MBR技術的形成、應用范圍及發展新趨勢
1 關于mbr
膜生物反應器(membrane bioreactor, mbr)集生物反應器的生物降解和膜的高效分離于一體，是膜技術和污水生物處理技術有機結合產生的新型高效污水生物處理工藝。其工作原理是利用反應器的好氧微生物降解污水中的有機污染物，同時利用反應器內的硝化細菌轉化污水中的氨氮。最后，通過中空纖維膜進行高效的固液分離出水。
mbr利用膜分離裝置將生化反應池中的活性污泥和大分子有機物有效截留，替代傳統活性污泥工藝中的二沉池，使生化反應池中的活性污泥濃度(生物量)大大提高;實現水力停留時間(hrt)和污泥停留時間(srt)的分別控制，將難降解的大分子有機物截留在反應池中不斷反應、降解。系統內活性污泥濃度(mlss)可提升至10 000 mg/l，污泥齡可延長30 d以上。該工藝不僅有效地達到了泥水分離的目的,而且基本解決了傳統的活性污泥法存在的污泥膨脹、污泥濃度低等因素造成的出水水質達不到中水回用要求的問題。
2 mbr技術形成的歷史沿革及其功能分類
在發展過程中，diyi代mbr為分置式流程(20世紀60~80年代)。diyi代mbr使用板式超濾膜(聚丙烯晴)和管式超濾膜(有機及無機)，由于膜成本高，運行費用大且應用受到限制。
第二代mbr為采用一體化浸沒式流程(20世紀80年代末以后)。浸沒式mbr的特點是：浸沒放置，低壓(抽吸或重力)出水，氣液兩相流擾動，間歇運行，穩定運行時間長，運行能耗低。浸沒mbr的型式包括內浸沒(與好氧反應器一體)和外浸沒(與好氧反應器分置)。
mbr的基本結構包括四個環節，即進水系統、生物反應池、膜組件、自控系統。由于各個環節的多樣性，mbr有著不同的分類。從整體上來講，膜生物反應器分類有以下幾種。
膜分離生物反應器，用于污水處理中的固液分離。
膜曝氣生物反應器，膜被用于氣體質量傳遞，通常是為好氧工藝供氧，可以實現生物反應器的無泡曝氣，大大提高反應器的傳氧效率。
萃取膜生物反應器，用于工業中優先污染物的處理，選擇性透過膜被用于萃取特定的污染物。
按照膜組件的放置方式可分為分體式和一體式膜生物反應器。
分體式膜生物反應器把生物反應器與膜組件分開放置，膜生物反應器的混合液經增壓后進入膜組件，在壓力作用下混合液中的液體透過膜得到系統出水，活性污泥則被截留，并隨濃縮液回流到生物反應器內。
一體式系統則直接將膜組件置于反應器內，通過抽吸得到過濾液，膜表面清洗所需的錯流由空氣攪動產生，設置在膜的正下方，混合液隨氣流向上流動，在膜表面產生剪切力，以減少膜的污染。一體式膜生物反應器工藝是污水生物處理技術與膜分離技術的有機結合。
3 目前mbr的利好亮點
mbr由于采用了膜分離技術與生物反應器相結合的方式，有機物的最終去除仍然是微生物細胞的新陳代謝作用，只是膜高效的固液分離作用強化了這種生物處理作用，因此mbr具有許多其他生物處理工藝無法bini的明顯優勢，體現在如下幾點：
(1) 能夠高效地進行固液分離，分離效果遠好于傳統的沉淀池，出水水質良好，出水懸浮物和濁度接近于零，可以直接回用，實現了污水資源化。
(2) 膜的高效截留作用，使微生物*截留在反應器內，實現了反應器hrt和污泥齡的*分離，使得運行更加靈活穩定。
(3) 反應器內的微生物濃度高，耐沖擊負荷。
(4) 膜生物反應器有利于增殖緩慢的微生物的截留、生長和繁殖，使硝化效率得以提高。通過運行方式的改變也可以具有脫氮和除磷的功能。
(5) 污泥齡可隨意控制。膜分離使污水中的大分子難降解成分，在體積有限的生物反應器內有足夠的停留時間，大大提高了難降解有機物的降解效果。反應器在高容積負荷、低污泥負荷、長泥齡的條件下運行，可以實現基本無剩余污泥的排放。
6) 系統由可編程序控制器(plc)控制，可以實現全程自動化控制。
4 mbr的應用范圍
4.1 在好氧工藝方面
在生活污水方面，主要涉及城市污水、樓宇污水、公廁污水、污水廠升級改造以及其他有回用要求的污水處理場合。有關mbr對生活污水的處理特性一直是研究的重點，其工藝形式多采用好氧mbr。在歐美日等國，其研究的目的在于一方面改造污水處理廠，使其達到深度處理的要求;另一方面，用于廢水處理使其達到回用的目的。目前在北美，mbr處理生活污水的應用主要是流量在10~200 m3/d的小型處理裝置。
mbr作為一種強化的生物處理工藝，在工業廢水的處理中主要包括制藥廢水、化工廢水、食品污水等高濃度、難降解有機廢水的處理。目前好氧mbr工藝已經成功應用于下列行業的工業污水處理：包括醫藥、紡織、化妝品、食品、造紙與紙漿、飲料、煉油工業與化工廠，在歐洲垃圾填埋場滲濾液的好氧mbr處理廠也正在興建。
4.2 在厭氧工藝方面
厭氧生物法以其能耗低、可回收利用沼氣能源、負荷高、產泥少等諸多優點成為了處理高濃度有機廢水的shouxuan方法。但由于厭氧微生物的生長速率比好氧微生物的生長速率小得多，污泥流失對厭氧生物法造成的不利影響遠大于對好氧生物法的影響，因此如何減少污泥流失就成為了厭氧生物法所必須面臨的一個重要問題，同時也是新型厭氧生物反應器開發的一個主要出發點。
將膜分離與厭氧生物處理相結合組成的厭氧膜生物法，一方面可以*避免厭氧污泥的流失，使反應器內有充足的厭氧微生物，保證處理效果的穩定性;另一方面膜自身良好的截留作用還可以進一步改善厭氧出水的水質，提高處理效果。除此之外，膜分離作用還體現在對厭氧反應器的構造和處理效果有特殊的強化作用。而對于兩相厭氧mbr，膜分離作用可以使產酸反應器中的產酸細菌濃度增加，提高水解發酵的能力，同時膜將大分子有機物截留在產酸反應器中使之水解發酵，因此可以使系統保持較高的酸化率。
4.3在有機廢水處理脫氮方面
由于膜可以有效截留細菌，避免污泥的流失，因此可以使生長緩慢的硝化細菌在最短的時間里獲得zuida的增殖，并且維持較高的濃度，為氨氮的順利硝化提供必要的保證。另外，mbr中過高的污泥濃度易于使污泥絮體形成表面好氧、內部缺氧的狀態，可以在同一反應器中實現硝化和反硝化。
有關mbr脫氮，目前多數是建立在傳統的硝化和反硝化機理上的兩級或單級脫氮工藝，但也有一些新的脫氮理念融入到mbr系統中。建立在傳統硝化和反硝化的兩級mbr脫氮工藝對tn的去除率多數為60%~80%。間歇曝氣mbr脫氮工藝對tn的去除率大于80%，說明改進型脫氮工藝的效果更好。某些單一的好氧硝化過程同時可實現反硝化作用，對tn的去除率為46%~60%，說明mbr工藝具有一定程度同時硝化反硝化作用。各種處理系統中氮的負荷都比較低。
5 mbr的發展新趨勢
從mbr日益廣泛的應用狀況來看，今后mbr的發展新趨勢主要表現在如下幾個方面。
⑴進行新型膜組件集裝式、密集式模塊化的優化設計;
⑵研究新的制膜方法，研制性能優越的膜材料;
⑶研制新型的mbr，并找到適宜mbr能長期穩定運行的工藝條件。
隨著膜技術的產業化及膜在各行各業應用的擴大，今后mbr應用可能獲得迅速發展的重點領域和方向如下幾個方面。
⑴應用于高濃度、有毒、難降解工業污水的處理。如高濃度有機廢水是一種較普遍的污染源，全國造紙、制糖、酒精、皮革、合成脂肪酸等行業每年高濃度有機污水的排放量很大，這類污水采用常規活性污泥法處理盡管有一定作用，但是出水水質難以達到排放標準的要求。而mbr在技術上的優勢，決定了它可以對常規方法難以處理的污水進行有效的處理，并且出水可以回用。
⑵更新升級現有的城市污水處理廠，特別要針對出水難以達標或處理流量劇增而占地面積無法擴大的情況。
⑶應用于有污水回用需求的地區和場所，如洗車業、賓館、流動公廁等充分發揮膜生物反應器占地面積小、設備緊湊、自動控制、靈活方便的特點。
⑷應用于垃圾填埋滲濾液的處理及回用。
⑸應用于在小規模的污水處理廠的應用，這由膜的價格所決定。
⑹應用于無排水管網系統的地區，如小居民點、度假區、旅游風景區等。
(7) 應用于現有自來水廠飲用水水源中微量污染物去除的應用。
總而言之，mbr原理大大提升了傳統活性污泥處理工藝的功能，在水處理多個領域中的應用同樣也受到了廣泛的關注。在21世紀的創新要求時代，被譽為quanqiu范圍內zuiyou發展前途的水處理新技術之一，當之無愧。
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膜生物反應器(membrane bioreactor, mbr)集生物反應器的生物降解和膜的高效分離于一體，是膜技術和污水生物處理技術有機結合產生的新型高效污水生物處理工藝。其工作原理是利用反應器的好氧微生物降解污水中的有機污染物，同時利用反應器內的硝化細菌轉化污水中的氨氮。最后，通過中空纖維膜進行高效的固液分離出水。
mbr利用膜分離裝置將生化反應池中的活性污泥和大分子有機物有效截留，替代傳統活性污泥工藝中的二沉池，使生化反應池中的活性污泥濃度(生物量)大大提高;實現水力停留時間(hrt)和污泥停留時間(srt)的分別控制，將難降解的大分子有機物截留在反應池中不斷反應、降解。系統內活性污泥濃度(mlss)可提升至10 000 mg/l，污泥齡可延長30 d以上。該工藝不僅有效地達到了泥水分離的目的,而且基本解決了傳統的活性污泥法存在的污泥膨脹、污泥濃度低等因素造成的出水水質達不到中水回用要求的問題。
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第二代mbr為采用一體化浸沒式流程(20世紀80年代末以后)。浸沒式mbr的特點是：浸沒放置，低壓(抽吸或重力)出水，氣液兩相流擾動，間歇運行，穩定運行時間長，運行能耗低。浸沒mbr的型式包括內浸沒(與好氧反應器一體)和外浸沒(與好氧反應器分置)。
mbr的基本結構包括四個環節，即進水系統、生物反應池、膜組件、自控系統。由于各個環節的多樣性，mbr有著不同的分類。從整體上來講，膜生物反應器分類有以下幾種。
膜分離生物反應器，用于污水處理中的固液分離。
膜曝氣生物反應器，膜被用于氣體質量傳遞，通常是為好氧工藝供氧，可以實現生物反應器的無泡曝氣，大大提高反應器的傳氧效率。
萃取膜生物反應器，用于工業中優先污染物的處理，選擇性透過膜被用于萃取特定的污染物。
按照膜組件的放置方式可分為分體式和一體式膜生物反應器。
分體式膜生物反應器把生物反應器與膜組件分開放置，膜生物反應器的混合液經增壓后進入膜組件，在壓力作用下混合液中的液體透過膜得到系統出水，活性污泥則被截留，并隨濃縮液回流到生物反應器內。
一體式系統則直接將膜組件置于反應器內，通過抽吸得到過濾液，膜表面清洗所需的錯流由空氣攪動產生，設置在膜的正下方，混合液隨氣流向上流動，在膜表面產生剪切力，以減少膜的污染。一體式膜生物反應器工藝是污水生物處理技術與膜分離技術的有機結合。
3 目前mbr的利好亮點
mbr由于采用了膜分離技術與生物反應器相結合的方式，有機物的最終去除仍然是微生物細胞的新陳代謝作用，只是膜高效的固液分離作用強化了這種生物處理作用，因此mbr具有許多其他生物處理工藝無法bini的明顯優勢，體現在如下幾點：
(1) 能夠高效地進行固液分離，分離效果遠好于傳統的沉淀池，出水水質良好，出水懸浮物和濁度接近于零，可以直接回用，實現了污水資源化。
(2) 膜的高效截留作用，使微生物*截留在反應器內，實現了反應器hrt和污泥齡的*分離，使得運行更加靈活穩定。
(3) 反應器內的微生物濃度高，耐沖擊負荷。
(4) 膜生物反應器有利于增殖緩慢的微生物的截留、生長和繁殖，使硝化效率得以提高。通過運行方式的改變也可以具有脫氮和除磷的功能。
(5) 污泥齡可隨意控制。膜分離使污水中的大分子難降解成分，在體積有限的生物反應器內有足夠的停留時間，大大提高了難降解有機物的降解效果。反應器在高容積負荷、低污泥負荷、長泥齡的條件下運行，可以實現基本無剩余污泥的排放。
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mbr作為一種強化的生物處理工藝，在工業廢水的處理中主要包括制藥廢水、化工廢水、食品污水等高濃度、難降解有機廢水的處理。目前好氧mbr工藝已經成功應用于下列行業的工業污水處理：包括醫藥、紡織、化妝品、食品、造紙與紙漿、飲料、煉油工業與化工廠，在歐洲垃圾填埋場滲濾液的好氧mbr處理廠也正在興建。
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將膜分離與厭氧生物處理相結合組成的厭氧膜生物法，一方面可以*避免厭氧污泥的流失，使反應器內有充足的厭氧微生物，保證處理效果的穩定性;另一方面膜自身良好的截留作用還可以進一步改善厭氧出水的水質，提高處理效果。除此之外，膜分離作用還體現在對厭氧反應器的構造和處理效果有特殊的強化作用。而對于兩相厭氧mbr，膜分離作用可以使產酸反應器中的產酸細菌濃度增加，提高水解發酵的能力，同時膜將大分子有機物截留在產酸反應器中使之水解發酵，因此可以使系統保持較高的酸化率。
4.3在有機廢水處理脫氮方面
由于膜可以有效截留細菌，避免污泥的流失，因此可以使生長緩慢的硝化細菌在最短的時間里獲得zuida的增殖，并且維持較高的濃度，為氨氮的順利硝化提供必要的保證。另外，mbr中過高的污泥濃度易于使污泥絮體形成表面好氧、內部缺氧的狀態，可以在同一反應器中實現硝化和反硝化。
有關mbr脫氮，目前多數是建立在傳統的硝化和反硝化機理上的兩級或單級脫氮工藝，但也有一些新的脫氮理念融入到mbr系統中。建立在傳統硝化和反硝化的兩級mbr脫氮工藝對tn的去除率多數為60%~80%。間歇曝氣mbr脫氮工藝對tn的去除率大于80%，說明改進型脫氮工藝的效果更好。某些單一的好氧硝化過程同時可實現反硝化作用，對tn的去除率為46%~60%，說明mbr工藝具有一定程度同時硝化反硝化作用。各種處理系統中氮的負荷都比較低。
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⑴進行新型膜組件集裝式、密集式模塊化的優化設計;
⑵研究新的制膜方法，研制性能優越的膜材料;
⑶研制新型的mbr，并找到適宜mbr能長期穩定運行的工藝條件。
隨著膜技術的產業化及膜在各行各業應用的擴大，今后mbr應用可能獲得迅速發展的重點領域和方向如下幾個方面。
⑴應用于高濃度、有毒、難降解工業污水的處理。如高濃度有機廢水是一種較普遍的污染源，全國造紙、制糖、酒精、皮革、合成脂肪酸等行業每年高濃度有機污水的排放量很大，這類污水采用常規活性污泥法處理盡管有一定作用，但是出水水質難以達到排放標準的要求。而mbr在技術上的優勢，決定了它可以對常規方法難以處理的污水進行有效的處理，并且出水可以回用。
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