摘 要：

         水污染是目前环境污染的重要组成重要，如何经济高效的解决当前面临的水体污染问题对于打赢环保攻坚战具有重要意义。MBR 膜工艺是目前水处理领域的新兴技术。本文简述了 MBR 技术的基本原理与工艺特点，介绍了 MBR 在煤化工废水中的成功应用与当前 MBR 工艺所面临的具体问题，并对 MBR 膜工艺的未来发展提出展望。

关键词：
        MBR 膜；废水；应用实例

 

引 言

       随着我国科技水平的不断提高，各行各业不断发展，相应的各种类型污水排放量也不断增加，对生态环境、工业生产以及居民生活质量都造成了严重的影响。目前常见的废水包括化工废水、医药废水、矿山污水、市政污水、生活污水等等，其中，化工废水种类繁多，包括煤化工产生的兰炭废水、纺织业产生的印染废水、石化领域的石化废水等，废水的有效处理不仅对生态环境保护起着巨大作用，对于二次资源的回收利用同样起着极大地助力作用。从废水中进行有价金属和多种其他产品的回收可以在整治废水污染的同时创造一定的回收价值，降低生产成本。因此，对污水处理技术进行不断的创新突破，开发出能够高效清洁完成多种类型水污染的处理技术是目前研究的热门问题。也是水处理领域的未来研究方向。当前，在水处理领域具有重要作用的 MBR技术面临的较大的发展压力，其未来的发展方向成为备受关注的重要话题。

1     MBR 技术

1.1  MBR 技术的原理与发展

        生物反应器技术，是水处理领域的一项新型技术，通过将膜分离法和微生物处理手段相结合，可以对水体进行有效处理，出水水质优良，效果稳定，应用实例图如图 1 所示。

       早在 20 世纪 70 年代，生物反应器技术（MBR）就已经应用于污水处理领域，美国和日本最先将其投入市场。随后许多欧洲国家也对 MBR 工艺进行了开发利用，在生活污水和工业废水的处理中逐渐发挥其重要作用。

生物反应器通常被分为三类：分置式、一体式和复合式。分置式生物反应器是指生物反应器和相关的过滤膜分开处置，利用泵的压力使生物反应器中的混合液体透过膜，达到水处理的目的。一体式生物反应器中，膜组件被安装在生物反应器内，通过生物反应器内的活性污泥对污水进行污染物去除，最后利用泵的作用将对推送至膜进行过滤，完成水处理。复合式生物反应器理论上说属于一体式中的特殊形式，通过在生物反应器内添加特殊的填充物从而使得其具备了某些相关特性，增加其处理优势。

1.2   MBR 技术的特点与工艺膜种类

        生物反应器中，膜起着相当重要的作用。膜分离组件的存在可以拦截反应器内的活性污泥与有机大分子污染物，经过反应器处理后的废水可以顺利排出，膜的存在取代了传统工艺中的二次沉淀步骤，增强了生物反应器的功能，成功地解决了传统方法所存在的许多问题。相对于其他的传统去除工艺，MBR 工艺具有自身的优势。

      （1）MBR 工艺具有更优秀的出水水质，超过了大多数处理工艺的出水水质，这也是MBR 工艺目前备受推崇的主要原因。

       （2）MBR 工艺中膜分离组件的存在替代了传统的二次沉淀环节，精简了流程。

       （3）MBR 工艺产生的剩余污泥量少，解决了老式工艺中污泥膨胀的弊端，使得整个工艺流程的操作和管理更加方便。

         MBR 工艺目前采用的膜主要有两类，一类是有机高分子膜，构成的材料包括聚乙烯类，聚丙烯腈，聚烯烃类等。其优势在于成本低，相关的制造工艺也已经比较成熟，具有很强的实用性。但是作为有机材料，该类型的膜在使用过程中有可能会带来一定程度的有机污染。同时，作为高分子有机材料，高分子有机膜的物理强度较低，因此使用时长相对较短。无机膜主要是由陶瓷、玻璃、金属氧化物以及无机高分子材料制备而成，其物理性能相对较好，具备耐酸碱抗高温的能力，但是无机材料制膜的成本更高，工艺也尚不十分成熟，大规模的生产应用目前还存在一定难度。

2     MBR 技术的应用与相关问题

       近些年，我国对 MBR 工艺的开发利用也越来越广泛，2010 年以来，广州、北京、云南等地陆续建成了规模较大的 MBR 污水处理厂，MBR 工艺体系也逐渐成熟，在污水处理领域逐渐开始发挥其重要作用，相对于传统去除工艺，MBR工艺展现出了出色的比较优势和潜在的实际应用价值。

2.1  MBR 技术在煤化工废水处理中的应用

       煤化工的不同工艺过程中均会产生相应的废水，常见的有兰炭废水和焦化废水。兰炭是一种新型的煤化工产品，其具有很好的物理化学性能，成本较低，因此在电石、化肥造气和民用清洁型煤制造等行业得到了广泛应用。目前，兰炭产业发展迅速，产能逐年递增，相应的兰炭废水产量也十分巨大，且其成分复杂，处理难度相对较大，成为污水处理领域的重要难题。兰炭废水主要产生于对煤的中低温干馏过程中，相对于焦化废水，兰炭废水由于是低温过程中产生，多种有机污染物尚未高温氧化，存留在废水中，处理难度相当大。其中，代表性的污染物有硫化物、氰化物等无机污染物，还有煤焦油类的有机污染物。兰炭废水中的多种有害物质如果不经过处理直接外排，会对人类生活、水产养殖以及农作物种植造成严重的危害，并且兰炭废水色度奇高，对于周边水体的感染效果很强。针对兰炭废水治理难题，国内某公司利用平板膜生物反应器（MBR）技术对兰炭废水实施治理。采用“预处理+厌氧酸化+混凝沉淀+平板膜生物反应器（MBR）”的优化组合处理工艺，该工艺运行稳定，出水水质良好，并且在优化流程的基础上尽量降低了系统的运行费用，展现出了MBR工艺在兰炭废水治理上的巨大潜力。

        焦化废水主要产生于煤的高温干馏过程中，包含有高浓度的有机污染物，色度高，成分复杂，还有多种有毒有害物质混杂，处理难度很高，目前对于焦化废水的处理方法有“电解+MBR处理工艺”。电解预处理主要先利用沉淀法除掉废水中的重油类物质，再利用混凝工艺去除掉大部分的清油和乳化油，残留的乳化油通过电解法进行电解去除，同时，电解反应过程中，挥发性的氰化物和酚类物质也被一同去除，提高了废水的可生化性。电解预处理后，利用MBR工艺可以去除掉废水中的其他污染物成分,通过次氯酸钠消毒后,水质可以达到排放标准。

2.2   MBR 技术存在的问题与改进措施

        MBR 工艺技术在 2012 年左右达到了其应用的鼎盛时期，但是随后就开始逐渐衰落，尤其是在欧美地区，新增项目锐减，具体应用数量变化如图 2 所示。

         到最后，大型的 MBR工艺项目开始集中于中国境内，亚洲地区也演变成 MBR 工艺全球应用的主力地区。究其原因，主要还是 MBR 工艺的市场份额和市场前景不再乐观。相对于 2008 年预测 2018 年全球市场价值总额 34.4 亿美元，英国 BBC Ｒesearch 随后预测的 2019 年全球市场价值总额仅 7.777 亿美元，两者之间相去甚远。从技术层面来看，MBR 工艺始终存在着以目前应用技术难以克服的明显的缺点。最首要的问题就是能耗较高、投资较大，并且，由于膜本身的使用寿命不长，运行过程中还会受到膜污染，因此也给 MBR 工艺的运行和维护造成了很大的成本压力。从这问题可以看出，MBR 工艺依旧存在不完善的地方，还有很大的改进空间。针对这些缺点，可以从如下方向展开研究：首先，可以从新的工艺组合方面进行探索，寻找合适的处理工艺与 MBR 工艺进行组合，对废水进行联合处理，降低电解预处理等环节产生的能耗。同时，开发新型的联合处理工艺也能为现有的处理效果带来更多的可能性，将不同的处理工艺与 MBR 工艺组合，实现取长补短、优势互补的效果。其次，针对膜成本和膜寿命的问题，可以从材料方面进行研究，寻找或者合成更具有成本优势的环保材料进行膜的制造，或者在原有材料的基础上进行改性，保留膜功能的同时使其具有更高的强度，获得更久的使用寿命。再一个，可以通过对现有 MBR 工艺进行不断优化和精简来降低设备的整体成本，同时，流程的精简也可以缩短设备所占场地面积。最后，需要大力发展新型的膜清洗技术，使得膜的清洗既高效又透彻，同时，清洗方式不会对膜本身结构造成破坏。当前，非常热门的新兴技术技术微纳米气泡技术在清洗领域有着良好的发展前景和广阔的应用空间，是未来值得深入探索的一个方向[6]。为了更进一步提高 MBR 工艺的污水处理效率，还可以从菌种的选育与改良上进行研究，努力驯化培养出具有高效处理能力的微生物菌种，从而获得节能高效、处理量大、运行稳定的新型膜生物反应器。

3  结 论

       目前，MBR 工艺由于其面临的高能耗与膜污染两个重要问题尚未得到有效解决，使得其在工程实际应用中难以持续稳定发挥作用，因此在全球的应用数量正在逐渐缩减。但是 MBR 工艺所具备的独特优势与内在的研究价值是无法忽视的，传统工艺需要多道工艺联合处理才能达到 MBR 工艺的出水水质效果。尽管从目前来看 MBR 工艺的距离成熟应用仍有很长一段路要走，但是，相信在未来，随着科学技术水平的不断提高，当前 MBR 工艺面临的两个显著弊端将不再是重大难题，一旦 MBR 工艺成功解决膜污染与高成本的问题，其在水处理领域将发挥出巨大的作用，也势必会带动水处理技术飞跃式发展。

 

 

原标题：MBR 膜在污水处理中的应用

原作者：付骏盛