关于TMBR技术在设计应用中的问题分析
摘要：膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor, 简称MBR）是当今世界公认的先进的污水处理和污水资源化技术，它是将膜分离技术中的超滤、微滤或纳滤膜组件 与污水生物处理中的生物反应器相互结合而形成的新型处理系统。TMBR工艺全称是外置式膜生物反应器，是一种区别于常规MBR（膜生物反应器）工艺的另一种膜技术与生化处理技术相结合的污水处理工艺。本文介绍了TMBR工艺及其特点以及与MBR工艺的联系和区别，着重阐述了TMBR工艺在设计和实际应用当中容易忽略和不被重视的问题及解决办法，提出了TMBR工艺的研究发展方向。
关键词：TMBR技术，问题及解决
Abstract: the Membrane bioreactor (Membrane Bio-Reactor, hereinafter referred to as the MBR) is the world recognized advanced sewage treatment and wastewater reuse technology, it is the ultrafiltration Membrane separation technology, micro filter or nanofiltration Membrane components and biological wastewater treatment of the biological Reactor with each other and form new processing system. TMBR process full name is the external type of membrane bioreactor, is a kind of difference in the conventional MBR (memb
rane bioreactor) process of another kind of membrane technology and biological treatment technology of the combined wastewater treatment process. This paper introduces the TMBR process and characteristics and the MBR process the relation and distinction between, emphatically elaborated the TMBR technology in the design and practical use of easy to ignore and not be paying more attention to the problems and solutions, and put forward the developing direction of the research TMBR process.
Key words: TMBR technology, problems and solutions
 
一、    TMBR技术简介
膜是一种清洁生产技术，主要起分离作用。它的功能就是把一种物质和另一种物质分离开。膜分离技术是近几十年发展起来的高新技术，这些年发展尤为迅速。膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor, 简称MBR）是当今世界公认的先进的污水处理和污水资源化技术，它是将膜分离技术中的超滤、微滤或纳滤膜组件与污水生物处理中的生物反应器相互结
合而形成的新型处理系统。这种集成式组合新工艺把生物反应器的生物降解作用和膜的高效分离技术溶于一体。
1.1技术背景：
全球范围内淡水资源的时空分布非常不均匀，许多地区淡水资源严重匮乏。而且随着工业化和城市化进程的快速发展，用水量以及污水排放量都在迅速增加，因此，污水的资源化利用已成为应对水资源短缺和减少污染排放的必由之路。近些年来，许多国家都积极开发废水综合处理和回用技术，其中，MBR是20世纪末发展起来的最具潜力的废水资源化再生利用技术之一。
MBR技术的最佳适用范围为：出水水质要求高的项目；处理出水有回用要求的项目（污水资源化项目）；工程用地比较紧张的项目；高浓度有机废水项目。该技术的出现是对我国传统污水治理理念和污水处理技术的一次颠覆和带来的一场伟大变革， 将对中国的水处理行业和环境保护产业带来深层次的巨大影响；同时，它也使水处理行业从工程化向设备化和产业化成为可能。
1.2发展现状：
20世纪90年代初期，MBR开始应用于欧洲的工业废水处理，而城市污水的处理自1996年开始启动。在2002-2005的三年间，欧洲MBR污水处理工程的数量以每年70个以上的数量增加，其中工业废水MBR处理系统50个以上，城市污水MBR处理系统20个以上。美国和加拿大的MBR市场在下一个十年里也会持续增长，2004～2006年间，美国MBR市场的发展速度明显高于其他水工业。东亚地区也是MBR极为重要的市场，中国、日本和韩国均有大量的MBR工程应用。特别是中国，已经有多个正在运行和建设中的万吨级MBR工程项目，并会在将来MBR全球市场发展中占据越来越重要的位置。截至到2005年，韩国已有1400多个MBR装置。
我国MBR技术的发展历史几乎与国外接近，除了早期与国外有差距外， 但是最近几年在技术应用方面与国外几乎同步，并且在部分领域在世界上有领先优势， 因为中国对于MBR技术的需求远比国外迫切且市场潜力巨大。主要发展阶段如下：
1990～2000：实验室阶段，小试、中试、示范工程；
2000～2003：每天百吨级的规模，主要用于小区楼宇、工业等领域；
2003～2005：每天千吨级的规模开始应用，主要用于城市污水和工业污水领域；
2004～2005：每天万吨级的规模工程的可行性研究阶段，并为实施做准备。主要用于城市污水和工业污水领域；
2005～2006： 开始实施每天上万吨级的规模工程的工程设计、建设、运行阶段。主要用于城市污水和工业污水领域；
2006～现在：大规模实施每天数万吨级的规模工程的工程设计、建设、运行，主要用于城市污水和工业污水领域。
1.3应用领域：
现在，MBR已应用于以下领域：
城市污水处理及建筑中水回用
中水回用，在水资源严重短缺的当今利，会有着重要意义。MBR中膜组件具有良好的固液分离效果，处出水中的COD、BOD、NH-N、浊度均达到或优于城市杂用水水质标准或工业回用水指标要求。
工业废水处理
MBR作为一种强化的生物处理工艺，在工业废水处理中也受到重视，尤其是处理高浓度易降解有机废水、有毒难降解有机废水。
在处理高浓度易降解有机废水方面膜生物反应器对COD的去除是通过膜和活性污泥共同作用达到的。膜分离技术对不溶性有机物的截留对COD去除有一定的去除效果。并且膜生物反应器较好地解决水力停留时间和污泥停留时间的相互制约问题，使反应系统可获得较高的污泥浓度，从而使膜生物反应器比传统的废水生物处理工艺有更好的处理效果。
在处理有毒难降解有机废水方面，许多工业废水中含有烃类和表面活性剂等污染物，例如炼油、冶金漂洗、压缩制冷、润滑和冷却剂加工等工业的排放废水。目前传统的污水处理法通常不能彻底去除这种废水中稳定化状态的烃类化合物。MBR工艺可以克服这些缺点，处理这种废水具有一定优势。
微污染饮用水净化
随着氮肥与杀虫剂在农业中的广泛应用，饮用水也不同程度受到污染。LyonnaisedesEaux
公司在90年代中期开发出同时具有生物脱氮、吸附杀虫剂、去除浊度功能的MBR工艺，max中reactor1995年该公司在法国的Douchy建成了日产饮用水400m3的工厂。出水中氮浓度低于0.1mgNO2/L，杀虫剂浓度低于0.02μg/L。
粪便污水处理
粪便污水中有机物含量很高，传统的反硝化处理要求有很高的污泥浓度，固液分离不稳定，影响三级处理的效果。MBR则在处理粪便污水上有很大的优势，处理粪便污水时污泥质量浓度高、容积负荷大，生物降解及膜分离单元的水力循环使生物反应器能维持在一定温度，一般为36℃左右，这有利于生化降解效率的提高。日本崎玉县越谷市采用该工艺处理粪便污水，污水经系统处理后，出水不含固形物，COD与度大幅度削减，反应器的污泥质量浓度可高达15,000～l8,000 mg／L左右，且系统运行稳定。
土地填埋场/堆肥渗滤液处理
土地填埋场/堆肥渗滤液含有高浓度的污染物，其水质和水量随气候条件与操作运行条件的变化而变化。MBR技术在1994年前就被多家污水处理厂用于该种污水的处理。通过MBR与RO
技术的结合，不仅能去除SS、有机物和氮，而且能有效去除盐类与重金属。最近美国Envirogen公司开发出一种MBR用于土地填埋场渗滤液的处理，并在新泽西建成一个日处理能力为40万加仑(约1500m3/d)的装置，在2000年底投入运行。该种MBR使用一种自然存在的混合菌来分解渗滤液中的烃和氯代化合物，其处理污染物的浓度为常规废水处理装置的50～100倍。能达到这一处理效果的原因是，MBR能够保留高效细菌并使细菌浓度达到50,000g/L。在现场中试中，进液COD为几百至40,000mg/L，污染物的去除率达90%以上。
MBR技术是中水回用的首选工艺。
1.4 TMBR
根据膜组件设置的相对位置，MBR工艺分为内置式和外置式。TMBR工艺全称是外置式膜生物反应器，是一种区别于常规MBR（膜生物反应器）工艺的另一种膜技术与生化处理技术相结合的工艺。
TMBR与常规MBR工艺的相同点在于：首先是通过生化单元利用微生物将有机物降解，然后通过膜的分离过滤作用，实现泥水分离，从而使出水水质得到强化净化，使生化出水一步达到或接近超滤膜产水水质。
TMBR与常规MBR工艺的区别在于：所采用的膜为管式膜，膜管直径可达到5-12mm，与生化单元结合方式为外置式，即膜单元布置在生化单元池体外部，从而实现了膜单元与生化单元的相对独立。
TMBR与常规MBR工艺相比，其优点在于：膜清洗便捷，劳动强度小，膜污堵可能性小，无断丝现象，污堵后可实现机械清洗，生化单元工艺配置灵活，容易实现自动化控制等。
TMBR与常规MBR工艺相比，其弊端在于：膜单元循环水量大，能耗高。
TMBR工艺示意图如下所示：
TMBR工艺示意图
TMBR工艺主流程如下所示：
预处理单元需根据不同的废水性质进行设计，对于毛发及长纤维类污染物的去除经常被忽略或不被重视，需要着重考虑，此点在后续问题分析中将详细阐述。生化单元可根据需要选用A/O、A2/O、氧化沟、CASS、SBR等活性污泥处理工艺。保安过滤主要作用为去除水中较
大的颗粒类污染物质（过滤孔径0.8mm左右），以保护膜管不遭到划伤等损坏。膜循环泵主要作用为给泥水混合物提供足够的动力，防止污泥在管式膜内沉积，同时利用污泥及水流的冲刷作用，去除膜过滤层表面的污染物，降低膜的污染。
二、    常见问题及解决方法
在实际设计应用中，常出现各种各样的问题，从而使该技术的优势被弱化，甚至出现整个系统的运行异常及膜寿命缩短等严重问题。现结合实际工程经验，对TMBR技术在设计应用中常出现的问题进行分析，并提出针对性的解决意见。
2.1毛发、纤维类物质堵塞问题
常规水处理工艺中，预处理单元的主要目的是去除水中大颗粒、无机类污染物质，降低后续处理单元的负荷，保护设备的正常运行。当主体工艺采用TMBR时，需要着重考虑废水中毛发、纤维等絮状污染物质的去除，该类物质虽然不会造成水泵等设备的堵塞，其难生化降解性也不会增加生化单元中有机物处理负荷，但该类污染物如果不能有效去除，在保安过滤设备很容易造成滤网的堵塞，从而增加滤网的清洗频率，增加劳动负荷。且在压力管道系统中，
该类污染物会部分穿透保安过滤器进入到膜系统中，并逐渐在膜进口端累积，从而使膜管中污水流量迅速降低，污泥逐渐在膜管中沉积，两负面作用相辅相成，最终在膜系统的整体压力条件下实现了类似污泥过滤脱水的过程，从而造成膜管的完全堵塞，致使膜整体的产水量降低，情况严重时便需要通过人工机械清理方式进行清洗，而人工机械清理往往会对膜管造成损伤。因该种原因造成污堵的实际情况可由工程照片完全反应出来，如下图：

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