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膜生物反应技术在环境工程污水处理中的实践探究

2025-04-20 42 上传者：管理员

摘要：本研究旨在探究膜生物反应技术在环境工程污水处理中的应用，首先介绍了膜生物反应技术的原理和优势，之后分析了该技术的具体类型，最后探究了其在不同污水处理中的应用。结果表明，膜生物反应技术具有处理效率高、出水质量好、运行稳定性强等显著特点，能够满足环境工程污水处理的实际需求，期望能为相关人员提供有益参考。

关键词：
水污染
污水处理
污水排放
环境工程
膜生物反应技术
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随着工业化和城镇化进程的不断推进,我国的水污染形势日趋严峻｡污水排放不仅浪费了宝贵的水资源,而且还引发水体富营养化､生态环境恶化等一系列问题｡因此,建设高效的污水处理设施,消除水污染源头,是解决环境问题的关键｡近年来,膜生物反应技术因其处理效率高､能耗低､出水质量好等优点,逐渐成为环境工程污水处理领域的热门选择｡

1、膜生物反应技术的应用原理与优势

膜生物反应技术(MBR)是当前污水处理领域一项备受关注的创新技术,其通过将生物降解和膜分离技术高度融合,打破了传统工艺的瓶颈,实现了多方位的突破性进展｡在传统活性污泥法中,生物反应和固液分离是两个相对独立的环节｡微生物通过新陈代谢将有机污染物质转化,但产生的剩余污泥若不经高效分离,将严重影响出水水质｡而膜生物反应技术正是着眼于解决这一难题,利用膜组件的精细过滤作用,彻底分离出生物污泥,确保出水达标排放｡与此同时,膜单元的引入也为生物反应环节带来了优化｡由于污泥得以高效拦截,反应器内生物量可维持在较高水平,大幅提升了有机物的降解效率｡另外,部分难降解的溶解性污染物也可被膜截留在系统内,为微生物提供更充足的底物,促进彻底矿化分解[1]｡膜生物反应技术集成了生物降解和膜分离两大环节的优势,实现了协同增效｡不仅出水水质有了根本改善,而且在能耗､污泥减量等方面也有卓越表现｡

2、环境工程污水处理中膜生物反应技术的分类

2.1生物接触氧化技术

生物接触氧化技术作为一种利用微生物代谢降解有机污染物的传统生物处理方法,在环境工程污水处理领域备受重视｡该技术的核心原理是引入氧气或其他氧化剂,为微生物提供必需的氧气,促使它们将废水中的有机物质转化为二氧化碳和水等较为无害的物质｡与高度技术化的处理方式相比,生物接触氧化技术操作相对简单,投资成本较低,适用于基础的污水处理需求｡然而,这一技术也面临一些挑战,如微生物种群控制､污泥处理等｡因此,在实践中需要根据具体情况对工艺参数进行优化,以提高处理效率和稳定性｡此外,随着环保要求的不断提高,单一的生物接触氧化技术可能难以满足日益严格的排放标准｡因此,将其与其他先进技术相结合,构建混合处理工艺,已成为行业内的一种发展趋势｡

2.2气浮等膜生物反应组合技术

气浮技术作为一种高效的固液分离方法,在环境工程污水处理领域发挥着重要作用｡该技术的关键是通过注入气体形成微小气泡,利用气泡的浮力作用将污水中的悬浮颗粒和浮游物质吸附在气泡表面,从而实现固液分离｡气浮系统的优势在于处理效率高､占地面积小､自动化程度高｡在运行过程中,气泡将携带着附着的污染物向上升浮,形成可快速沉降的浮渣,从而大幅缩短了传统重力沉淀所需的时间[2]｡因此,气浮技术尤其适用于处理高浓度悬浮物和浊度较高的工业废水,能够迅速改善水质｡

然而,单一的气浮技术难以彻底去除废水中的难降解有机物和微污染物｡为了进一步提高处理效果,气浮技术常与膜生物反应器(MBR)相结合,在MBR系统前端作为预处理单元｡通过气浮先行去除大部分悬浮物,减轻MBR的负荷,这不仅能延长膜寿命,还能充分发挥MBR在有机物降解方面的优势,实现对难降解物质的深度处理｡

2.3曝气生物滤池技术

曝气生物滤池技术的核心在于通过曝气系统将氧气供给至反应器内,为滤料表面的微生物提供充足的氧气,促进其对有机污染物的降解｡在曝气生物滤池中,污水首先被均匀分布至填料层,在与填料表面的生物膜接触时发生物理过滤和生物降解作用｡同时,曝气系统向反应器内持续供氧,保证微生物代谢所需的氧气,使之能够高效地将有机物质矿化为二氧化碳和水等无害物质｡与传统活性污泥法相比,曝气生物滤池占地面积小､运行成本低､出水水质好且抗冲击负荷能力强,因此备受青睐｡但是,该技术在实际运行中也面临一些挑战,如生物膜控制､填料选择和曝气系统优化等[3]｡

以啤酒厂污水处理为例,因啤酒生产过程伴随大量高浓度有机废水的产生,若直接排放将对环境造成严重污染｡为实现资源化利用和达标排放,可以采用曝气生物滤池工艺深度处理废水｡具体是先将废水输送至调节池进行预处理,再进入水解酸化池将大分子有机物水解,最后在曝气生物滤池反应器内,生物膜对残留溶解性有机物进行吸附降解｡这一工艺不仅解决了啤酒厂废水排放难题,还可将废水中的有机质进行资源化利用,其中污泥可用于堆肥,上清液可回用于冲洗,实现了污水资源化和零排放[4]｡

3、膜生物反应技术在环境工程污水处理中的具体应用

3.1在生活污水处理中的应用

膜生物反应技术在生活污水处理领域的应用正日益广泛,具有独特的优势和发展前景｡与传统活性污泥法相比,MBR技术无须终端沉淀池,可以实现高效处理｡同时,出水水质卓越,满足严格的排放标准,为中水回用奠定了基础｡在实际运行中,MBR生活污水处理系统通常包括预处理､生物反应和膜分离三个主要环节｡预处理阶段包括格栅､沉砂池等单元,可去除较大颗粒物和部分可沉渣,保护后续系统[5]｡之后,污水进入生物反应池,在有氧或缺氧条件下,微生物菌剂与污水充分接触,将可生化降解的有机物矿化分解｡值得重点关注的是膜分离单元的作用｡采用中空纤维膜或平板膜等先进膜材料,能够高效截留残留的有机物､悬浮物和大分子污染物,确保出水达标排放｡与此同时,膜单元还能将生物污泥和清液很好地分离,实现污泥的富集和回流,大幅提高反应效率[6]｡

在污泥处理方面,MBR系统可采用长时间污泥龄和高污泥浓度的运行模式,既能避免污泥膨胀的风险,又可增强系统抗冲击负荷能力｡另外,其产生的剩余污泥量少,还能减轻后续的污泥处理负担｡近年来,我国已在多个城市建设了大型MBR生活污水处理厂,如北京房山区日处理2万t的MBR厂,上海青浦区日处理5万t的MBR厂等,充分展示了该技术在实际应用中的卓越表现,为生活污水的资源化利用提供了有力支撑｡

3.2在工业污水处理中的应用

工业生产过程中产生的污水具有极大的复杂性和难处理性,不仅含有大量难降解的有机物和重金属离子,而且通常还伴有较高的盐度和异常的pH值,这些特性使得传统的物理化学和生物处理方法难以取得理想的处理效果｡因此,采用膜生物反应器技术处理工业污水显得尤为必要｡

在应用膜生物反应器处理工业污水时,需要根据污水的具体成分特征对反应器进行优化设计｡例如,对于含有难降解有机物(如EDTA)的污水,可采用厌氧-好氧膜生物反应器工艺,该工艺先在缺氧环境下利用厌氧微生物进行预处理,将复杂有机物分解为甲烷等小分子;随后在好氧条件下,将残留的有机污染物进一步矿化降解｡这种两段式处理方式不仅可以高效去除难降解有机污染物,而且还具有较强的抗冲击负荷能力,在面临毒性物质影响时仍能保持系统的稳定运行[7]｡

3.3在油污水处理中的应用

油污水作为工业生产中的一种常见类型污水,由于含有大量油类物质,为传统的污水处理带来了巨大挑战｡油污水中的油类可能存在自由油､乳化油､溶解油等多种状态,化学组分复杂,难以被有效去除｡特别是乳化油,由于具有较小的分子尺寸和亲水性,常规的物理分离手段很难对其进行深度净化处理｡针对油污水的特殊性,膜生物反应技术因其独特的工艺优势而备受关注｡在MBR系统中,污水首先进入生物反应池,经过曝气等措施为微生物提供充足的氧气,促进其对可降解性油类物质的矿化分解作用｡与此同时,反应池中投加的有机絮凝剂能够将水中的小分子油类聚合成较大的团聚体[8]｡

接下来,混合液进入膜分离单元,采用精密的微滤或纳滤膜对其进行过滤分离｡由于乳化油和絮凝体的尺寸较大,能被膜孔径有效拦截,从而实现深度净化｡而对于游离态和溶解态的油类,膜表面负责的生物膜也能通过吸附作用对其进行去除｡需要注意的是MBR系统中的膜单元还能将生物污泥与出水很好地分离,实现污泥的富集,提高了生物反应的效率[9]｡

3.4在医院污水处理中的应用

医院污水具有一定复杂性和危害性,其中不仅含有大量的有机物和悬浮颗粒物,还可能存在病原微生物､药物残留等有毒有害物质｡如果这些污染物未经合理处理就直接排放,将给周边环境和公众健康带来严重的风险隐患｡因此,对医院污水进行高效､彻底的处理就显得尤为重要[10]｡

膜生物反应器技术正是应对医院污水处理挑战的有力武器,采用微孔膜或超滤膜对污水进行固液分离,能够有效拦截悬浮物､胶体和微生物等污染物,确保出水水质清洁卫生｡在生物反应器单元中,微生物可以高效降解医院污水中的有机物质,将其转化为无害的二氧化碳和水等稳定物质,从根本上降低了有机物的浓度｡除了去除悬浮物和降解有机物之外,MBR系统还具备很强的除菌和消毒能力｡超滤膜本身就能拦截大部分细菌,而生物反应器中复杂的微生物群落又能降解和吸附部分病毒,从而有效提高出水的卫生安全水平｡对于一些难以被生物降解的持久性有机污染物,还可以在MBR后端增设臭氧氧化等深度处理单元,以彻底去除它们[11]｡

4、结论

综上所述,在环境工程污水处理中,膜生物反应技术发挥了重要的作用,其不但具有强大的处理能力,还能保证出水质量在相关排放标准之内,为我国环境工程的绿色可持续发展贡献了重要力量｡将来膜生物反应技术必将在污染防治和生态建设中发挥越来越重要的作用,为建设美丽中国注入新的动力｡

参考文献:

[1]李文杰.膜生物反应技术在环境工程分散式农村生活污水处理中的应用[J].皮革制作与环保科技,2023,4(17):96-98.

[2]马刚.膜生物反应技术在环境工程污水处理中的应用——以THELUS污水站为例[J].工程技术研究,2022,7(9):65-67.

[3]陈斌.污水处理中的膜生物反应技术[J].化学工程与装备,2022(4):281-283.

[4]谢胜.环境工程污水处理中的膜生物反应技术[J].山西化工,2021,41(5):277-279.

[5]王广,张雪梅,张志豪.化工污水处理中膜技术的应用[J].化工设计通讯,2021,47(3):165-166.

[6]徐黎黎.膜生物反应技术在生活污水处理中的应用优势[J].化工管理,2020(32):103-104.

[7]辛成家.环境工程污水处理中膜生物反应技术的应用[J].生物化工,2023,9(2):207-210.

[8]郭东蕊,刘一男.环境工程水处理中超滤膜技术的运用[J].科技风,2021,(2):97-98.

[9]谭文博,张光芝.膜生物技术在水处理中的应用探讨[J].科技创新导报,2019,16(5):125-126.