膜生物反應器(MembraneBioreactor，簡稱MBR)，是集高效膜分離技術和生物反應器的生物降解作用于一體的生物化學反應系統。它用膜組件替代傳統活性污泥法中的沉淀池，實現泥水分離，從而對廢水進行處理，具有固液分離率高、出水水質好、處理效率高、占地空間小和運行管理簡單等特點。我國對MBR的研究時間雖不長，但發展十分迅速[1]。
1 概述
1.1 膜生物反應器(MBR)
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，它是懸浮生長反應器和膜過濾裝置的結合。按照膜單元的放置，MBR分為外置式[循環式，圖1(a)和浸沒式(一體式，圖1(b)]；按照是否需要氧，又可分為好氧和厭氧膜生物反應器。
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外置式膜生物反應器(RMBR)的特點是，膜組件自成體系，運行穩定可靠，膜通量較大，清洗、更換和增設方便等。其缺點是泵高速旋轉產生的剪切力，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，由循環泵提供的水流流速都較高，因此動力消耗也較大。一體式膜生物反應器(SMBR)最大的特點是，運行費用低，但其膜通量相對也較低，易發生膜污染，膜組件的拆裝、清洗通常也較困難。不過，中空纖維式膜組件由于體積較小、組裝靈活，可分組設置成若干框架結構，便于從曝氣池中拿出，克服了不易拆裝的缺點。
膜組件和生物反應器的結合，使MBR具有許多優點：膜能將活性污泥完全截留在反應器內，因此污泥濃度高，大大提高了反應速率，增強了系統的耐沖擊力，還減少了污泥的產生量；實現了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活性污泥法大為增強[2]。
1.2 我國印染廢水情況
我國是紡織大國，印染行業每天有400多萬噸的廢水排放[1]，占工業廢水的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[3]，其處理難度主要集中在以下兩個方面。
1.2.1 COD(化學需氧量)難以降低
加工生產中運用的助劑(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。同時，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COD值仍然偏高的癥結所在。如何提高COD去除率，是印染廢水亟待解決的難題之一。印染廢水中還有一些有機物質，無論其對微生物有無抑制作用，都不能被微生物攝食。而在實際生產運行中，這類有機物質經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調研過程中發現，目前國內大部分印染企業為提高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，一些企業把并聯曝氣池改為串聯運行，生化處理效率有所提高，但污水凈化程度的提高相當有限。
1.2.2 高色度廢水難以脫色
近年來，國內外對染料、顏料類工業廢水的脫色方法進行了大量技術研究，總結出了許多行之有效的脫色技術，如絮凝法、吸附法、氯氣和次氯酸鈉法等。這些技術針對性較強，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。加之國產染料上染率較低，印染生產企業一般都會超量投加，導致染色后剩余染料較多，不但造成資源浪費，而且產污量比發達國家多近一倍，加劇了廢水污染的程度。同時可以查看中國污水處理工程網更多技術文檔。
從行業調查的情況看，目前我國印染廢水治理普遍存在脫色困難的問題。國內比較成熟的生物活性污泥池處理法和物理化學處理法等處理技術，都不同程度地存在各種各樣的問題，脫色效率都不高。
2 國內MBR工藝研究發展
如上所述，在印染廢水的處理中，傳統方法總存在COD降低不完全、色度去除率低和處理成本高等問題，而MBR技術在理論上則有較強的針對性。國際上將MBR應用于處理印染廢水，開始于處理生活污水和市政污水之后，發展相對緩慢。在國內，該方面的研究也并不多[4]，如圖2。
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20世紀90年代初期，中國科學院生態環境研究中心在國內率先采用分離式膜生物反應器對印染廢水進行處理研究[1]劉超翔等采用一體式膜生物反應器，對毛紡廢水處理進行了中試研究，系統出水COD<20mg/L，無SS，色度<4°，水質明顯優于原先采用接觸氧化工藝處理的出水[5]。中國科學院生態環境研究中心鄭祥等采用中試規模的厭氧-好氧膜生物反應器(A/OMBR)處理毛紡印染廢水，當HRT為7h時，進水CODBOD5分別為179~358mg/L和44.8~206mg/L。試驗系統對COD、BOD5、色度、濁度的平均去除率分別為92.1%、98.4%、60.7%、98.9%，出水水質濃度或指標值分別為20.2mg/L、1.6mg/L、25倍、0.51NTU，出水水質指標達到建設部生活雜用水水質標準(CJ2511289)[6]。仝攀瑞對MBR處理印染廢水的膜污染及清洗進行了研究。結果表明，膜污染主要是由膜表面凝膠層造成的；化學清洗的效果優于物理清洗(化學清洗能恢復膜通量約90%以上，而物理清洗僅能恢復膜通量約70%)；NaOH的清洗效果優于NaClO[7]。楊穎波等采用ABR-MBR組合工藝處理紡織廢水，在廢水COD為476~980mg/L、BOD5為113~392mg/L、色度為40~290倍、濁度為45~107NTU時，相應的出水指標分別為22.7mg/L、5.3mg/L、20.2倍、0.89NTU[8]。廈門大學洪俊明等采用A/O膜生物反應器組合工藝處理活性染料廢水，研究了在不同的基質濃度、染料濃度以及氨氮濃度下，A/OMBR對模擬印染廢水的降解特性。研究結果表明，該工藝對活性染料的脫色主要由厭氧槽的水解酸化來完成，而好氧槽主要起去除COD的作用；增加進水葡萄糖以及氨氮濃度，對染料的脫色率基本沒有影響[9]。東華大學王春玲等采用復合式MBR(與水解酸化聯用)對印染廢水進行處理研究，出水水質良好，且比較穩定，系統出水COD、氨氮、色度較低，無SS[10]。鄒海燕等為提高膜生物反應器(SMBR)的處理效果，在一體式膜生物反應器中加入氫氧化鐵絮體，提出了生物鐵-SMBR法，結果表明，與PAC-SMBR及普通SMBR法相比，生物鐵-SMBR法在提高印染廢水處理效果方面具有明顯的優勢；在其容積負荷比普通SMBR平均高25%的情況下，生物鐵-SMBR法對COD、染料、NH3-N(氨-氮)的去除率分別高1.0%、9.5%、5.2%；與普通SMBR相比，PAC-SMBR也能夠提高對印染廢水的處理效果，在其容積負荷比普通SMBR平均高6%的情況下，對COD、染料、NH3-N的去除率分別比普通SMBR要高0.6%、4.0%、5.3%[11]。天津工業大學膜天膜工程技術有限公司的胡維超采用酸化水解-電解絮凝-MBR工藝對印染廠污水處理系統進行了改造，工藝運行平穩，耐沖擊負荷較高；CODCr平均去除率達90%以上，色度平均去除率約95%，出水pH值為7~8，出水各項指標達到國家GB4287—1992《紡織印染行業污染物排放標準》一級標準[12]。
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容也不多；
(2)研究規模主要為小試和中試，大多數是在實驗室完成的，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技術優勢沒有完全體現；
(4)高校在該項研究中占主要力量，如東華大學和天津工業大學，前者前身是中國紡織大學，與紡織印染行業聯系緊密，后者直屬企業天津工大膜天膜集團公司，是我國膜行業的佼佼者，他們開展該方面的研究均與其特殊的身份有關。有印染廢水需要處理的單位，也可以到污水寶項目服務平臺咨詢具備類似污水處理經驗的企業。
3 MBR工藝的展望
未來MBR工藝的應用及其在印染廢水處理方面的發展，與我國印染行業的變化有很大的關系。當前及未來較長一段時間內，我國印染行業將呈現以下特點：
(1)行業規模越來越大，廢水產量也將隨之增長；
(2)在紡織業集中的東部沿海地區，已經形成了一些以中小企業為主體的市(縣)、鎮紡織產業集群，這些分散、小規模、以追求利潤為目標的中小企業對環境存在極大的威脅[3]；
(3)水質日趨復雜，隨著染料工業的飛速發展和后整理技術的進步，新型助劑、染料等在印染行業中被大量使用，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；
(3)自動化程度的進一步提高等。
膜技術作為21世紀最有前景的水處理技術，將有著更加廣泛的發展前景，未來MBR處理印染廢水的研究將呈現以下幾種趨勢；
(1)由于MBR技術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。
(2)多樣化的組合工藝與MBR工藝組合處理印染廢水，可彌補MBR技術的不足，充分發揮其作用。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。
(3)MBR技術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，并被推廣應用于小型分散型印染企業。
(4)深入研究MBR處理印染廢水過程中的污染情況，預防和降低膜污染，促進MBR在印染廢水處理中的應用。
(5)更多的社會科研機構和個人將會參與MBR技術處理印染廢水的研究。
4 總結
MBR作為一種較新的印染廢水處理系統，由于其諸多優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技術研究的發展和印染行業清潔生產的倡導，采用MBR技術處理印染廢水將會有良好的應用前景，其對印染行業清潔生產的實現也將作出重要貢獻。
參考文獻：
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[11] 鄒海燕，奚旦立.生物鐵-SMBR法處理印染廢水[J].印染，2005，31(23)：9-12.
[12] 胡維超.印染廢水的酸化水解-電解絮凝-MBR處理工藝[J].印染，2006，32(13)：27-30來源：谷騰水網
