MBR平板膜在新农村建设污水处理中的应用
来源：重庆吉创科技有限公司 阅读：5559 更新时间：2012-11-08 14:43
当前我国农村的基础设施建设十分落后，人居环境差，生活污水随意排放。此外污水处理效率低，间歇排放量少且分散，氮、磷浓度高，含有大量的营养盐、细菌、病毒等特点，给农村污水的收集和处理带来了一定的难度。寻求一种经济合理的处理工艺，加强农村生活污水的处理与回用，是社会主义新农村建设的重要内容。文章对MBR平板膜在生活污水处理中的应用及实际运用于无锡市（宜兴市）丁蜀镇尹家村生活污水处理的情况进行了简单介绍，该村采用MBR工艺， 处理出水优于国家一级A排放标准。
1 引言
据报道，目前全国农村每年有超过2500万吨的生活污水直接排放，造成河流、水塘污染。与城市相比，我国农村的基础设施建设十分落后，人居环境差，环境安全隐患与问题突出，严重影响村民居住环境和身体健康。
因此，重视与加强农村地区的污水排放收集和处理设施建设工作，避免因污水未经处理直接排放而对农村地区的水体、土地等自然环境产生污染，确保农村水源安全和农民身体健康，既是新农村建设中加强基础设施建设，推进村庄整治工作的一项重要内容，同时也是当前农村人居环境改善工作中所要解决的最迫切、最突出的问题。
2 农村污水排放特点
农村生活污水包括洗涤、沐浴、厨房炊事、粪便及其冲洗等排水[4]。
建设部《村庄人居环境现状与问题》调查报告，对我国具有代表性的9个省43个县74个村庄的入村入户调查显示，96%的村庄没有排水渠道和污水处理系统，生产生活污水随意排放。
农村污水处理率低，面广分散、来源多、水质水量变化大、间歇排放排量少，这是农村污水的典型特征，此外，氮、磷浓度高并含有大量的营养盐、细菌、病毒等特点，给农村污水的收集和处理带来了一定的难度。
3 农村污水处理工艺
我国地域发展不平衡，不同地域间农村差别较大，加之农村地区长期以来形成的居住方式、生活习惯等方面的差异，使得污水处理方式不能过于单一，而应根据农村具体现状、特点、风俗习惯以及自然、经济与社会条件，因地制宜地采用多元化的污水处理模式。
农村污水处理工艺选择时应重点考虑以下因素：
1）满足当前达标处理与今后再生利用需要。针对农村地区的地形地势、道路交通条件以及居民住宅建设布局等具体不同情况，探索因地制宜的农村污水收集处理方式，既解决当前村庄污水达标处理排放问题，又充分考虑今后污水处理回用的需要，节约水资源、保护水环境，促进农村地区的社会经济发展与资源、环境相协调，这是确定农村地区污水处理方式首先应考虑的因素。
2）农村生活污水不像城市污水具有连续性，一般早、中、晚家庭用水较多，上午8点到10点达到高峰期，因为要使生活污水分散处理达到国家排放标准或者回用标准，在技术上要实现抗冲击性。
3）应运行操作简便，日常维护管理简单。针对广大农村地区经济基础薄弱、从业人员技术和管理水平较低的现状，污水处理技术选择应特别注重选用简便易行、自动化控制水平很高、运行稳定、维护管理方便，利用当地技术和管理力量能够满足正常运行需要的处理工艺。
依据新农村建设对污水处理的要求， MBR污水处理技术凭借其具有占地面积小，运行简单，即开即停，投资少，运行费用低，工艺流程短等绝对优势，越来越多应用于农村污水处理场合。
目前，日本农村生活污水处理多采用膜生物反应器法，污水处理装置体积小，操作运行简单，目前日本已安装有800万个小型净化装置，服务人口3600万，从污水分离出的污泥可运至农田做肥料。
4 MBR技术简介
MBR（膜生物反应器技术）是一种微生物与膜分离技术相结合的高效生化水处理技术[11]。
4.1 MBR国内外发展史
20世纪60年代后期，Dorr-Oliver公司开发研制了第一个商用MBR，并将其应用于船舶污水处理（Bemberis et al，1971）。20世纪80年代末到90年代初，MBR工艺的商业化进程在各环保公司陆续展开。目前MBR工艺已在欧美、日本等发达国家得到了大规模的应用。
MBR技术在我国起步较晚，上世纪90年代初至2000年，仅止步于实验室、小试、中试阶段，2000年至2005年，MBR技术主要用于需废水回用的小规模工业应用阶段，处理量在百吨/天至千吨/天之间，2005年以后，由于中水回用等越来越受到国内的中试，MBR技术受到越来越多人的认可，作为21世纪水处理新技术之一，其在国内迅速发展起来。
4.2 MBR平板膜技术特点及优势
迄今为止，在MBR工艺应用中，有两大类型的淹没式膜组件技术，即平板膜组件和中空纤维膜组件[14]，两者均以由外而内渗透为特征，实际应用分析表明，中空纤维膜在市场中占了大部分比例，从经济等因素分析更适合于较大规模的污水处理厂。但近年来，随着平板膜越来越多优势的凸显，部分大型工程舍弃中空纤维膜而采用平板膜。
对比于中空纤维膜，平板膜优势如下：
1) 中空纤维膜的成本是平板膜的1/2至1/3，但中空膜易污堵、断丝，使用寿命一般只有1～3年，而平板膜使用寿命可达5～8年，是中空膜的3～4倍。
2) 中空纤维膜需频繁清洗，一般1-2个月一次，而且必须采用离线清洗，后期维护工作量较大，配置人员较多；而平板膜可采用在线清洗，清洗周期一般为3-6个月，操作简便，通过阀门控制，仅1人即可操作完成。
3) 较之中空膜，平板膜的抗污染能力强，机械强度高。
故在大规模工程中，虽然使用平板膜的初期投资成本高，但是后期维修费用和人工投入较小，且管理方便。
MBR平板膜技术具有适用范围广、综合运行成本低、系统性能稳定，占地面积小等特点，分离效果远优于传统二沉池，处理出水极其清澈，悬浮物和浊度接近于零，细菌和病毒被大幅去除，出水水质可以直接作为非饮用水进行回用。在生活污水方面设计城市污水、楼宇污水、公厕污水、污水厂升级改造及其他有回用要求的污水处理场合。采用MBR污水处理新工艺的最大优势是经处理后的排水可以作为中水回用，从而实现污水资源化及污水处理的零排放，解决了我国水资源极度匮乏的现状。
4.3 MBR运行方式
在发展过程中，第一代MBR是分置式流程（60-80年代），使用板式膜和管式膜，但由于膜成本高，运行费用大，应用受到限制。
第二代MBR采用一体化浸没式流程（80年代末以后），浸没放置，低压（抽吸或重力）出水，气液两相扰动，间歇运行，稳定运行时间长，运行能耗低，浸没MBR的形式一般为内浸没（与好氧反应器一体）和外浸没（与好氧反应器分置）。
按照膜组件与生物反应器的组合方式，MBR工艺运行形式主要为分置式、一体式和复合式三种。
1 ）分置式膜生物反应器
膜组件和生物反应器分开设置，生物反应器中的混合液经循环泵增压后打至膜组件的过滤端，在压力作用下混合液中的液体透过膜，成为系统处理水。
图1 分置式膜生物反应器示意图
2） 一体式膜生物反应器
膜组件置于生物反应器内部，进水进入膜生物反应器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，在负压作用下由膜过滤出水。
图2 一体式膜生物反应器示意图
3 ）复合式膜生物反应器
形式上也属于一体式膜生物反应器，所不同的是在生物反应器内加装填料，从而形成复合式膜生物反应器，改变了反应器的某些特性。
图3 复合式膜生物反应器示意图
5 应用实例
以无锡市（宜兴市）丁蜀镇尹家村农村生活污水处理示范工程为例。
丁蜀镇尹家村位于美丽的太湖之滨，属典型平原圩区，村域面积2.27平方公里，村内居民约400户，1200人。尹家村分散式污水处理工程包括污水管网系统和处理系统两部分，污水管网系统总约2000米，污水处理系统采用了 “膜生物反应器（MBR）”工艺，MBR出水排入人工景观湖（具有稳定塘功能），处理能力为60t/d，进出水水质如表1所示。
本处理单元的核心工艺MBR处理单元将生物反应器的生物降解和膜的高效分离技术融为一体，能有效去除各种悬浮颗粒、细菌、浊度和COD及有机物，是目前国内先进的集成式组合新工艺。污水经MBR处理工艺后，再进入人工湿地和稳定塘，通过生态系统的耦合作用，进一步提高了出水水质，确保达到国家一级A排放标准。
表1 进出水水质
水质指标（mg/L） CODcr BOD5 SS NH3-N TN TP pH 水温
进水水质 ≤350 ≤150 ≤150 ≤30 ≤40 ≤3 6-9 10-30℃
出水水质（一级A） ≤50 ≤10 ≤10 ≤5（8） ≤15 ≤0.5 — —
工艺流程图如图4所示：
图4 工艺流程图
6 总结
随着我国农村建设的不断完善，农村污水处理效率低的严峻问题日益被提上日程，考虑到我国的国情与水处理技术的进步，农村地区的污水处理必须充分考虑到土地资源、土壤、气候、作物与污水特性，结合当地实际，加大投资力度，保证新农村污水治理工程的长期稳定可持续运行。
1 引言
据报道，目前全国农村每年有超过2500万吨的生活污水直接排放，造成河流、水塘污染。与城市相比，我国农村的基础设施建设十分落后，人居环境差，环境安全隐患与问题突出，严重影响村民居住环境和身体健康。
因此，重视与加强农村地区的污水排放收集和处理设施建设工作，避免因污水未经处理直接排放而对农村地区的水体、土地等自然环境产生污染，确保农村水源安全和农民身体健康，既是新农村建设中加强基础设施建设，推进村庄整治工作的一项重要内容，同时也是当前农村人居环境改善工作中所要解决的最迫切、最突出的问题。
2 农村污水排放特点
农村生活污水包括洗涤、沐浴、厨房炊事、粪便及其冲洗等排水[4]。
建设部《村庄人居环境现状与问题》调查报告，对我国具有代表性的9个省43个县74个村庄的入村入户调查显示，96%的村庄没有排水渠道和污水处理系统，生产生活污水随意排放。
农村污水处理率低，面广分散、来源多、水质水量变化大、间歇排放排量少，这是农村污水的典型特征，此外，氮、磷浓度高并含有大量的营养盐、细菌、病毒等特点，给农村污水的收集和处理带来了一定的难度。
3 农村污水处理工艺
我国地域发展不平衡，不同地域间农村差别较大，加之农村地区长期以来形成的居住方式、生活习惯等方面的差异，使得污水处理方式不能过于单一，而应根据农村具体现状、特点、风俗习惯以及自然、经济与社会条件，因地制宜地采用多元化的污水处理模式。
农村污水处理工艺选择时应重点考虑以下因素：
1）满足当前达标处理与今后再生利用需要。针对农村地区的地形地势、道路交通条件以及居民住宅建设布局等具体不同情况，探索因地制宜的农村污水收集处理方式，既解决当前村庄污水达标处理排放问题，又充分考虑今后污水处理回用的需要，节约水资源、保护水环境，促进农村地区的社会经济发展与资源、环境相协调，这是确定农村地区污水处理方式首先应考虑的因素。
2）农村生活污水不像城市污水具有连续性，一般早、中、晚家庭用水较多，上午8点到10点达到高峰期，因为要使生活污水分散处理达到国家排放标准或者回用标准，在技术上要实现抗冲击性。
3）应运行操作简便，日常维护管理简单。针对广大农村地区经济基础薄弱、从业人员技术和管理水平较低的现状，污水处理技术选择应特别注重选用简便易行、自动化控制水平很高、运行稳定、维护管理方便，利用当地技术和管理力量能够满足正常运行需要的处理工艺。
依据新农村建设对污水处理的要求， MBR污水处理技术凭借其具有占地面积小，运行简单，即开即停，投资少，运行费用低，工艺流程短等绝对优势，越来越多应用于农村污水处理场合。
目前，日本农村生活污水处理多采用膜生物反应器法，污水处理装置体积小，操作运行简单，目前日本已安装有800万个小型净化装置，服务人口3600万，从污水分离出的污泥可运至农田做肥料。
4 MBR技术简介
MBR（膜生物反应器技术）是一种微生物与膜分离技术相结合的高效生化水处理技术[11]。
4.1 MBR国内外发展史
20世纪60年代后期，Dorr-Oliver公司开发研制了第一个商用MBR，并将其应用于船舶污水处理（Bemberis et al，1971）。20世纪80年代末到90年代初，MBR工艺的商业化进程在各环保公司陆续展开。目前MBR工艺已在欧美、日本等发达国家得到了大规模的应用。
MBR技术在我国起步较晚，上世纪90年代初至2000年，仅止步于实验室、小试、中试阶段，2000年至2005年，MBR技术主要用于需废水回用的小规模工业应用阶段，处理量在百吨/天至千吨/天之间，2005年以后，由于中水回用等越来越受到国内的中试，MBR技术受到越来越多人的认可，作为21世纪水处理新技术之一，其在国内迅速发展起来。
4.2 MBR平板膜技术特点及优势
迄今为止，在MBR工艺应用中，有两大类型的淹没式膜组件技术，即平板膜组件和中空纤维膜组件[14]，两者均以由外而内渗透为特征，实际应用分析表明，中空纤维膜在市场中占了大部分比例，从经济等因素分析更适合于较大规模的污水处理厂。但近年来，随着平板膜越来越多优势的凸显，部分大型工程舍弃中空纤维膜而采用平板膜。
对比于中空纤维膜，平板膜优势如下：
1) 中空纤维膜的成本是平板膜的1/2至1/3，但中空膜易污堵、断丝，使用寿命一般只有1～3年，而平板膜使用寿命可达5～8年，是中空膜的3～4倍。
2) 中空纤维膜需频繁清洗，一般1-2个月一次，而且必须采用离线清洗，后期维护工作量较大，配置人员较多；而平板膜可采用在线清洗，清洗周期一般为3-6个月，操作简便，通过阀门控制，仅1人即可操作完成。
3) 较之中空膜，平板膜的抗污染能力强，机械强度高。
故在大规模工程中，虽然使用平板膜的初期投资成本高，但是后期维修费用和人工投入较小，且管理方便。
MBR平板膜技术具有适用范围广、综合运行成本低、系统性能稳定，占地面积小等特点，分离效果远优于传统二沉池，处理出水极其清澈，悬浮物和浊度接近于零，细菌和病毒被大幅去除，出水水质可以直接作为非饮用水进行回用。在生活污水方面设计城市污水、楼宇污水、公厕污水、污水厂升级改造及其他有回用要求的污水处理场合。采用MBR污水处理新工艺的最大优势是经处理后的排水可以作为中水回用，从而实现污水资源化及污水处理的零排放，解决了我国水资源极度匮乏的现状。
4.3 MBR运行方式
在发展过程中，第一代MBR是分置式流程（60-80年代），使用板式膜和管式膜，但由于膜成本高，运行费用大，应用受到限制。
第二代MBR采用一体化浸没式流程（80年代末以后），浸没放置，低压（抽吸或重力）出水，气液两相扰动，间歇运行，稳定运行时间长，运行能耗低，浸没MBR的形式一般为内浸没（与好氧反应器一体）和外浸没（与好氧反应器分置）。
按照膜组件与生物反应器的组合方式，MBR工艺运行形式主要为分置式、一体式和复合式三种。
1 ）分置式膜生物反应器
膜组件和生物反应器分开设置，生物反应器中的混合液经循环泵增压后打至膜组件的过滤端，在压力作用下混合液中的液体透过膜，成为系统处理水。
图1 分置式膜生物反应器示意图2） 一体式膜生物反应器
膜组件置于生物反应器内部，进水进入膜生物反应器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，在负压作用下由膜过滤出水。
图2 一体式膜生物反应器示意图
3 ）复合式膜生物反应器
形式上也属于一体式膜生物反应器，所不同的是在生物反应器内加装填料，从而形成复合式膜生物反应器，改变了反应器的某些特性。
图3 复合式膜生物反应器示意图
5 应用实例
以无锡市（宜兴市）丁蜀镇尹家村农村生活污水处理示范工程为例。
丁蜀镇尹家村位于美丽的太湖之滨，属典型平原圩区，村域面积2.27平方公里，村内居民约400户，1200人。尹家村分散式污水处理工程包括污水管网系统和处理系统两部分，污水管网系统总约2000米，污水处理系统采用了 “膜生物反应器（MBR）”工艺，MBR出水排入人工景观湖（具有稳定塘功能），处理能力为60t/d，进出水水质如表1所示。
本处理单元的核心工艺MBR处理单元将生物反应器的生物降解和膜的高效分离技术融为一体，能有效去除各种悬浮颗粒、细菌、浊度和COD及有机物，是目前国内先进的集成式组合新工艺。污水经MBR处理工艺后，再进入人工湿地和稳定塘，通过生态系统的耦合作用，进一步提高了出水水质，确保达到国家一级A排放标准。
表1 进出水水质
水质指标（mg/L） CODcr BOD5 SS NH3-N TN TP pH 水温
进水水质 ≤350 ≤150 ≤150 ≤30 ≤40 ≤3 6-9 10-30℃
出水水质（一级A） ≤50 ≤10 ≤10 ≤5（8） ≤15 ≤0.5 — —
工艺流程图如图4所示：
图4 工艺流程图
6 总结
随着我国农村建设的不断完善，农村污水处理效率低的严峻问题日益被提上日程，考虑到我国的国情与水处理技术的进步，农村地区的污水处理必须充分考虑到土地资源、土壤、气候、作物与污水特性，结合当地实际，加大投资力度，保证新农村污水治理工程的长期稳定可持续运行。
