膜生物反應器(MembraneBioreactor,簡稱MBR),是集高效膜分離技術(shù)和生物反應的生物降解為一體的生物化學反應系統(tǒng)。它用膜組件替代傳統(tǒng)活性污泥法中的沉淀池,實現(xiàn)泥水分離,從而對廢水進行處理,具有固液分離率高、出水水質(zhì)好、處理效率高、占地空間小和運行管理簡單等特點。目前,我國研究的膜生物反應器(MBR)主要用于固液分離與截留,即分離膜反應器，按照膜單元的放置,MBR分為外置式[循環(huán)式,圖a和浸沒式(一體式,圖b）;按照是否需要氧,又可分為好氧和厭氧膜生物反應器。

       外置式膜生物反應器(RMBR)的特點是：膜組件自成體系,運行穩(wěn)定可靠,膜通量大,清洗、更換和增設方便等。其缺點是泵高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切力,會使某些微生物細菌體失活,而且一般條件下,為減少污染物在膜表面的沉積,由循環(huán)泵提供的水流流速都較高,因此動力消耗也較大。浸沒式膜生物反應器(SMBR)最大的特點是：運行費用低,中空纖維式膜組件由于體積小、組裝靈活,可分組設置成若干框架結(jié)構(gòu),便于從曝氣池中拿出,。膜組件和生物反應器的結(jié)合,使MBR具有許多優(yōu)點:膜能將活性污泥完全截留在反應器內(nèi),因此污泥濃度高,大大提高了反應速率,增強了系統(tǒng)的耐沖擊力,還減少了污泥的產(chǎn)生量;實現(xiàn)了SRT(泥齡)和HRT(水力停留時間)的分別控制,有利于自動化控制,提高污染物停留時間,一些難降解的大分子顆粒狀物質(zhì)和活性大分子化合物也能被膜截留下來;增加了生長時間較長的細菌,如硝化菌和亞硝化菌等,因此MBR脫氮除磷效果比傳統(tǒng)活性污泥法大為增強。

       我國是紡織大國,印染行業(yè)每天有400多萬噸的廢水排放,占工業(yè)廢水的1/10,且每年要耗用100多億噸清潔水,是我國用水量大、排放量大的工業(yè)部門之一。按1t印染廢水污染20t清潔水體計算,每年未達標排放的廢水又會污染清潔水150億噸。印染廢水具有“高濃度、高色度、高pH值、難降解和多變化”等五大特征,其處理難度主要集中在以下兩個方面。

1. COD(化學需氧量)難以降低加工生產(chǎn)中運用的助劑(滲透劑、助染劑等),95%以上滯留在印染廢水中,造成COD濃度高。染料廢水中的污染物以有機物為主,理論上大部分可生化,但其水質(zhì)BOD(生物需氧量)與COD比值一般較低,因此可生化而又不易生化。2. 曝氣池活性污泥對多變化的染料中間體廢水的馴化、適應也不甚容易。這些都是印染廢水難以被有效降解,凈化后水質(zhì)COD值仍然偏高的癥結(jié)所在。如何提高COD去除率,是印染廢水亟待解決的難題之一。

2.  有機物質(zhì),無論其對微生物有無抑制作用,都不能被微生物攝食。而在實際生產(chǎn)運行中,這類有機物質(zhì)經(jīng)多次生化仍難以大量去除,凈化后的COD值仍然較高。我國科技工作者在對江、浙、滬、閩、魯和粵等主要紡織地區(qū)調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn),目前國內(nèi)大部分印染企業(yè)為提高COD去除率,通常采用增加絮凝和生化反應時間的方法,即所謂“生化再生化”、“絮凝再絮凝”。這將導致污水處理工程占地面積大、流程長、工程費用高,而處理效果也難以令人滿意。在上海、山東、遼寧等地,一些企業(yè)把并聯(lián)曝氣池改為串聯(lián)運行,生化處理效率有所提高,但污水凈化程度的提高相當有限。

3. 高色度廢水難以脫色,近年來,國內(nèi)外對染料、顏料類工業(yè)廢水的脫色方法進行了大量技術(shù)研究,總結(jié)出了許多行之有效的脫色技術(shù),如絮凝法、吸附法、氯氣和次氯酸鈉法等。這些技術(shù)針對性較強,對不同的廢水處理都能取得一定的效果。但是,由于印染廢水中含有的染料及其中間體品種多、類別復雜,在處理上有相當難度。加之國產(chǎn)染料上染率較低,印染生產(chǎn)企業(yè)一般都會超量投加,導致染色后剩余染料較多,不但造成資源浪費,而且產(chǎn)污量比發(fā)達國家多近一倍,加劇了廢水污染的程度。

   
   

迄今為止,我國在MBR處理印染廢水方面的研究主要有以下特點:

(1) 總體研究量少,研究面相對較窄,多數(shù)研究集中在處理效果上,對反應機理研究甚少,涉及膜污染方面的內(nèi)容也不多;

(2) 研究規(guī)模主要為小試和中試,大多數(shù)是在實驗室完成的,有的甚至采用模擬印染廢水,與實際偏差較大,工程實際應用研究極少;

(3) 在工藝方面,基本上為好氧MBR與其它工藝組合處理印染廢水,MBR技術(shù)優(yōu)勢沒有完全體現(xiàn);

(4) 高校在該項研究中占主要力量,如東華大學和天津工業(yè)大學,前者前身是中國紡織大學,與紡織印染行業(yè)聯(lián)系緊密,后者直屬企業(yè)天津工大膜天膜集團公司,是我國膜行業(yè)的佼佼者,他們開展該方面的研究均與其特殊的身份有關(guān)。

隨著染料工業(yè)的飛速發(fā)展和技術(shù)的進步,新型助劑、染料等在印染行業(yè)中被大量使用,難降解有毒有機組分的含量也越來越多。MBR技術(shù)的研究將集中在

(1)膜污染機理的研究和預防,保持膜通量的基礎上降低運行和維護成本;

(2)新型膜材料的研究和開發(fā);

(3)自動化程度的進一步提高等。

(4)由于MBR技術(shù)對印染廢水處理有較強的適用性,MBR工藝處理印染廢水的研究和應用將越來越多。

(5)多樣化的組合工藝與MBR工藝組合處理印染廢水,可彌補MBR技術(shù)的不足,充分發(fā)揮其作用。單獨采用MBR工藝處理印染廢水也將會是未來研究的一個新方向。

(6)MBR技術(shù)處理印染廢水將會更多地應用到實際工程中,小處理量的成型MBR設備將會出現(xiàn),并被推廣應用于小型分散型印染企業(yè)。

        MBR作為一種較新的印染廢水處理系統(tǒng),由于其諸多優(yōu)點而得到廣泛的研究和應用。印染廢水的特點與MBR工藝有著良好的切合點,隨著MBR技術(shù)研究的發(fā)展和印染行業(yè)清潔生產(chǎn)的倡導,采用MBR技術(shù)處理印染廢水將會有良好的應用前景,其對印染行業(yè)清潔生產(chǎn)的實現(xiàn)也將作出重要貢獻。