一、MBR工藝
MBR又稱膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor）,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—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： 曝氣膜—生物反應(yīng)器；萃取膜—生物反應(yīng)器；固液分離型膜—生物反應(yīng)器（簡(jiǎn)稱 MBR ）。
固液分離型膜——生物反應(yīng)器（簡(jiǎn)稱 MBR ）是在水處理領(lǐng)域中研究得*為廣泛深入的一類膜 -生物反應(yīng)器，是一種用膜分離過程取代傳統(tǒng)活性污泥法中二次沉淀池的水處理技術(shù)。
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)行狀況，改善污泥沉降性**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/L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)用占污水處理廠運(yùn)行費(fèi)用的 25% ～40% 。傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)還容易出現(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**菌 (特別是優(yōu)勢(shì)菌群 ) 的出現(xiàn)，提高了生化反應(yīng)速率。同時(shí)，通過降低 F/M比減少剩余污泥產(chǎn)生量（甚至為零），從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的許多突出問題。
1、與許多傳統(tǒng)的生物水處理工藝相比， MBR 具有以下主要特點(diǎn)： 1.1、出水水質(zhì)穩(wěn)定
由于膜的有效分離作用，分離效果遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)沉淀池，處理出水極其清澈， 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)（ CJ25.1-89 ），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 微生物被完全被截流在生物反應(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**的出水水質(zhì)。
1.2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。
1.3、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)省； 該工藝流程簡(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。好文推送：超聲波處理高濃度有機(jī)廢水！
1.4、可去除氨氮及難降解有機(jī)物
由于微生物被完全截流在生物反應(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。
1.5、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 ）的完全分離，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。
1.6、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。
2、膜—生物反應(yīng)器存在的不足
主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
2.1、膜造價(jià)高，使膜 - 生物反應(yīng)器的基建投資高于傳統(tǒng)污水處理工藝；
2.2、膜污染容易出現(xiàn)，給操作管理帶來不便；
2.3、能耗高：首先 MBR 泥水分離過程**保持一定的膜驅(qū)動(dòng)壓力，其次是 MBR 池中 MLSS 濃度非常高，要保持足夠的傳氧速率，**加大曝氣強(qiáng)度，還有為了加大膜通量、減輕膜污染，**增大流速，沖刷膜表面，造成 MBR 的能耗要比傳統(tǒng)的生物處理工藝高。
MBR 的應(yīng)用領(lǐng)域
進(jìn)入 90 年代中后期，膜—生物反應(yīng)器在國(guó)外已進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段。加拿大 Zenon 公司首先推出了超濾管式膜 -生物反應(yīng)器，并將其應(yīng)用于城市污水處理。為了節(jié)約能耗，該公司又開發(fā)了浸入式中空纖維膜組件，其開發(fā)出的膜 -生物反應(yīng)器已應(yīng)用于美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)和埃及等十多個(gè)地方，規(guī)模從 380m 3 /d 至 7600m 3 /d。日本三菱人造絲公司也是世界上浸入式中空纖維膜的知名提供商，其在 MBR 的應(yīng)用方面也積累了多年的經(jīng)驗(yàn)，在日本以及其他國(guó)家建有多項(xiàng)實(shí)際 MBR工程。日本 Kubota 公司是另一個(gè)在膜—-生物反應(yīng)器實(shí)際應(yīng)用中具有競(jìng)爭(zhēng)力的公司，它所的板式膜具有流通量大、耐污染和工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)一些研究者及企業(yè)也在 MBR實(shí)用化方面進(jìn)行著嘗試。
3、膜—生物反應(yīng)器已應(yīng)用于以下領(lǐng)域：
3.1、城市污水處理及建筑中水回用
3.2、工業(yè)廢水處理
90年代以來， MBR 的處理對(duì)象不斷拓寬，除中水回用、糞便污水處理以外， MBR在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用也擁有了廣泛關(guān)注，如處理食品工業(yè)廢水、水產(chǎn)加工廢水、養(yǎng)殖廢水、化妝品廢水、染料廢水、石油化工廢水，均獲得了良好的處理效果。 90 年代初，美國(guó)在 Ohio 建造了一套用于處理某汽車制造廠的工業(yè)廢水的 MBR 系統(tǒng)，處理規(guī)模為 151m 3 /d，該系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷達(dá) 6.3kgCOD/m 3 · d ， COD 去除率為 94%，絕大部分的油與油脂被降解。在荷蘭，一脂肪提取加工廠采用傳統(tǒng)的氧化溝污水處理技術(shù)處理其廢水，由于規(guī)模的擴(kuò)大，結(jié)果導(dǎo)致污泥膨脹，污泥難以分離，**采用 Zenon 的膜組件代替沉淀池，運(yùn)行效果良好。
3.3、 微污染飲用水凈化
隨著氮肥與殺蟲劑在農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用，飲用水也不同程度受到污染。 LyonnaisedesEaux 公司在 90 年代中期開發(fā)出同時(shí)具有生物脫氮、吸附殺蟲劑、去除濁度功能的 MBR工藝， 1995 年該公司在法國(guó)的 Douchy 建成了日產(chǎn)飲用水 400m 3 的工廠。出水中氮濃度低于 0.1mgNO 2 /L，殺蟲劑濃度低于 0.02 μ g/L 。
3.4、糞便污水處理
糞便污水中有機(jī)物含量很高，傳統(tǒng)的反硝化處理方法要求有很高污泥濃度，固液分離不穩(wěn)定，影響了三級(jí)處理效果。 MBR 的出現(xiàn)很好地解決了這一問題，并且使糞便污水不經(jīng)稀釋而直接處理成為可能。
日本已開發(fā)出被稱之為 NS 系統(tǒng)的屎尿處理技術(shù)，*核心部分是平板膜裝置與好氧高濃度活性污泥生物反應(yīng)器組合的系統(tǒng)。 NS 系統(tǒng)于 1985年在日本琦玉縣越谷市建成，規(guī)模為 10kL/d ， 1989 年又先后在長(zhǎng)崎縣、熊本縣建成新的屎尿處理設(shè)施。 NS 系統(tǒng)中的平板膜每組約0.4m 2 共幾十組并列安裝，做成能自動(dòng)打開的框架裝置，并能自動(dòng)沖洗。膜材料為截流分子量 20000 的聚砜超濾膜。反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度保持在15000~18000mg/L 范圍內(nèi)。到 1994 年，日本已有 1200 多套 MBR 系統(tǒng)用于處理 4000 多萬(wàn)人的糞便污水。
3.5、土地填埋場(chǎng) / 堆肥滲濾液處理
土地填埋場(chǎng) / 堆肥滲濾液含有高濃度的污染物，其水質(zhì)和水量隨氣候條件與操作運(yùn)行條件的變化而變化。 MBR 技術(shù)在 1994年前就被多家污水處理廠用于該種污水的處理。通過 MBR 與 RO 技術(shù)的結(jié)合，不僅能去除 SS、有機(jī)物和氮，而且能有效去除鹽類與重金屬。*近美國(guó) Envirogen 公司開發(fā)出一種 MBR用于土地填埋場(chǎng)滲濾液的處理，并在新澤西建成一個(gè)日處理能力為 40 萬(wàn)加侖 ( 約 1500m 3 /d) 的裝置，在 2000年底投入運(yùn)行。該種 MBR 使用一種自然存在的混合菌來分解滲濾液中的烴和氯代化合物，其處理污染物的濃度為常規(guī)廢水處理裝置的 50 ～ 100倍。能達(dá)到這一處理效果的原因是， MBR 能夠保留有效細(xì)菌并使細(xì)菌濃度達(dá)到 50 000g/L 。在現(xiàn)場(chǎng)中試中，進(jìn)液 COD 為幾百至40 000mg/L ，污染物的去除率達(dá) 90% 以上。
國(guó)內(nèi)外 MBR 主要應(yīng)用領(lǐng)域及相應(yīng)百分比率：
污水類型 所占百分比率（%） 污水類型 所占百分比率（%）
工業(yè)污水 27
家庭污水 27
城市污水 12
建筑污水 24
垃圾 9
4、MBR 發(fā)展前瞻
4.1、MBR 應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域和方向
現(xiàn)有城市污水處理廠的更新升級(jí)，特別是出水水質(zhì)難以達(dá)標(biāo)或處理流量劇增而占地面積無(wú)法擴(kuò)大的水廠。
無(wú)排水管網(wǎng)系統(tǒng)的小區(qū)，如居民點(diǎn)、旅游度假區(qū)、風(fēng)景區(qū)等。
有污水回用需求的地區(qū)或場(chǎng)所，如賓館、洗車業(yè)、客機(jī)、流動(dòng)廁所等充分發(fā)揮 MBR 占地面積小、設(shè)備緊湊、自動(dòng)控制、靈活方便的特點(diǎn)。
高濃度、有毒、難降解工業(yè)廢水處理。如造紙、制糖、酒精、皮革、合成脂肪酸等行業(yè)，是一種普遍的點(diǎn)源污染。 MBR 可以對(duì)這些常規(guī)處理工藝無(wú)法達(dá)標(biāo)的廢水進(jìn)行有效的處理，并實(shí)現(xiàn)回用。
垃圾填埋廠滲濾液的處理及回用。
小規(guī)模污水廠（站）的應(yīng)用。膜技術(shù)的特點(diǎn)十分適合處理小規(guī)模污水。
4.2、MBR 未來的研究重點(diǎn)如下
膜污染的機(jī)理及防治。
MBR 工藝流程形式及運(yùn)行條件的優(yōu)化。
MBR 污泥產(chǎn)率與運(yùn)行條件的關(guān)系，以合理減少污泥產(chǎn)量，降低污泥處理費(fèi)用。
MBR 生物反應(yīng)器內(nèi)微生物的代謝特性及其對(duì)出水水質(zhì)、污泥活性等的影響，從而確定適宜的微生物生長(zhǎng)及代謝條件。
MBR 工藝經(jīng)濟(jì)性研究。在目前國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、膜產(chǎn)品供應(yīng)狀況和規(guī)范設(shè)計(jì)要求的條件下， MBR 用于污水處理的**經(jīng)濟(jì)流量的確定。
