由于面臨水質(zhì)標準的提高以及可用土地面積日益減少的雙重壓力，MBR工藝在城市污水處理中得到越來越廣泛的應(yīng)用。截至2008年底，我國已有約20個日處理能力達萬噸的MBR工程在運行和建設(shè)中。截至2008年，歐洲已經(jīng)有超過800座MBR處理裝置在運行，其中37座MBR處理廠的規(guī)模已經(jīng)超過了5000m3/d。zui近的10年是MBR快速發(fā)展的時期，處理規(guī)模已經(jīng)從zui早的幾百噸發(fā)展到日處理規(guī)模上萬噸，一些正在建設(shè)的污水處理廠規(guī)模甚至超過了10×104m3/d。隨著規(guī)模的擴大以及MBR工藝所固有的技術(shù)特性，應(yīng)用的風險也應(yīng)得到充分的重視。
1、MBR工藝概述
MBR 工藝一般分為外置式和浸沒式兩種。外置式MBR 運行穩(wěn)定可靠，易于進行膜的清洗、更換及增設(shè)，因在較高的壓力下運行，比浸沒式的實際膜通量要大，但一般條件下為減少污染物在膜表面的沉積，需要延長膜的清洗周期，并用循環(huán)泵提供較高的膜面錯流流速，水流循環(huán)量大、動力費用高。浸沒式MBR 由于其跨膜壓差較小，膜通量很少會超過臨界值，因而可以保持長時間穩(wěn)定的膜通量而無需進行化學清洗。外置式MBR 一般用于高溫、高濃度有機物、有毒或難以過濾的污水。對于市政生活污水的處理，浸沒式MBR 是主要應(yīng)用形式。
2、工藝風險
2. 1 預(yù)處理的風險
預(yù)處理是MBR 工藝非常重要的一個環(huán)節(jié)，預(yù)處理對MBR 工藝的影響程度遠遠超過了其對傳統(tǒng)工藝的影響，有效的預(yù)處理對于延長膜組件的壽命及提高工藝的性能具有重要的作用，無論在設(shè)計還是運行中，都要格外重視預(yù)處理。國內(nèi)外有不少MBR工藝由于不重視預(yù)處理造成了嚴重的后果。譬如，德國的 污水處理廠和Markranstdt 污水處理廠采用的都是MBR 工藝，運行之初沒有采用細篩，只是采用傳統(tǒng)的預(yù)處理工藝。短暫的運行之后就發(fā)現(xiàn)膜組件被纖維和毛發(fā)物質(zhì)所纏繞、堵塞。這些毛發(fā)和纖維物質(zhì)從生物池進入到膜池，在曝氣的作用下和膜絲纏繞在一起，毛發(fā)和纖維物質(zhì)引起的堵塞嚴重地降低了有效膜面積，出水水量也由此下降，而手工清洗非常費時。為了解決這種問題，這兩座污水處理廠后來都安裝了細篩，Rdingen 污水處理廠安裝了0． 5 mm 的細篩，Markranstdt 污水處理廠安裝了0． 75 mm 的細篩。
2. 2 處理能力降低的風險
*，污水處理廠的流量會隨著季節(jié)、進水的組成及處理規(guī)模的大小等而有所變化，這種流量的變化對MBR 的運行有較大的影響。在傳統(tǒng)活性污泥工藝中，峰值流量超過設(shè)計值一般會導致處理效率的下降，但峰值水流一般會順利地通過沉淀池的出水堰。而MBR 工藝與此*不同，MBR 工藝中存在著一個極限的通量，超過這個極限或者由于膜污染導致膜通量下降，那么多余的水就通不過膜孔徑，這部分流量需要分流到另外的處理設(shè)施進行處理。圖1 反映的是膜通量隨時間的變化情況，可以看出盡管采用水力清洗、化學清洗可以在一定程
度上提高膜通量，但膜通量下降是必然的趨勢。
實際運行中的很多MBR 工藝都是這樣，在運行的早期一般能達到設(shè)計規(guī)模，但隨著運行時間的積累，處理能力不斷降低，很多MBR 污水處理廠的實際處理能力甚至不足設(shè)計之初的50%。因此在選擇MBR 工藝時必須意識到日后這種潛在的風險，采取必要的技術(shù)手段。事實上，美國環(huán)保局認為MBR工藝的進水峰值流量不應(yīng)超過平均流量的1． 5 ～ 2倍，如果超過這個值，就需要有大量的膜組件備用，或者設(shè)置流量調(diào)節(jié)池。

圖1 膜通量隨時間的變化關(guān)系
調(diào)節(jié)池可以外置或內(nèi)置。外置調(diào)節(jié)池可以設(shè)在MBR 工藝前，獨立使用。外置調(diào)節(jié)池容易滿足設(shè)計要求，但在某種場合下選擇MBR 工藝是出于占地的要求，增加額外的池子可能會難以滿足全廠的布局。如果流量變化不是非常顯著，內(nèi)置調(diào)節(jié)池可以利用膜池的超高來實現(xiàn)，大多數(shù)膜池液位在0． 5 ～ 1． 0 m之間的變化不會對鼓風機造成顯著的影響，這是應(yīng)對日流量變化的良策。一些處理廠可以采用外置調(diào)節(jié)池與內(nèi)置調(diào)節(jié)池共同應(yīng)對流量的變化，外置調(diào)節(jié)池用于調(diào)節(jié)雨季流量，內(nèi)置調(diào)節(jié)池應(yīng)對流量的日變化。但調(diào)節(jié)池一般用于小型MBR 污水處理廠，可以降低MBR 的設(shè)計復雜程度。
大型MBR 污水處理廠一般都會存在一套傳統(tǒng)活性污泥工藝或化學強化處理單元，這主要是為了保證在應(yīng)急情況下，污水可以通過傳統(tǒng)活性污泥工藝或化學沉淀得到處理，而不至于發(fā)生污水外溢事故。美國華盛頓州的Brightwater 污水廠采用MBR工藝，設(shè)計平均流量為11． 7 × 104 m3 /d，峰值流量為14．4×104m3/d。該污水廠就采用了上述的分流措施，旱季時污水全部得到二級處理，雨季時的污水采用化學強化處理( 見圖2) 。

圖2 Brightwater 污水處理廠的MBR工藝分流措施
歐洲的很多MBR 污水處理廠也注意到了這一點，這些MBR 工藝一般處理全廠25% ～ 63% 的水量，其余一部分水量通過傳統(tǒng)工藝處理，這樣可以保持穩(wěn)定的膜通量。意大利的布雷西亞污水處理廠、西班牙的薩瓦德爾污水處理廠都是將傳統(tǒng)工藝與MBR 共用。英國Lowestoft 污水處理廠( 處理規(guī)模為1． 4 × 104 m3 /d) 的處理工藝由三部分組成，60% 的進水采用傳統(tǒng)活性污泥工藝， 20% 的進水采用MBBR工藝，另外20%的進水采用MBR 工藝。另外，大型MBR 處理廠往往還會設(shè)置一些空置的膜池，以備在某些膜組件性能下降后，安裝新的膜組件，以保證正常的膜通量。
2. 3 自控系統(tǒng)的風險
在MBR 工藝中，膜組件是核心，膜組件的正常與否決定著工藝的效能，而自控系統(tǒng)則是維持這個核心正常運行的中樞。MBR 工藝的儀表自動控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)活性污泥工藝復雜得多，MBR 工藝每年的清洗次數(shù)至少在2 萬次以上，這對于各種閥門、泵是個嚴峻的考驗，意味著需要2 萬次無誤的操作，有時候甚至一個元件發(fā)生故障，整個系列的膜池就可能停產(chǎn)。從這一點來說，MBR 工藝的可靠性比較低，對于PLC 控制系統(tǒng)的要求很高。小型MBR 處理廠可以采用一套PLC 控制系統(tǒng)即可。但是對于大型MBR 處理廠，建議采用兩套PLC 控制系統(tǒng)，并且這兩套系統(tǒng)采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)聯(lián)通。
大型污水處理廠應(yīng)用MBR 工藝應(yīng)格外慎重。膜組件的可靠性要遠遠低于沉淀池的可靠性，膜通量的顯著下降就意味著污水不能得到全部處理，必須進行分流?，F(xiàn)在的MBR 處理規(guī)模有的已經(jīng)達到了(4～6) × 104 m3 /d，一些處理廠MBR 的規(guī)模在將來會達到( 12 ～ 20) × 104 m3 /d，而對于傳統(tǒng)污水生物處理工藝， 10 × 104 m3 /d 的規(guī)模屢見不鮮，甚至百萬噸級的規(guī)模在也不在少數(shù)，但現(xiàn)有運行中的MBR 規(guī)模很少超過10 × 104 m3 /d，這一方面說明了MBR 的應(yīng)用尚處于起步階段，另一方面也說明了MBR 的大規(guī)模及超大規(guī)模的應(yīng)用會存在各種各樣的技術(shù)風險，規(guī)模的增大，其所要求的設(shè)計難度也隨之提高，工藝的風險性以及工藝的整體優(yōu)化將成為設(shè)計的主要問題。
MBR 可以保證水質(zhì)，但不能保證水量。對于水量波動較大的污水處理廠，MBR 工藝難以適應(yīng)，這種情況對于合流制系統(tǒng)尤為如此。因為用MBR 工藝處理含有大量雨水的污水時，就必須建造大容積的調(diào)節(jié)池，或者膜片面積的設(shè)計余量非常大，這將會導致投資非常昂貴。
MBR 工藝對自動控制的依賴性很強，各個環(huán)節(jié)都需要自動控制，一個自控元件的失靈甚至會導致膜池停止進水，污水將而直接排放。由于MBR 是一種相對較新的技術(shù)，各方面的運行經(jīng)驗還不是很豐富，缺少長期運行的數(shù)據(jù)來反映運行的情況。因此，各種膜供應(yīng)商所宣稱的效果也需要進一步驗證和評價。