥，同时还需要消耗大量药剂，因而处理成本较高。因此，单一的传统污水处理方法无法彻底解决城市污水问题，需要采用多种技术手段协同作战，以取得更好的效果。

4膜生物反应技术在环境工程污水处理中的应用

4.1曝气生物滤池技术

曝气生物滤池技术在污水处理领域有着重要的价值，其广泛应用得益于它能同时发挥生物滤池和分离装置的功能，有助于从根本上控制污染，削减污染物负荷。该技术尤其擅长对胶体和洗涤剂等物质的处理，从而降低膜污染的可能性，确保污水处理的高效性。另一方面，组合技术的应用也是关键，鉴于污水性质的复杂性，单一技术往往不足以达成理想的处理效果。因此，通过集成多种先进的膜生物反应技术，依据污水的具体状况灵活组合使用，可以更有效地治理污染，实现水质净化。

4.2厌氧MBR工艺

厌氧MBR工艺是将膜分离技术和厌氧消化技术融合应用，可以将污水中的有机物转化为沼气。该工艺本质上属于一类能源型污水处理模式，相比常规的活性污泥处理工艺，厌氧MBR工艺有着运行能耗低、操作空间小、单元数量少、具备资源回收利用条件的优势。在处理低浓度生活污水时，以PVDF中空纤维膜作为膜材料，膜孔的内径与外径分别为0.6mm和1.1mm，配备一体式厌氧膜生物反应器，保证COD去除率不低于80%。在处理合成生活污水时，以PVDF管状超滤膜为膜材料，膜孔径保持在0.03μm，配备气体厌氧膜生物反应器，COD去除率保持在92%～96%的水准。

4.3组合式污水处理技术

在组合式污水处理技术中，膜生物反应技术扮演着至关重要的角色。该技术利用生物反应和膜分离过程的协同效应，有效去除了污水中的有机物、氮、磷等污染物。通过生物反应过程，微生物在适宜的环境条件下对污染物进行降解和转化，而膜分离过程则是将微生物和溶解性物质进行分离，从而实现污水的净化和回用。在组合式污水处理技术中，膜生物反应技术与其他技术相结合，形成了多种不同的处理工艺。例如，可以将膜生物反应技术与活性污泥法相结合，形成膜生物反应器（MBR）系统。这种系统通过膜的高效分离作用，有效去除了污水中的悬浮物和溶解性物质，提高了出水水质。同时，活性污泥法为微生物提供了良好的生长环境，增强了生物降解能力。此外，还可以将膜生物反应技术与化学沉淀、氧化、过滤等技术相结合，形成多级处理工艺。这种工艺可以根据污水的特性和处理要求，灵活调整处理流程和参数，从而达到更好的处理效果。组合式污 水处理技术的优点在于其综合性和灵活性，通过结合不同的处理技术，可以充分发挥各自的优势，提高污水处理的整体效果。同时，根据不同的处理需求和出水标准，可以灵活调整处理工艺和参数，以满足不同的需求。

4.4动态内循环反应技术

作为新兴膜生物反应技术之一，动态内循环反应技术的应用取得理想成效。通过在反应器内部引入循环流动，以促进污水和生物膜之间充分接触，确保其污水处理效率符合预期要求。在实际运行过程中，可依托于搅拌装置或循环泵，使反应器内部形成循环流动。发挥其流体动力学作用，在反应器内部对污水进行快速循环处理，且污水和生物膜之间保持充分接触状态。在循环流动的作用下，污水中有机物、氮和磷等污染物快速传递至生物膜表面，通过提高传质效率来优化处理效果。同时，循环流动将氧气均匀分布到整个反应器中，生物膜上微生物充分接触氧气，营造良好供氧环境来促进微生物生长和有机物降解。相较于常规技术应用，动态内循环反应技术在适应性、防堵塞、氧气传递、处理效率等方面存在显著优势。

4.5厌氧生物处理

厌氧生物处理技术需要借助“四阶段”发酵模式：（1）第一阶段是水解和发酵性细菌作业，其能将复杂有机物直接水解为小分子有机物；（2）第二阶段是产生氢气和乙酸菌，对第一阶段产物进行再次分解处理，最终形成乙酸和氢气；（3）第三阶段是利用厌氧的产甲烷菌群完成处理作业，将二氧化碳或一氧化碳与氢气反应形成甲烷气体；（4）第四阶段是同型产乙酸阶段。为保证厌氧生物处理的科学性和规范性，相关人员要综合管理温度、pH数值以及氧化还原电位等数据，以更好地发挥技术的应用优势。例如，在工业园区废水处理工作中，利用多元化处理方式能提升处理效果。在化工园区可以使用生物膜处理技术，集中去除有机物、氨氮等污染物；在电镀园区则要借助沉淀处理、氧化还原等方式，更好地去除金属离子，保证废水处理工作的稳定与安全。

4.6脉冲曝气

在早期的MBR系统中，通常在好氧池后方布置膜池，利用水泵的抽吸作用来分离泥水，并在水力的作用下，使膜材表面沉积悬浮物与溶解性有机物，造成膜孔堵塞，导致膜出现污染问题。为了解决此项问题，主要采取曝气冲刷技术。在膜组器下部设置2mm孔径的穿孔曝气管，向内鼓入大量空气，膜组件周边形成高剪切力环境，避免污染物沉积到膜材表面，但在曝气冲刷期间将会消耗大量电能，因而会产生新的能耗超标问题，所以需要应用新的脉冲曝气技术，在单个膜池内设置2组曝气管，2组穿孔曝气管互不联通，单组曝气管仅承受1/2膜组器的曝气量，在靠近曝气主管处安装电控气动阀门，2组曝气管的气动阀门分别保持常开状态和间歇开闭状态，在开启1组曝气管与2组曝气管时，膜池分别处于高曝气强度模式和低曝气强度模式。经过脉冲曝气改造后，MBR系统能够交替切换成高低曝气状态，以维持恒定曝气总管风量为前提，各座膜池按照既定的顺序交替切换，1座膜池处于高曝气条件时，其他所有膜池都处于低曝气条件，高、低曝气条件时的气体流量比值为2:1。从实际污水处理效果看，在节能方面，改造后的膜池鼓风机运行风量减少30%左右，每吨水能耗减少20%左右，取得了十分显著的节能效果。

5膜生物反应技术的应用前景分析

首先，从技术角度看，膜生物反应技术具有高效、节能、环保等优点。膜生物反应器（MBR）能够有效地将生物降解和膜分离相结合，实现对污水中有机物、氮、磷等污染物的高效去除。与传统的活性污泥法相比，MBR具有更高的处理效率和更好的出水水质。此外，MBR还具有占地面积小、污泥产量少、操作简便等优点，使得其在污水处理领域具有广阔的应用前景。其次，从环境保护的角度看，膜生物反应技术符合可持续发展和环境保护的要求。随着人们环境保护意识的提高，对污水处理的要求也越来越高。膜生物反应技术作为一种高效、环保的污水处理技术，能够有效地去除污水中的污染物，减少对环境的影响。同时，膜生物反应技术还能够实现污水的回用和资源的循环利用，因而符合可持续发展的理念。最后，从市场需求的角度看，膜生物反应技术也有着巨大的市场潜力。随着城市化进程的加快和人口的增长，污水处理的需求也在不断增加。膜生物反应技术作为一种高效、可靠的污水处理技术，能够满足市场需求，并且在未来有着广阔的市场前景。

结语

综上所述，膜生物反应技术的有效运用，可在提升环境工程污水处理效率的同时，有助于增大污水处理厂效益创造。鉴于此，需在明确膜生物反应技术应用优势的基础上，结合对污水处理厂能力与条件的分析，合理选择膜生物反应技术来提升处理效率与质量，确保其污水处理成效符合标准要求。在有效缓解我国当前环境污染加剧问题的同时，为城市生态环境的保护提供助力。

参考文献

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