膜生物反應(yīng)器(MBR)是膜分離技術(shù)與生物反應(yīng)器相結(jié)合的新型污水處理技術(shù)．它用膜組件代替了傳統(tǒng)活性污泥法中的二沉池<1>．具有出水水質(zhì)好、操作運(yùn)行簡單、污泥產(chǎn)率低、占地面積小、傳質(zhì)效率高，可有效去除氨氮等優(yōu)點(diǎn)。自20世紀(jì)60年代美國首次將其運(yùn)用于廢水處理研究以來．MBR已廣泛地應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。由給水處理擴(kuò)展到了生活污水及許多工業(yè)廢水的處理．被認(rèn)為是20世紀(jì)末至21世紀(jì)中期最有發(fā)展前途的高效水處理技術(shù)．得到了世界各國水處理技術(shù)研究者的廣泛關(guān)注。

印染廢水的處理一直是我國廢水治理研究的重和難點(diǎn)．其主要特點(diǎn)為有機(jī)物成分復(fù)雜、難降解物質(zhì)多、色度高、水質(zhì)變化大等<2>。現(xiàn)在主要采用物化處理加生化處理的方法對其進(jìn)行處理．但效果不是十分理想。膜生物反應(yīng)器作為一種高效水處理技術(shù)，在難降解廢水處理方面體現(xiàn)出了相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性．在印染廢水處理領(lǐng)域具有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。

1 MBR簡介

1．1 MBR 分類

MBR利用膜分離組件實(shí)現(xiàn)廢水生物處理后污泥與水的分離，膜分離組件主要有微濾(MF)、超濾(UF)和納濾(NF)三種<3> ，根據(jù)不同的需要可以進(jìn)行相應(yīng)的選擇。

按照膜組件在生物反應(yīng)器中所起的作用．MBR可分為三類：膜分離生物反應(yīng)器、膜曝氣生物反應(yīng)器和萃取膜生物反應(yīng)器。在污水處理中，尤其是工業(yè)廢水處理中主要使用的是膜分離生物反應(yīng)器。

按照膜組件與生物反應(yīng)器的組合位置．MBR可分為分置式MBR和一體式MBR兩種，其中分置式有助于設(shè)備的清洗、更換、增設(shè)，但泵的高速旋轉(zhuǎn)對某些菌種會(huì)產(chǎn)生失活作用：一體式不使用泵，可省掉循環(huán)用管路配置，但膜清洗較為困難，膜污染問題較難解決。另外按照生物反應(yīng)器是否需氧．MBR還可分為好氧MBR和厭氧MBR；按照生物反應(yīng)器的形式還可分為膜循環(huán)生物反應(yīng)器及中空纖維膜生物反應(yīng)器。

1．2 工藝特點(diǎn)

MBR利用膜的高效固液分離作用代替了傳統(tǒng)活性污泥法中的二沉池．克服了污泥膨脹等問題。其主要工藝特點(diǎn)如下：(1)污染物去除率高，出水濁度很低，出水可直接回用于市政綠化、工業(yè)冷卻水等，且設(shè)備占地小。(2)能將所有的微生物截留在生物反應(yīng)器內(nèi)，與活性污泥法相比，可使反應(yīng)器中的生物濃度提高5～l0倍．實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器水力停留時(shí)問和污泥泥齡的完全分離．可提高難降解有機(jī)物的降解效率。(3)生物反應(yīng)器中的微生物濃度高，耐沖擊負(fù)荷。(4)反應(yīng)器在低F/M下運(yùn)行，剩余污泥量少，無污泥膨脹現(xiàn)象，對氮、磷等的去除效率高。(5)傳質(zhì)效率高，氧的轉(zhuǎn)移效率高達(dá)60%左右。(6)泥齡可實(shí)現(xiàn)無限長，硝化能力強(qiáng)。(7)設(shè)備占地面積小，工藝集中，易于操作管理。(8)使用過程中存在的膜污染問題，一定程度上制約了膜生物反應(yīng)器的應(yīng)用。

2 MBR在印染廢水處理中的研究與應(yīng)用

作為一種高效的分離技術(shù)，MBR在印染廢水處理中與其他技術(shù)相比有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：(1)其中的膜分離組件是以分離出廢水中的聚乙烯醇、染料、羊毛脂、油劑等污染物來降低COD的，在處理廢水的同時(shí)還可回收化工原料；(2)處理后的水可以直接回用。因此，MBR處理印染廢水同時(shí)具有經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。

2．1 MBR在國外印染廢水處理中的應(yīng)用

20世紀(jì)70年代后期，大規(guī)模好氧MBR首先在北美得到了應(yīng)用．之后相繼于20世紀(jì)80年代早期在日本、90年代中期在歐洲得到應(yīng)用，但在工業(yè)廢水處理方面的應(yīng)用從20世紀(jì)90年代后才逐漸得到重視。

國外對膜生物反應(yīng)器在印染廢水處理方面的應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究，20世紀(jì)70年代J．J．Porer等<4>就開始將MBR應(yīng)用于印染廢水的處理之中，他們采用反滲透法對l8種染料的回收和再利用進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)中采用內(nèi)壓管式醋酸纖維膜、中空纖維聚酰胺膜、卷式醋酸纖維膜以及外壓管式Zr(Ⅳ)氧化物一PAA動(dòng)態(tài)膜，分離效果良好，色度去除率>99% ．COD去除率均在92%以上．分離的水可重新使用<4>。1983年T．Liu等<5> 報(bào)道了反滲透技術(shù)對l3種酸性、堿性染料溶液的分離效果。

國外早期的MBR在印染廢水中的運(yùn)用是以分離污染物質(zhì)為主．主要是考察膜分離組件與生物反應(yīng)器相結(jié)合之后對COD、色度的去除率以及對染料的分離效果。隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，現(xiàn)在的研究主要著眼于MBR工藝機(jī)理方面的研究以及組合工藝的運(yùn)用。在水資源短缺的今天，需將出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提高到回用的標(biāo)準(zhǔn)．初期為雜用水水質(zhì)回用標(biāo)準(zhǔn)．目前已經(jīng)可以將膜生物反應(yīng)組合工藝(甚至單一MBR)的出水直接回用于紡織印染生產(chǎn)中的任一工序，產(chǎn)生了極大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。T．H．Kim等<6>研究了納濾膜和反滲透膜用于處理活性染料廢水的最佳運(yùn)行條件．并且對其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性進(jìn)行了分析。試驗(yàn)表明，增加壓力有助于提高其對COD、色度及鹽度的去除效率，且經(jīng)過脫鹽、凈化后的出水可回用于印染廠的實(shí)際生產(chǎn)中。J．W．Lee等<7>分別用吸附、凝聚、中空纖維微濾膜分離及3種工藝的組合對2種分別含有活性橙l6及活性黑5染料成分的活性染料廢水進(jìn)行了處理，試驗(yàn)表明，組合工藝對2種廢水的處理效果遠(yuǎn)好于單獨(dú)工藝．中空纖維超濾膜組件能夠有效地分離吸附之后剩余的PAC，且出水可回用。這一研究結(jié)果表明，MBR能夠很好地與現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝相結(jié)合．且可以大大提高對印染廢水的處理效率。在機(jī)理研究方面，F(xiàn)．Banat等<8>采用管式聚丙烯膜處理含有亞甲基藍(lán)的染料廢水，研究了進(jìn)水溫度、流量以及染料濃度對處理效果的影響，對其中的染料進(jìn)行了回收，并建立了溫度及濃差極化現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。

目前國外MBR工藝在印染廢水處理中的應(yīng)用已日趨成熟，且現(xiàn)已有將其成功應(yīng)用于印染廢水處理的工程實(shí)例。S．S．Turk等<9>使用超濾膜和反滲透膜聯(lián)合處理斯洛文尼亞一家印染廠的活性染料廢水．首先采用超濾膜進(jìn)行處理．出水再經(jīng)反滲透膜處理，COD、色度、TOC、總磷的去除率分別為94%、99% 、85% 、97% 。

MBR在應(yīng)用中的一個(gè)比較重要的制約因素就是膜污染．但膜污染的產(chǎn)生機(jī)理還未完全研究透徹，為了解決這一問題，更好地將MBR應(yīng)用在印染廢水處理中，許多研究人員做了大量的工作。B．Vander Bruggen等<10>研究了用納濾膜處理印染廢水，用超濾膜處理毛紡廢水時(shí)的膜污染問題。結(jié)果表明，第一種工藝中的膜污染主要是由于有機(jī)物的吸附引起的，在第二種工藝中，有機(jī)物對膜污染的影響較小，但是疏水性化合物對膜污染造成了很大的影響。M．A．Yun等<11>分別在好氧(DO=6．0 mg/L)及厭氧(DO<0．3 mg/L)條件下，用MBR處理印染廢水，結(jié)果表明，厭氧條件下的膜污染是好氧條件下的5倍，這主要是由于膜表面形成了不同的生物薄層，而厭氧條件下的生物薄層較為均勻和致密的在膜表面展開，導(dǎo)致了較高的膜污染。

2．2 MBR在我國印染廢水處理中的應(yīng)用

我國2O世紀(jì)9O年代末期才將MBR應(yīng)用于廢水處理，起步較晚，但發(fā)展十分迅速。1991年lO月，岑運(yùn)華<12>介紹了MBR在日本的研究狀況。1993年前后，許多高校與研究所加入了MBR的開發(fā)研究工作，之后MBR在我國得到了很快的發(fā)展。然而，與國外相比，我國關(guān)于MBR在印染廢水處理中應(yīng)用的研究還不夠深入，大多集中在實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)用工程實(shí)例較少。而且國產(chǎn)的專用于MBR的膜材料、膜組件有限．MBR工藝的投資和運(yùn)行費(fèi)用較高，這都對MBR在我國的推廣造成了一定的困難。但總的來說，我國目前在這方面的研究還是取得了一定的成果。

就印染廢水而言，不同的染料應(yīng)選擇不同的膜材料才能得到最好的處理效果。一般對帶有親水基團(tuán)如一SO Na，一COONa等的水溶性染料(活性染料、酸性染料、直接染料等)，須采用納濾膜和反滲透膜技術(shù)；對帶有憎水基團(tuán)如一SOzNH 的水不溶性染料(聚合物染料、靛藍(lán)類、還原染料等)，則需優(yōu)先考慮超濾膜技術(shù)<13>。郭明遠(yuǎn)等<14>自制了醋酸纖維素納濾膜，研究了納濾膜對活性染料X一3B水溶液的分離性能，結(jié)果表明，納濾膜可用于該活性染料印染廢水的處理和染料回收。趙宜江等<15>采用氫氧化鎂吸附預(yù)處理的陶瓷膜微濾技術(shù)對含活性染料的印染廢水進(jìn)行脫色處理，脫色率可達(dá)98%以上，1．0 m膜的膜通量在150 L/(m ·h)左右。戴海平等<16>分別采用截留相對分子質(zhì)量6 000的聚砜膜和0．2 m的PVDF微濾膜對天津市某牛仔布印染廠靛藍(lán)廢水進(jìn)行膜處理，結(jié)果表明，超濾和微濾對不同的水質(zhì)指的去除率相差不多，對代表無機(jī)物的指標(biāo)如pH、溶解性總固體(TDS)、電導(dǎo)率、堿度等去除率較低，對染料截流率基本相同，脫色率都在98%以上。

印染廢水的處理難點(diǎn)在于其色度高、COD高、水質(zhì)變化大。我國MBR在印染廢水中的應(yīng)用主要是將膜分離技術(shù)與多種生物反應(yīng)器相結(jié)合，利用不同生物反應(yīng)器的不同作用達(dá)到不同的處理效果，使出水達(dá)到排放甚至回用標(biāo)準(zhǔn)。鄭祥等<17>采用中試規(guī)模(10m3/d)的膜一生物膜工藝處理毛紡印染廢水，出水COD、BOD 、色度、濁度分別為34．8 mg/L、9．6 mg/L、22倍、0．5 NTU，相應(yīng)的平均去除率分別為85．7% 、92．3%、64．3%、98．9%，符合CJ/r48— 1999(生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，同時(shí)長期的運(yùn)行結(jié)果表明，與膜一活性污泥系統(tǒng)相比，膜一生物膜系統(tǒng)的膜通量沒有得到明顯的提高。膜通量是影響運(yùn)行能耗的關(guān)鍵因素，在一定的操作壓力下，膜通量越低則運(yùn)行能耗就越高。

隨著MBR形式的不斷改進(jìn)和更新，現(xiàn)在在印染廢水處理中常見的是使用厭氧/好氧反應(yīng)器加膜分離裝置，這樣可以極大地發(fā)揮厭氧區(qū)對色度的去除效果、好氧區(qū)對COD的去除效果以及膜分離系統(tǒng)的高效分離作用，從而獲得良好的出水水質(zhì)。從現(xiàn)實(shí)意義角度出發(fā)考慮，這樣也可以使印染廢水在進(jìn)入膜分離系統(tǒng)之前得到初步處理，使出水水質(zhì)得到提高，從而進(jìn)一步提高膜的使用效率，增加膜的使用壽命，減少固定投資。熊小京等<18>采用厭氧好氧膜生物反應(yīng)器(A/O MBR)處理含蒽醌染料活性艷藍(lán)KN—R的印染廢水，結(jié)果表明，在進(jìn)水pH為9．0時(shí)，厭氧槽對脫色率的貢獻(xiàn)較大，而當(dāng)進(jìn)水pH在5．0～8．0范圍內(nèi)時(shí)．好氧槽對系統(tǒng)脫色率的貢獻(xiàn)較大。厭氧活性污泥對COD的去除效果基本上不受進(jìn)水pH的影響，處于較低水平。而好氧槽在進(jìn)水偏堿性時(shí)，膜對可溶性COD的截流作用更明顯。當(dāng)進(jìn)水pH在5．0～9．0范圍內(nèi)變化時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)對染料及COD的降解性能處于最佳狀態(tài)。

越來越多的研究表明，將不同的膜分離技術(shù)(如微濾、超濾、納濾等)相結(jié)合，或MBR與其他技術(shù)(如催化氧化技術(shù)、電化學(xué)法等)相結(jié)合，是印染廢水深度處理的一個(gè)研究方向。目前正在優(yōu)化和應(yīng)用的集成技術(shù)有MF/UF/RO集成系統(tǒng)、MBR+RO、抗污染反滲透復(fù)合膜等，另外還有離子交換、紫外線消毒等。鄂爾多斯羊絨集團(tuán)公司將用混凝陶瓷膜一納濾膜技術(shù)對印染廢水的二次出水進(jìn)行處理，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用聚合氯化鋁作為混凝劑，可防止廢水中的懸浮固體和膠體顆粒對陶瓷膜的污染，使陶瓷膜的化學(xué)清洗周期延長為一周一次；陶瓷膜保護(hù)納濾膜，使之不添加任何化學(xué)物也可以連續(xù)運(yùn)行。研究結(jié)果表明，水質(zhì)完全符合CJ/T 48— 1999《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。

我國MBR在印染廢水中的應(yīng)用已經(jīng)得到了越來越廣泛的重視。盡管現(xiàn)階段將其應(yīng)用于工程實(shí)踐還有一定的困難。但是相信隨著我國科技水平的不斷進(jìn)步。這一高效工藝必將在印染廢水處理領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。得到更加廣泛的應(yīng)用。

3 結(jié)語

MBR對印染廢水有著較好的處理效果，而且其出水可滿足中水回用的要求，既符合印染工業(yè)清潔生產(chǎn)的要求，也符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，因此，將MBR應(yīng)用于印染廢水處理。具有相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益，有重要的研究價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

從現(xiàn)階段看。我國MBR在印染廢水中的實(shí)際應(yīng)用以及膜的生產(chǎn)技術(shù)都與世界先進(jìn)水平有著一定的差距，還需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究，尤其是制約MBR廣泛應(yīng)用的膜污染問題，今后應(yīng)成為研究的重點(diǎn)，另外，開發(fā)高效、廉價(jià)的膜材料也是應(yīng)該努力的方向。

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