MBR与城市污水资源化

张保成 郭有智
中国膜工业协会
中蓝膜技术有限公司

　　摘　要：近几年来，我国城市水污染状况日益严重，水短缺日益加剧。1998年我国废水排放量为600多亿吨，其中工业废水330多亿吨，生活污水270多亿吨。城市水污染已成为影响人民生活和制约城市经济发展的重要因素。然而城市污水也是一个重要的资源。膜生物反应器（MBR）是实现城市污水资源化的有效手段。本文简单介绍了MBR在城市污水资源化中的应用。同时就用于MBR的膜材料，膜组件及MBR的形式进行了简单的介绍。
　　关键词：MBR，膜，污水处理

一、北京城市污水现状

　　近几年来，我国水体水质总体上呈恶化趋势。1980年全国污水排放量为310多亿吨，而1997年为584亿吨。1998年我国废水排放量为600多亿吨，其中工业废水330多亿吨，生活污水270多亿吨。
　　对于北京来说水问题是一个很严重的问题，北京不仅是一个严重缺水的城市，同时水污染和水资源的浪费十分严重。水环境治理是未来7年内北京环境治理的重要工作之一。近年来，北京市污水处理发展迅速，目前北京有高碑店、北小河、方庄和酒仙桥4个水处理厂，日处理能力为108万吨，服务人口为240万人。到2008年北京将建十余个国际级污水处理厂，污水处理量为280多万吨，处理率将达到90%，污水回用率将达到50%，进入大小河流的污染物减少80%。
　　目前，北京的污水处理厂产生的大量达到排放标准的清洁水还没有很好地加以利用。随着十余座污水处理厂的相继建成，每天将会有280多万吨的清洁水排出，这些清洁水若用膜技术及其相关技术进行深度处理后，既可作为工业冷却水，绿化用水和城市杂用水，可以极大地缓解城市用水的紧张状况，同时还能使城市水资源得以充分利用。如果使用膜生物反应器对这10多亿吨的污水进行处理，即使处理水回用率为60%，每年可以节约用水6亿多吨。若以目前北京市平均水价2元/吨计，仅水资源一项每年可创造产值12亿元。

二、MBR在城市污水处理中的应用

　　目前生活污水的处理方法通常是生物瀑气池法，也就是将生活污水进行充氧使得生活污水中的有机物在微生物的作用下发生氧化分解从而降低生活污水中的BOD,COD的含量。由于微生物的生长周期较长，在正常情况下其浓度较低，同时降解产生的产物也不断稀释着微生物的浓度，因而污水处理的速度因此比较慢。由于处理过的水要不断排放，在排放处理水的同时微生物也被随之排放，进而需要不断补充微生物，这就使得生活污水处理所需要的空间大，费用也高。
　　近年来，随着膜生产技术的提高和生产成本的降低，膜技术在污水处理领域中的应用，特别是与生物反应器相组合的膜生物反应器作为一种新型高效污水处理技术在国际上受到了广泛关注。以超滤或微滤与传统的活性污泥生化处理技术相结合而成的膜生物反应器(MBR)，以膜分离过程取代重力沉降过程，不论固体颗粒的沉降性能如何，均可完成固液分离过程，并且可以避免因生物体流失而造成的系统失效。对生活废水的处理，传统的活性污泥法采用重力沉降，由于颗粒的不固定容易使活性细菌与生物体流失。超滤膜分离与活性污泥法相结合的膜生物反应器处理有机含碳物，能使有机物深度氧化，并且排出物不含固体颗粒，能完全保留生物体，在低温时亦能维持高处理能力。该复合过程还可通过维持低F/M比例减少污泥浪费。反应器能够维持高含固浓度而使处理工厂规模缩小。还可采用同时硝化与反硝化作用成功地除氮，污泥保留时间相当长，从而完全保留体系中缓国慢生长的硝化细菌。国外对膜生物反应器的研究和应用均较早，尤其是80年代末以来，膜生物反应器不断被应用于实际污水处理。使用膜生物反应器进行生活污水处理是将水及生物降解的物质分离出去，而将微生物留在污水处理池中。和其它水处理方法相比，使用膜生物反应器进行污水处理不仅可以大大节约水资源，还可以大大节约能源，节省设备和运行费用，减少设备占地，避免二次污染，有着很大的环境效益，社会效益和经济效益。
　　对于生活污水，使用膜生物反应器进行处理是一种特别有效的方法，它可以将水及生物降解的物质分离出去，而将微生物留在污水处理池中。这样可以保持微生物的含量处于一个最佳的浓度，反应速度最快。即使污水中BOD,COD的含量高达10000mg/L, 也可以达到很好的处理效果。当污水中BOD,COD的含量为1000 mg/L以上时，出水BOD,COD的含量仅为10 mg/L左右，可以达到回用水的标准。使用膜生物反应器进行生活污水处理可以大大减少所需要的空间，也可以减少处理费用，同时可以避免因为处理水的排放而产生的二次污染。

三、用于MBR的膜材料、组件及MBR的形式

　　目前应用于MBR的膜材料大多为亲水性高分子材料。应用较为成熟的有PAN,PVDF,PVC等。国外也有一些公司将无机膜应用于膜生物反应器。现在有很多科研单位在致力于改性聚烯烃膜用于MBR的研究，但是掌握这项技术的单位很少。
用于MBR的膜可以是微滤膜，也可以是超滤膜。膜组件的形式有中空纤维膜、粗管式中空膜、管式膜以及旋转平膜等。对于不同的膜组件形式，被使用和研究较多的为中空纤维膜。但是目前许多研究表明，粗管式中空膜用于MBR也十分有效，尤为对于处理固体含量较高的污水。国外也有一些公司在MBR中使用平板膜。
　　MBR通常分为一体式和分体式。一体式MBR为许多人看好，其主要原因是设备简单，能耗小。但是一体式MBR的膜污染问题一直难以解决，靠瀑气池中空气对膜的震动来解决膜污染似乎有点理想化。在MBR的实际应用过程中，许多人发现分体式MBR操作简单，维修方便，产水量高，在某些情况下更为有效。

四、MBR在城市污水处理中的应用及前景

　　据报道,在奥运会期间将采用节水式生态厕所，使用膜生物反应器技术可以成功地将厕所废水处理达到回用标准。目前国内不少单位正致力于这方面的工作。北京兰星迪克科技有限公司制造了用于厕所废水处理回用的系统，并已经成功地应用，同时被一些研究单位用于其它废水处理的研究。该公司独特的粗管式中空膜经一些研究单位实验，它使用于MBR具有一定的独特性。其专利产品MBR膜组件对于控制膜污染也被证明十分有效。无疑，膜生物反应器将在北京的水环境治理工程中发挥重要作用，为2008年北京奥运会的成功举办作出贡献。北京兰星迪克科技有限公司制造的膜生物反应器模型在第三届"膜及水处理技术暨设备国际展览会展出后，引起了国内外参观者的普遍关注，该设备可望在近期内进一步推广。由于膜生物反应器进行生活污水处理所需要的空间很小，设备简单，很容易推广到小区，医院，学校，宾馆，公共场所等。
　　膜生物反应器工程实例：MBR应用于北京市朝阳区红领巾公园公侧改造
　　MBR：独立供气柱式膜生物反应器
　　膜：圆柱式中空纤维超滤膜组件
　　膜面积：40m2
　　水处理量：5～10T/D
　　MBR水处理流程：

　　效益分析：
　　改造前：每天抽粪渣一次两车，费用300元，水消耗5～10T。
　　MBR：180天粪渣一次，冲便池水封闭循环。
　　节约费用：（300+5）* 365 = 111325元/年。

MBR and Reuse of Municipal Waste Water

Zhang Baocheng, Guo Youzhi
The Membrane Industry Association of China
China Blue Star Membrane Technology Company

ABSTRACT

In these decades, the problems of the municipal waste water pollution and the shortage of the municipal water supply in our country are more gravy than before. In 1998, the total amount of waste water discharged is 60 billion tons, it consists of 33 billion tons of industrial waste water and 27 billion tons of municipal waste water. The pollution of municipal waste water has become an important factor affecting the improvement of people‘s life and limiting the development of the economy of cities. However, the municipal waste water is , in fact , an important water resource. Membrane bio-reactor (MBR) is an effective approach to realize the reuse of the municipal waste water. In this paper, the application of MBR in the reuse of the municipal waste water is introduced. It also present some summary of membrane material, membranes and modules in MBR.