在污水處理，水資源再利用領(lǐng)域，有這樣一種生化水處理技術(shù)-MBR。MBR又稱膜生物反應(yīng)器，是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。膜的種類繁多，按分離機(jī)理進(jìn)行分類，有反應(yīng)膜、離子交換膜、滲透膜等；按膜的性質(zhì)分類，有天然膜（生物膜）和合成膜（有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜）；按膜的結(jié)構(gòu)型式分類，有平板型、管型、螺旋型及中空纖維型等。

一、MBR的工藝組成

膜-生物反應(yīng)器主要由膜分離組件及生物反應(yīng)器兩部分組成。通常提到的膜-生物反應(yīng)器實(shí)際上是三類反應(yīng)器的總稱：

①曝氣膜-生物反應(yīng)器（ Aeration membrane bioreactor，AMBR）；

②萃取膜-生物反應(yīng)器（ Extractive Membrane bioreactor，EMBR）；

③固液分離型膜-生物反應(yīng)器（ Solid/Liquid SeparationMembrane Bioreactor, SLSMBR簡(jiǎn)稱MBR）。

1、曝氣膜

曝氣膜-生物反應(yīng)器（AMBR）zui早見于 Cote. P等于1988年報(bào)道，采用透氣性致密膜（如硅橡膠膜）或微孔膜（如疏水性聚合膜），以板式或中空纖維式組件，在保持氣體分壓低于泡點(diǎn)（Bubble point）情況下，可實(shí)現(xiàn)向生物反應(yīng)器的無(wú)泡曝氣。該工藝的特點(diǎn)是提高了接觸時(shí)間和傳氧效率，有利于曝氣工藝的控制，不受傳統(tǒng)曝氣中氣泡大小和停留時(shí)間的因素的影響。

2、萃取膜

萃取膜-生物反應(yīng)器，又稱為EMBR（Extractive membrane bioreactor）。因?yàn)楦咚釅A度或?qū)ι镉卸疚镔|(zhì)的存在，某些工業(yè)廢水不宜采用與微生物直接接觸的方法處理；當(dāng)廢水中含揮發(fā)性有毒物質(zhì)時(shí)，若采用傳統(tǒng)的好氧生物處理過(guò)程，污染物容易隨曝氣氣流揮發(fā)，發(fā)生氣ti現(xiàn)象，不僅處理效果很不穩(wěn)定，還會(huì)造成大氣污染為了解決這些技術(shù)難題。

英國(guó)學(xué)者Livingston研究開發(fā)了EMB。廢水與活性污泥被膜隔開來(lái)，廢水在膜內(nèi)流動(dòng)，而含某種專性細(xì)菌的活性污泥在膜外流動(dòng)，廢水與微生物不直接接觸，有機(jī)污染物可以通過(guò)選擇性透過(guò)膜被另一側(cè)的微生物降解。由于萃取膜兩側(cè)的生物反應(yīng)器單元和廢水循環(huán)單元各自獨(dú)立，各單元水流相互影響不大，生物反應(yīng)器中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微生物生存條件不受廢水水質(zhì)的影響，使水處理效果穩(wěn)定。系統(tǒng)的運(yùn)行條件如HRT和SRT可分別控制在*的范圍，維持zui大的污染物降解速率。

3、固液分離膜

固液分離型膜-生物反應(yīng)器是在水處理領(lǐng)域中研究得深入的一類膜，MBR生物反應(yīng)器，是種用膜分離過(guò)程取代傳統(tǒng)活性污泥法中二次沉淀池的水處理技術(shù)。其通過(guò)膜組件將固體有機(jī)物回流至反應(yīng)器中，再將處理過(guò)的有機(jī)水排出。膜分離生物反應(yīng)器的類型可以根據(jù)膜組件與生物反應(yīng)器位置進(jìn)行分類，有一體式膜生物反應(yīng)器、分置式膜生物反應(yīng)器、復(fù)合式膜生物反應(yīng)器。

（1）分置式膜生物反應(yīng)器

通過(guò)泵對(duì)其加壓，混合液在壓力的作用下進(jìn)行過(guò)濾，這樣大分子有機(jī)物將被膜過(guò)濾出來(lái)，再回流到生物反應(yīng)器中進(jìn)行降解，如此循環(huán)操作進(jìn)一步地對(duì)有機(jī)污水中的有機(jī)勿進(jìn)行分解。

分置式膜生物反應(yīng)器具有穩(wěn)定、容易操作、膜容易清洗等特征，是有機(jī)污水處理的有效方法之一，但是由于為了提高循環(huán)泵的壓力會(huì)消耗較高的動(dòng)能。

（2）一體式膜生物反應(yīng)器

是將膜組件置于生物反應(yīng)器中，再通過(guò)泵將過(guò)濾液抽出，在傳統(tǒng)的廢水生物處理技術(shù)中，泥水分離是在二沉池中靠重力作用完成的，其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分離效率越高。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運(yùn)狀況，改善污泥沉降性必須嚴(yán)格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。

由于二沉池固液分離的要求，曝氣池的污泥不能維持較高濃度，一般在1.5~3.5g/左右，從而限制了生化反應(yīng)速率。水力停留時(shí)間（HRT）與污泥齡（SRT）相互依賴，提高容積負(fù)荷與降低污泥負(fù)荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中還產(chǎn)生了大量的剩余污泥，其處置費(fèi)用占污水處理廠費(fèi)用的25%~40%。傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)還容易岀現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，出水中含有懸浮固體，出水水質(zhì)惡化。

針對(duì)上述問(wèn)題，MBR將分離工程中的膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)廢水生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合，大大提高了固液分離效率；并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中te效菌（特別是優(yōu)勢(shì)菌的出現(xiàn)，提高了生化反應(yīng)速率；同時(shí)，通過(guò)降低FM比，減少剩余污泥產(chǎn)生量（甚至為0），從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的許多突出問(wèn)題。

二、MBR的工藝類型

根據(jù)膜組件和生物反應(yīng)器的組合方式，可將膜-生物反應(yīng)器分為分置式、一體式以及復(fù)合式三種基本類型。（以下討論的均為固液分離型膜-生物反應(yīng)器）

1、分置式

把膜組件和生物反應(yīng)器分開設(shè)置。生物反應(yīng)器中的混合液經(jīng)循環(huán)泵增壓后打至膜組件的過(guò)濾端，在壓力作用下混合液中的液體透過(guò)膜，成為系統(tǒng)處理水；固形物、大分子物質(zhì)等則被膜截留，隨濃縮液回流到生物反應(yīng)器內(nèi)。

分置式膜-生物反應(yīng)器的特點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定可靠，易于膜的清洗、更換及增設(shè)；而且膜通量普遍較大。但一般條件下為減少污染物在膜表面的沉積，延長(zhǎng)膜的清洗周期，需要用循環(huán)泵提供較高的膜面錯(cuò)流流速，水流循環(huán)量大、動(dòng)力費(fèi)用高（ Yamamoto，1989），并且泵的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切力會(huì)使某些微生物菌體產(chǎn)生失活現(xiàn)象（ Brockmann and Seyfried1997）。

2、一體式

把膜組件置于生物反應(yīng)器內(nèi)部。進(jìn)水進(jìn)入膜-生物反應(yīng)器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在外壓作用下由膜過(guò)濾出水。

這種形式的膜-生物反應(yīng)器由于省去了混合液循環(huán)系統(tǒng)，并且靠抽吸出水，能耗相對(duì)較低；占地較分置式更為緊湊，近年來(lái)在水處理領(lǐng)域受到了特別關(guān)注。但是一般膜通量相對(duì)較低，容易發(fā)生膜污染，膜污染后不容易清洗和更換。

3、復(fù)合式

開式上也屬于一體式膜-生物反應(yīng)器，所不同的是在生物反應(yīng)器內(nèi)加裝填料，從而形成復(fù)合式膜-生物反應(yīng)器，改變了反應(yīng)器的某些性狀。

三、MBR的工藝特點(diǎn)

與許多傳統(tǒng)的生物水處理工藝相比，MBR具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：

1、出水水質(zhì)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定

由于膜的高效分離作用，分離效果遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)沉淀池，處理岀水極其清澈，懸浮物和濁度接近于零，細(xì)菌和病毒被大幅去除，出水水質(zhì)優(yōu)于建設(shè)部頒發(fā)的生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（CJ25.189），可以直接作為非飲用市政雜用水進(jìn)行回用。

同時(shí)，膜分離也使微生物被*被截流在生物反應(yīng)器內(nèi)，使得系統(tǒng)內(nèi)能夠維持較高的微生物濃度，不但提高了反應(yīng)裝置對(duì)污染物的整體去除效率，保證了良好的出水水質(zhì)，同時(shí)反應(yīng)器對(duì)進(jìn)水負(fù)荷（水質(zhì)及水量）的各種變化具有很好的適應(yīng)性，耐沖擊負(fù)荷，能夠穩(wěn)定獲得優(yōu)質(zhì)的出水水質(zhì)。

2、剩余污泥產(chǎn)量少

該工藝可以在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷下運(yùn)行，剩余污泥產(chǎn)量低（理論上可以實(shí)現(xiàn)零污泥排放），降低了污泥處理費(fèi)用。

3、占地面積小，不受設(shè)置場(chǎng)合限制

生物反應(yīng)器內(nèi)能維持高濃度的微生物量，處理裝置容積負(fù)荷高，占地面積大大節(jié)?。辉摴に嚵鞒毯?jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積省，不受設(shè)置場(chǎng)所限制，適合于任何場(chǎng)合，可做成地面式、半地下式和地下式

4、可去除氨氮及難降解有機(jī)物

由于微生物被*截流在生物反應(yīng)器內(nèi)，從而有利于增殖緩慢的微生物如硝化細(xì)菌的截留生長(zhǎng)，系統(tǒng)硝化效率得以提高。同時(shí)，可增長(zhǎng)一些難降解的有機(jī)物在系統(tǒng)中的水力停留時(shí)間，有利于難降解有機(jī)物降解效率的提高。

5、操作管理方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制

該工藝實(shí)現(xiàn)了水力停留時(shí)間（HRT）與污泥停留時(shí)間（SRT）的*分離，運(yùn)行控制更加靈活穩(wěn)定，是污水處理中容易實(shí)現(xiàn)裝備化的新技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)控制，從而使操作管理更為方便。

6、易于從傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改造

該工藝可以作為傳統(tǒng)污水處理工藝的深度處理單元，在城市二級(jí)污水處理廠出水深度處理（從而實(shí)現(xiàn)城市污水的大量回用）等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。