選取兩種不同結(jié)構(gòu)類型的膜組件進行化工廢水處理的中試應(yīng)用研究，對比研究了MBR膜系統(tǒng)的最佳氣水比，臨界膜通量、膜系統(tǒng)的分離與處理效果以及膜的污染和清洗方式。中試結(jié)果表明，在該類廢水處理中，中空纖維簾式膜組件的最佳氣水比為24，平板式膜組件的最佳氣水比為20；在相等曝氣強度下，用流量階梯法測得，中空纖維簾式膜組件的臨界膜通量為20L·m-2·h-1，平板式膜組件的臨界膜通量為25 L·m-2·h-1；兩組膜在處理和分離效果上相差不大；在抗污染性能上，平板式膜組件更具優(yōu)勢，而且平板式膜組件更容易通過物理清洗-空曝氣的方式使膜通量得以部分恢復(fù)，用次氯酸鈉（NaClO）溶液對膜組件進行化學(xué)清洗，均能獲得較好的通量恢復(fù)效果。
MBR膜生物反應(yīng)器（Membrane bioreactor, MBR）是將膜分離技術(shù)和生物反應(yīng)器的生物降解作用集于一體的生物化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)。它以超濾或微濾膜組件替代傳統(tǒng)活性污泥法中的沉淀池實現(xiàn)泥水分離。該系統(tǒng)具有處理能力強、固液分離效率高、出水水質(zhì)好、占地空間小、運行管理簡單等特點。目前，MBR工藝在水資源再生利用方面已發(fā)揮了巨大的作用，運用MBR膜工藝技術(shù)來處理生活污水和工業(yè)廢水已突顯成效。鑒于目前已商品化的MBR分離膜組件結(jié)構(gòu)形式多樣，主要有中空纖維簾式、平板式、管式等幾大類，而且其應(yīng)用也各具特點，這對在實際工程應(yīng)用中膜組件的選購帶來一定困難。本實驗運用浸沒式好氧MBR工藝技術(shù)來處理杭州某化工廠的工業(yè)廢水，分別選用中空纖維簾式膜組件和平板式膜組件進行對比試驗研究，為規(guī)?；こ虘?yīng)用的膜組件選型提供設(shè)計依據(jù)和運行參考標(biāo)準(zhǔn)。1 試驗裝置與方法1.1 實驗工藝流程與條件中試設(shè)計規(guī)模為1000 L·h-1。試驗裝置由調(diào)節(jié)池、好氧池、膜分離裝置、清液槽、曝氣系統(tǒng)和相關(guān)動力及自動控制設(shè)備組成。廢水由污水泵輸送至調(diào)節(jié)池，然后進入好氧池和膜分離池，混合液在抽吸泵的作用下經(jīng)膜過濾后形成工藝的產(chǎn)水，大部分泥水混合液則通過回流泵流回至好氧池。試驗中分別采用膜組件A（PVDF，中空纖維簾式，孔徑0.2μm，膜面積20m2）和膜組件B（PVDF，平板式，孔徑0.08μm，膜面積28m2）來進行試驗。試驗進水的COD范圍400~700mg·L-1 ,初始接種污泥濃度為1500 mg·L-1左右。1.2 試驗工況與運行參數(shù)膜裝置的運行方式為間歇式，抽吸8min，停止2min。整個試驗的水力停留時間（HRT）為8h，膜運行初始通量設(shè)定為25 L·m-2·h-1. 。系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度（MLSS）維持在5000~8000 mg·L-1。2 結(jié)果與討論2.1 膜系統(tǒng)最佳氣水比在浸沒式MBR工藝中,曝氣有兩個作用：一是提供微生物代謝所需的氧氣；二是產(chǎn)生錯流，去除或減少膜表面的污泥層，減緩膜的污染速率。Hong SP等觀察到在較高曝氣量下產(chǎn)生的剪切力會加快污染物脫離膜表面的速度，并指出有臨界曝氣量存在，當(dāng)超過該曝氣量，膜通量增加就不明顯，而且太大的曝氣量會提供過量的溶解氧，也不利于反硝化作用。對于浸沒式MBR工藝，其能耗主要來自曝氣，約占整個系統(tǒng)總能耗的80%~90%，因此確定系統(tǒng)的最佳曝氣量是十分必要的。試驗中膜的初始通量均設(shè)定為25 L·m-2·h-1，即膜組件A的初始通量為500 L·h-1，膜組件B的初始通量為700 L·h-1。采用不同的氣水比（每透過1m3水所提供的曝氣量）對膜組件運行，分別考察了兩組膜的比膜通量（單位時間、單位操作壓力下每平方米膜面積所透過的水量，L·m-2·h-1·KPa-1）和運行時間的相互關(guān)系。在一定曝氣強度范圍內(nèi)，隨著氣水比的提高，比膜通量也隨之提高，跨膜壓差（TMP）的增加速率減緩，即膜污染發(fā)展速率隨曝氣強度增加而降低。但當(dāng)曝氣強度上升到一定程度時，比膜通量增加不再明顯。分析原因可能是：當(dāng)曝氣強度較低時，錯流流速產(chǎn)生的水力剪切作用不能有效防止大量污泥絮體在膜表面沉積，膜污染主要是以污泥層阻力為主；而當(dāng)曝氣強度過高時，污泥絮體被強大的剪切力所破碎，細(xì)小污泥顆粒和膠體類物質(zhì)增多，這些物質(zhì)更容易引起膜孔的吸附和堵塞，從而使膜污染加劇。因此當(dāng)曝氣到達一臨界值后，再繼續(xù)增加曝氣量對MBR系統(tǒng)已沒有實際意義，Jungmin等也報道了與本試驗類似的研究結(jié)果。經(jīng)測定，試驗中A、B兩組膜的最佳曝氣量分別為12.0m3·h-1和14.0 m3·h-1，即在此類廢水處理中，膜系統(tǒng)的最佳氣水比分別為24和20。2.2 臨界膜通量最初提出的臨界流量假設(shè)（Field等，1995）僅僅斷言，在低于臨界流量的條件下運行的分離膜不會出現(xiàn)膜污染。雖然當(dāng)初這一假設(shè)只是包含了水力學(xué)引起的膜污染因素，但是毋庸置疑，臨界流量的假設(shè)仍然是膜生物反應(yīng)器工藝長期運行的指針。實踐也證明，絕大多數(shù)浸沒式膜生物反應(yīng)器工藝能在亞臨界通量區(qū)長期穩(wěn)定地運行。本試驗采用流量階梯法分別對兩組膜的臨界膜通量進行了測定。在同等曝氣強度（均為0.5m3·m-2膜面積）條件下，經(jīng)試驗得出，膜A的臨界膜通量為20L·m-2·h-1，膜B的臨界膜通量為25L·m-2·h-1。試驗結(jié)果也與以上得出的氣水比試驗結(jié)果具有較好的吻合性。2.3 出水水質(zhì)膜反應(yīng)器好氧池內(nèi)的泥水混合液經(jīng)膜過濾后形成工藝的出水。通過對產(chǎn)水水質(zhì)分析，結(jié)果表明該處理工藝具有較好的生化、物理去除效果。經(jīng)與該化工廠用傳統(tǒng)活性污泥法處理后的水質(zhì)比較，本試驗得到的產(chǎn)水水質(zhì)要明顯好于傳統(tǒng)方法處理后的產(chǎn)水水質(zhì)。膜反應(yīng)器內(nèi)較高的污泥濃度使得生化處理效果十分理想，有機物的去除率明顯提高，再加上精密的膜過濾，使得產(chǎn)水水質(zhì)更加優(yōu)化。本試驗中，MBR系統(tǒng)對有機物（COD）的去除率均在90%以上，對氨氮（NH3-N）的去除率也基本維持在80%以上。而運用傳統(tǒng)方法處理后的產(chǎn)水COD和NH3-N的去除率變化幅度較大，這可能由于傳統(tǒng)方法處理時水的溫度、pH、DO等條件的波動，引起水體污泥膨脹，造成沉淀效果不佳，大部分污泥流失，最終導(dǎo)致生化處理效果直線下降。本試驗應(yīng)用的MBR工藝克服了傳統(tǒng)處理方法的以上不足之處，這也是該工藝得以應(yīng)用推廣的因素之一。通過對比試驗還發(fā)現(xiàn)，采用不同孔徑的MBR分離膜，對實際產(chǎn)水水質(zhì)影響不大，這與膜運行中污泥在膜表面形成的沉積層也起了一定的分離作用有關(guān)。2.4 膜污染與膜清洗膜污染是膜運行中一系列增加膜阻力因素的總稱。MBR膜在運行一段時間以后，膜表面和膜孔內(nèi)會不可避免地被污染物堵塞，導(dǎo)致膜通量逐漸下降，直至不再出水。膜污染縮短了膜的使用壽命，直接導(dǎo)致泵的抽吸水頭和曝氣量的增加，這也是造成MBR能耗增加的主要原因。為了維持膜系統(tǒng)長期正常運行，當(dāng)跨模壓差（TMP）上升到一定程度時，必須對膜組件進行清洗。膜清洗的目標(biāo)是清除膜表面的污染層，恢復(fù)或提高膜的水通量。本試驗中當(dāng)膜運行的跨膜壓差超過60KPa時，裝置停止運行，對膜組件進行清洗，清洗分為物理清洗和化學(xué)清洗。物理清洗：物理清洗主要通過停止產(chǎn)水，對膜系統(tǒng)空曝氣，使得沉積在膜表面的污染物在高錯流速率的氣、水剪切力作用下得以去除，從而使膜通量得到一定程度的恢復(fù)。試驗結(jié)果表明，平板式膜組件通過空曝清洗后，通量恢復(fù)效果要比中空纖維簾式膜好?；瘜W(xué)清洗：由于實際水體中污染物主要以有機物為主，因此采用次氯酸鈉溶液作為清洗液，pH為10~11左右。清洗方法：配置300~500mg·L-1次氯酸鈉溶液，調(diào)節(jié)pH，浸泡膜組件10h，重新啟動運行，通量都恢復(fù)在90%以上。3 結(jié)論試驗表明，浸沒式MBR技術(shù)可成功用于化工廢水的處理。對于本文的試驗廢水，MBR膜系統(tǒng)A、B兩組膜的最佳氣水比分別為24和20；在同等曝氣強度條件下，測得A膜的臨界膜通量為20L·m-2·h-1，B膜的臨界膜通量為25L·m-2·h-1。通過上清液與膜產(chǎn)水水質(zhì)分析比較發(fā)現(xiàn)，膜反應(yīng)器中有機物的去除主要依靠生化降解過程，膜對有機物（COD）具有一小部分的截留去除作用，但是采用不同孔徑的分離膜對產(chǎn)水水質(zhì)影響不大。中空纖維簾式膜組件的清洗周期為2個月左右，平板式膜組件的清洗周期為3個月以上，且平板式膜組件更容易通過物理清洗的方法使膜通量得到恢復(fù)，化學(xué)清洗對兩組膜的通量恢復(fù)均在初始通量的90%以上。對比試驗表明，在同等工況運行條件下，用平板式膜組件處理該類廢水具有比膜通量更高、跨膜壓差更小、膜清洗周期長等特點。因此，對于本試驗所處理的廢水，選用平板式膜組件更具優(yōu)勢。2.MBR優(yōu)劣勢優(yōu)勢
劣勢1)建設(shè)成本和運行費用較高；2)運行穩(wěn)定性有待提高。3.MBR的發(fā)展國際市場MBR國際市場的發(fā)展全球MBR的市場規(guī)模在2000年到2005年里增長了一倍，2005年市場銷售額達到2.17億美元；預(yù)期到2010年將會達到3.6億美元。截至2006年底，全球投入運行或在建的MBR超過2500套；截至2008年底，全球投入運行或在建的MBR超過4000套。中國市場
MBR是膜分離技術(shù)與生物處理法的高效結(jié)合,其起源是用膜分離技術(shù)取代活性污泥法中的二沉池,進行固液分離。這種工藝不僅有效地達到了泥水分離的目的,而且具有污水三級處理傳統(tǒng)工藝不可比擬的優(yōu)點:

1、高效地進行固液分離,其分離效果遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的沉淀池,出水水質(zhì)良好,出水懸浮物和濁度接近于零,可直接回用,實現(xiàn)了污水資源化。
2、膜的高效截留作用,使微生物完全截留在生物反應(yīng)器內(nèi),實現(xiàn)反應(yīng)器水力停留時間(HRT)和污泥齡(SRT)的完全分離,運行控制靈活穩(wěn)定。
3、由于MBR將傳統(tǒng)污水處理的曝氣池與二沉池合二為一,并取代了三級處理的全部工藝設(shè)施,因此可大幅減少占地面積,節(jié)省土建投資。
4、利于硝化細(xì)菌的截留和繁殖,系統(tǒng)硝化效率高。通過運行方式的改變亦可有脫氨和除磷功能。
5、由于泥齡可以非常長,從而大大提高難降解有機物的降解效率。
6、反應(yīng)器在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷、長泥齡下運行,剩余污泥產(chǎn)量極低,由于泥齡可無限長,理論上可實現(xiàn)零污泥排放。
7、系統(tǒng)實現(xiàn)PLC控制,操作管理方便
膜生物反應(yīng)器（MBR）是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)臺的新型水處理技術(shù)，以膜組件取代二沉池在生物反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度減少污水處理設(shè)施占地，并通過保持低污泥負(fù)荷減少污泥量。與傳統(tǒng)的生化水處理技術(shù)相比，MBR具有以下主要特點：處理效率高、出水水質(zhì)好；設(shè)備緊湊、占地面積??；易實現(xiàn)自動控制、運行管理簡單。80年代以來，該技術(shù)愈來愈受到重視，成為研究的熱點之一。目前膜生物反應(yīng)器己應(yīng)用于美國、德國、法國和埃及等十多個國家，規(guī)模從6m3／d至  13000m3／d不等。
結(jié)語MBR綜合了膜分離技術(shù)和生物處理技術(shù)的優(yōu)點，超、微濾膜組件能替代CAS中的二沉池，更有效地進行泥水分離，并延長SRT，提高微生物對污水中有機物的處理能力。經(jīng)超、微濾膜處理后出水水質(zhì)好可以直接用于非飲用水回用。系統(tǒng)占地面積小，幾乎不排剩余污泥，具有較高的抗沖擊能力。MBR具有一定的實用性，但膜污染仍是制約MBR推廣應(yīng)用的最主要因素。因為MBR中膜材料既要面臨活性污泥、污水中固體顆粒的污染，又要面臨活性污泥中微生物的侵蝕。雖可以通過控制抽停時間、曝氣量等工藝參數(shù)以及采用適當(dāng)?shù)那逑醇夹g(shù)來減少膜面的污染，但最有效、最根本的方法是研制出一種抗污染、耐微生物侵蝕的新的膜材料及對膜進行適當(dāng)?shù)母男?。在?yīng)用MBR技術(shù)處理市政、生活污水并實現(xiàn)中水回用時，還要考慮另外一個關(guān)鍵因素，即運行成本。因此，在研究中要始終將運行成本。作為考慮試驗方案和確定試驗結(jié)果的主要出發(fā)點。