摘要：污水生物处理是去除污水中有机污染物质的有效手段之一，MABR技术是一种新型污水生物处理技术，可以借助多种微生物新陈代谢作用，将污水中有机有害污染物质转化为稳定的无害化物质。基于MABR技术在污水处理中的运用流程，以某污水处理厂为实际案例，阐述了MABR技术在该厂污水处理中的运用方案。通过采用MABR技术，能够有效控制生物期氧气供应，实现硝化－反硝化作用，达到良好的脱氮效果，具有较高的推广应用价值。

　　关键词：MABR技术；污水处理；中空纤维膜

　　0引言

　　近年来，我国各地污水处理能力显著提升，在一定程度上缓解了我国水污染状况。与此同时，污水排放标准不断提高，对污水处理技术提出了更高的要求。MABR技术是一种先进的污水处理技术，可以形成独特的微生物群落附着生物膜，实现多种微生物协同净化污水，提高污水处理效率。因此，分析MABR技术在污水处理中的运用具有非常突出的现实意义。

　　1 MABR技术

　　MABR（Membrane aeration bio-reactor）膜曝气生物反应器，是气体分离膜技术与生物膜法水处理技术结合的一种新型污水处理技术。在MABR技术中，微生物生长载体、供氧渠道均为透气性膜（中空纤维膜），以膜为载体的曝气生物反应器可以为微生物生长提供足够空间，空气（或纯氧）通过中空纤维膜后被微生物利用，在中空纤维膜外侧形成的生物膜则与污水充分接触，吸附、氧化和分解污水中含有机物，达到净化污水的目的。生物膜在载体膜表面形成过程如图1所示。

　　由图一可知，生物膜在载体膜表面形成的第一步是液相中悬浮微生物向载体表面运送包括借助水利动力学向载体表面主动迁移、借助重力沉降作用或波浪运动向载体表面被动运送两种。在促成微生物、载体表面直接作用后，微生物与载体表面进入可逆附着环节，这一环节的微生物生长无法发挥主要作用，受微生物－载体间的自由能水平的直接影响。随后，微生物持续分泌黏性代谢物质，作为生物胶水保证微生物、载体之间充分接触，由可逆附着转变为不可逆附着。不可逆附着后，微生物在载体表面获得相对稳定生长环境，利用周边环境养分持续增殖，最终形成成熟生物膜。

　　2 MABR技术在污水处理中的运用流程

　　MABR技术在污水处理中的运用流程见图2。

　　运用MABR技术处理污水时，来自氧气瓶的氧气经阀门调节，以一定压力流出，经气体流量计、气体压力表进入生物膜组件上中空纤维膜内腔，并开始扩散在氧气扩散通过膜壁时被生物膜外壁微生物消耗。同时，源于反应池底部的污水经循环泵进入反应池上部，完成水力混合，并经液体流量计完成污水流量控制[1]。根据污水处理情况持续经进水点加入新的污水，促使污水进水量可淹没中空纤维膜组件，处理完毕的污水则经过排水管排放。

　　3 MABR技术在污水处理中的运用方案

　　3.1运用背景

　　某污水处理厂主要负责处理市政生活污水，设计处理规模为3 500 m3/d。污水处理包括提升泵内粗格栅过滤大颗粒杂质、调节池调节水质水量、沉砂池细格栅去除颗粒物与无机泥沙生化去除有机污染物二次沉淀分离泥水以及污泥回流或脱水等环节。污水处理厂主生化段选择无泡膜曝气生物反应器无泡膜曝气生物反应器进水为污水处理厂细格栅出水。在温度为18.8℃±3.3℃的情况下，进水pH值为7.2~7.8，进水浓度见表1。

　　3.2运用方案

　　在污水处理中应用无泡膜曝气生物反应器时，选择量程为0～0.1 MPa的气压表、量程为0.06～0.6 L/min的玻璃转子流量计（气体流量计）、量程为10～100 L/min的玻璃转子流量计（液体流量计）、流量为5 L/min的磁力循环泵以及内径为140 mm、高为1 000 mm的反应池，其余膜组件参数见表2。

　　由表2可知，无泡膜曝气生物反应器应用中空纤维膜，中空纤维膜因膜孔径较小，可将气体压强控制在泡点下，确保曝气期间气体透过膜进入液体过程无气泡或肉眼看不到的小气泡（＜60μm）极少，实现无泡供氧。在无泡供氧过程中，氧扩散状态为分子状态，且在传递到生物膜过程避开液相边界层，确保传质效率达到100％。同时，无气泡曝气过程阻断了污水中甲苯、苯酚等易挥发物质随气泡进入大气污染环境，也可以通过控制膜内腔氧气压力精准控制氧气供应量（含生物层厚度），在充分满足生物膜生长需氧量的同时，避免过量曝气引发的污水好氧池溶解氧浓度过高、污泥产量过高以及运行成本过高。

　　无泡膜曝气生物反应器由64个膜组件形成，单个组件含800根膜丝，比表面积较大，可以为氧气传递、生物膜生长提供足够空间，提高膜曝气处理高浓度有机污水能力。同时，中空纤维膜呈歪曲状态，截流微生物，促使微生物与中空纤维膜直接接触过程中获得足量的氧，并在污水持续循环处理过程中收获充足的营养物质，实现快速繁殖[2]。

　　无泡膜曝气生物反应器膜组件形式为中空纤维帘式（贯通式），在钢架上固定两组膜组件单元，一组膜组件单元由32个膜组件形成8排、4列结构。反应器膜组件两端均不密封，气体由一端不间断通入中空纤维膜内腔，部分氧气渗透通过膜后供给生物膜，部分氧气则从反应器膜组件另外一端排出，为氧气饱和速率高、增殖速度慢的微生物附着生长提供养分，促使膜上逐渐富集微生物形成生物膜。同时，将膜组件连接到风机，促使氧气透过中空纤维膜内腔，为附着于中空纤维膜表面的微生物提供氧气。

　　在确定无泡膜曝气生物反应器应用参数的基础上，从提高污水有机物去除以及脱氮除碳效率着手，设定硝化液回流比、好氧池溶解氧质量浓度和污泥回流比分别为200％、1.5 mg/L和75％，避免处于中空纤维膜外表面的生物膜在供氧期间受气体摩擦而脱落。

　　3.3挂膜操作

　　挂膜操作是MABR技术在污水处理中应用的关键环节，也是MABR处理污水的核心环节。应用频率较高的挂膜方法为循环挂膜法[3]。即：混合预先培养活性污泥（ADB350M菌混合液悬浮固体达到6 000 mg/L）、污水，借助循环泵将活性污泥污水混合物泵入反应器，出水则流入循环池，密闭循环，借助小流量（流量计40 L/h）进水驯化微生物，促使水面没过中空纤维膜组件上边缘，并向反应池内投加微生物生长所需的磷酸二氢钾、葡萄糖和硫酸铵等营养物质，将中空纤维膜内腔压力调节为100 kPa，避免水力循环对微生物剪切作用过大。期间，持续增加进水量（循环流量为60 L/h），每2～3 d更换1次污水，重复操作，直至完成挂膜。一般在15 d内即可完成挂膜，表现为中空纤维膜表面完全覆盖一层薄薄的淡黄绿色生物膜。完成挂膜后，可以排除反应器内污水，注入新的污水，借助生物膜系统中具有协同功能的微生物种群，持续进行污水处理操作。

　　4 MABR技术在污水处理中的运用效果

　　在出水指标中，化学需氧量COD、氨氮NH3-N和总磷TP三项指标执行《山西省综合排放标准》，其他指标执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A类标准，根据利用多参数水质测定仪测定出水污染物质浓度，得出无泡膜曝气生物反应器在污水处理中的运用效果，见表3。

　　由表3可知，应用无泡膜曝气生物反应器后，出水中总氮、总磷、氨氮、生化需氧量、化学需氧量及悬浮物等污染物质均达到相关标准要求。其中，无泡膜曝气生物反应器在污水脱氮中表现良好，这主要是由于无泡膜曝气生物反应器运行期间可以控制氧气供应，仅促使靠近生物膜的内层微生物获得氧，并进入好氧状态。生物膜外层的微生物无法获得氧，则处于缺氧状态。并且，可以在同一时间段进行硝化－反硝化反应，有效去除污水中氮与化学需氧量。特别是在含氨氮污水处理时，无泡膜曝气生物膜内侧氧气浓度较高，而有机底物浓度较低，外界环境、异养型好氧细菌不会干扰硝化菌，硝化菌快速增殖，在生物膜中部与硝化菌外侧紧密相接的微生物活性较高，借助异养型好氧细菌可以有效去除大部分有机底物。而临济生物膜/液体界面，氧气供应不足，由生物膜内侧扩散硝酸离子、亚硝酸离子融入液体，为反硝化细菌提供足够碳源，有利于反硝化细菌生长，通过控制生物期氧气供应，可以实现硝化－反硝化作用，达到良好的脱氮效果。实际应用表明，无泡膜曝气生物反应器较为适合污水处理，具有较高的推广应用价值。

　　4结语

　　MABR技术是一种生物处理污水技术，生物膜中部氧气、碳源充足，膜/生物膜界面氧气浓度最大，生物膜/液体界面含碳底物浓度最大，可以实现同步脱氮，解决长期以来污水脱氮效率低问题。因此，各污水处理机构可以根据需要引入MABR技术，配置适宜孔径的膜，并恰当调整硝化液回流比、好氧池溶解氧和污泥回流比，确保无泡膜曝气生物反应器高效率运行，为水污染处理问题解决贡献一份力量。

　　参考文献

　　[1]陈晶，王冠平，石伟，等.单级MABR纯生物膜法处理市政污水的应用研究[J].中国给水排水，2022，38（11）：74-78.

　　[2]石岩，许丹宇，唐运平，等.MABR技术及其在污水处理厂提标改造中的应用[J].工业水处理，2021，41（10）：22-27.

　　[3]诸大宇.不同曝气压力下MABR反应器污染物去除效率研究[J].水处理技术，2023，49（2）：117-121.