MBR膜簡(jiǎn)介
在污水處理，水資源再利用領(lǐng)域，MBR又稱(chēng)膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor）,是一種由活性污泥法與膜分離技術(shù)相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。膜的種類(lèi)繁多,按分離機(jī)理進(jìn)行分類(lèi),有反應(yīng)膜、離子交換膜、滲透膜等;按膜的性質(zhì)分類(lèi),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(lèi),有平板型、管型、螺旋型及中空纖維型等。
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(lèi)反應(yīng)器的總稱(chēng)： ① 曝氣膜 - 生物反應(yīng)器(Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) ； ② 萃取膜 - 生物反應(yīng)器（ ExtractiveMembrane Bioreactor, EMBR ）； ③ 固液分離型膜 - 生物反應(yīng)器（ Solid/Liquid SeparationMembrane Bioreactor, SLSMBR, 簡(jiǎn)稱(chēng) MBR ）。
曝氣膜
曝氣膜 -生物反應(yīng)器最早見(jiàn)于 Cote.P 等 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。如圖 [1] 所示。
萃取膜
萃取膜 - 生物反應(yīng)器 又稱(chēng)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)生氣提現(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(kāi)發(fā)了 EMB 。廢水與活性污泥被膜隔開(kāi)來(lái)，廢水在膜內(nèi)流動(dòng)，而含某種專(zhuān)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)單元是各自獨(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 可分別控制在最優(yōu)的范圍，維持最大的污染物降解速率。
固液分離型膜
固液分離型膜 - 生物反應(yīng)器是在水處理領(lǐng)域中研究得最為廣泛深入的一類(lèi)膜 -生物反應(yīng)器，是一種用膜分離過(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)。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(lài)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/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(lài)，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(wèn)題， MBR將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合，MBR實(shí)現(xiàn)污泥停留時(shí)間和水力停留時(shí)間的分離，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特效菌 (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(guò)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(wèn)題。
工藝類(lèi)型
以下討論的均為固液分離型膜 - 生物反應(yīng)器。 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(lèi)型 。
分置式膜 - 生物反應(yīng)器把膜組件和生物反應(yīng)器分開(kāi)設(shè)置，如圖 3所示。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 Seyfried, 1997 ) 。
一體式膜 - 生物反應(yīng)器是把膜組件置于生物反應(yīng)器內(nèi)部，如圖 4 所示。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。
復(fù)合式膜 - 生物反應(yīng)器在形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，如圖 5 所示：
工藝特點(diǎn)
與許多傳統(tǒng)的生物水處理工藝相比， MBR 具有以下主要特點(diǎn)：
一、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)定獲得優(yōu)質(zhì)的出水水質(zhì)。
二、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。
三、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)??； 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。
四、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。
五、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。
六、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。
膜 - 生物反應(yīng)器也存在一些不足。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
o 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；
o 膜污染容易出現(xiàn)，給操作管理帶來(lái)不便；
o 能耗高：首先 MBR 泥水分離過(guò)程必須保持一定的膜驅(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，必須加大曝氣強(qiáng)度，還有為了加大膜通量、減輕膜污染，必須增大流速，沖刷膜表面，造成 MBR 的能耗要比傳統(tǒng)的生物處理工藝高。
工藝用膜
膜可以由很多種材料制備，可以是液相、固相甚至是氣相的。目前使用的分離膜絕大多數(shù)是固相膜。根據(jù)孔徑不同可分為：微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜；根據(jù)材料不同，可分為無(wú)機(jī)膜和有機(jī)膜，無(wú)機(jī)膜主要是微濾級(jí)別膜。膜可以是均質(zhì)或非均質(zhì)的，可以是荷電的或電中性的。廣泛用于廢水處理的膜主要是由有機(jī)高分子材料制備的固相非對(duì)稱(chēng)膜。
膜的分類(lèi)依據(jù)及分類(lèi)：
一、 MBR 膜材質(zhì)
1、高分子有機(jī)膜材料： 聚烯烴類(lèi)、聚乙烯類(lèi)、聚丙烯腈、聚砜類(lèi)、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等。
有機(jī)膜成本相對(duì)較低，造價(jià)便宜，膜的制造工藝較為成熟，膜孔徑和形式也較為多樣，應(yīng)用廣泛，但運(yùn)行過(guò)程易污染、強(qiáng)度低、使用壽命短。
2、無(wú)機(jī)膜 ：是固態(tài)膜的一種，是由無(wú)機(jī)材料，如金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、無(wú)機(jī)高分子材料等制成的半透膜。
目前在 MBR 中使用的無(wú)機(jī)膜多為陶瓷膜，優(yōu)點(diǎn)是：它可以在 pH = 0~14 、壓力 P<10MPa 、溫度 <350 ℃的環(huán)境中使用，其通量高、能耗相對(duì)較低，在高濃度工業(yè)廢水處理中具有很大競(jìng)爭(zhēng)力；缺點(diǎn)是：造價(jià)昂貴、不耐堿、彈性小、膜的加工制備有一定困難。
二、 MBR 膜孔徑
MBR 工藝中用膜一般為微濾膜（ MF ）和超濾膜（ UF ），大都采用 0.1 ～ 0.4 μ m 膜孔徑，這對(duì)于固液分離型的膜反應(yīng)器來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠。
微濾膜常用的聚合物材料有：聚碳酸酯、纖維素酯、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亞胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰胺等。
超濾常用聚合物材料有：聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚丙烯腈（ PAN ）、聚偏氟乙烯、纖維素酯、聚醚醚酮、聚亞酰胺、聚醚酰胺等。
三、 MBR 膜組件
為了便于工業(yè)化生產(chǎn)和安裝，提高膜的工作效率，在單位體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大的膜面積，通常將膜以某種形式組裝在一個(gè)基本單元設(shè)備內(nèi)，在一定的驅(qū)動(dòng)力下，完成混合液中各組分的分離，這類(lèi)裝置稱(chēng)為膜組件（ Module ）。
工業(yè)上常用的膜組件形式有五種：
板框式（ Plate and Frame Module ）、螺旋卷式 (Spiral Wound Module) 、圓管式 (TubularModule) 、中空纖維式 (Hollow Fiber Module) 和毛細(xì)管式 (Capillary Module)。前兩種使用平板膜，后三者使用管式膜。圓管式膜直徑 >10mm; 毛細(xì)管式－ 0.5~10.0mm ；中空纖維式<0.5mm> 。
表：各種膜組件特性
MBR 工藝中常用的膜組件形式有：板框式、圓管式、中空纖維式。 板框式：
是 MBR 工藝最早應(yīng)用的一種膜組件形式，外形類(lèi)似于普通的板框式壓濾機(jī)。優(yōu)點(diǎn)是：制造組裝簡(jiǎn)單，操作方便，易于維護(hù)、清洗、更換。缺點(diǎn)是：密封較復(fù)雜，壓力損失大，裝填密度小。
圓管式：
是由膜和膜的支撐體構(gòu)成，有內(nèi)壓型和外壓型兩種運(yùn)行方式。實(shí)際中多采用內(nèi)壓型，即進(jìn)水從管內(nèi)流入，滲透液從管外流出。膜直徑在 6~24mm 之間。圓管式膜優(yōu)點(diǎn)是：料液可以控制湍流流動(dòng)，不易堵塞，易清洗，壓力損失小。缺點(diǎn)是：裝填密度小。
中空纖維式：
外徑一般為 40 ～ 250 μm ，內(nèi)徑為 25 ～ 42μm 。優(yōu)點(diǎn)是：耐壓強(qiáng)度高，不易變形。在 MBR中，常把組件直接放入反應(yīng)器中，不需耐壓容器，構(gòu)成浸沒(méi)式膜 -生物反應(yīng)器。一般為外壓式膜組件。優(yōu)點(diǎn)是：裝填密度高；造價(jià)相對(duì)較低；壽命較長(zhǎng)，可以采用物化性能穩(wěn)定，透水率低的尼龍中空纖維膜；膜耐壓性能好，不需支撐材料。缺點(diǎn)是：對(duì)堵塞敏感，污染和濃差極化對(duì)膜的分離性能有很大影響。
MBR 膜組件設(shè)計(jì)的一般要求：
o 對(duì)膜提供足夠的機(jī)械支撐，流道通暢，沒(méi)有流動(dòng)死角和靜水區(qū)；
o 能耗較低，盡量減少濃差極化，提高分離效率，減輕膜污染；
o 盡可能高的裝填密度，安裝，清洗、更換方便；
o 具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性。
膜組件的選用要綜合考慮其成本，裝填密度、應(yīng)用場(chǎng)合、系統(tǒng)流程、膜污染及清洗、使用壽命等。
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(kāi)發(fā)了浸入式中空纖維膜組件，其開(kāi)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，它所生產(chǎn)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。
現(xiàn)在，膜 - 生物反應(yīng)器已應(yīng)用于以下領(lǐng)域：
一、城市污水處理及建筑中水回用
1967年第一個(gè)采用 MBR 工藝的廢水處理廠由美國(guó)的 Dorr-Oliver 公司建成，這個(gè)處理廠處理 14m 3 /d 廢水。 1977年，一套污水回用系統(tǒng)在日本的一幢高層建筑中得到實(shí)際應(yīng)用。 1980 年，日本建成了兩座處理能力分別為 10m 3 /d 和 50m 3 /d的 MBR 處理廠。 90 年代初期，日本就有 39 座這樣的廠在運(yùn)行，最大處理能力可達(dá) 500m 3 /d ，并且有 100 多處的高樓采用MBR 將污水處理后回用于中水道。 1997 年，英國(guó) Wessex 公司在英國(guó) Porlock 建立了當(dāng)時(shí)世界上最大的 MBR系統(tǒng)，日處理量達(dá) 2 ， 000 m 3 ， 1999 年又在 Dorset 的 Swanage 建成了 13 ， 000m 3 /d 的MBR 工廠 [14] 。
1998 年 5 月，清華大學(xué)進(jìn)行的一體式膜 - 生物反應(yīng)器中試系統(tǒng)通過(guò)了國(guó)家鑒定。 2000年初，清華大學(xué)在北京市海淀鄉(xiāng)醫(yī)院建起了一套實(shí)用的 MBR 系統(tǒng)，用以處理醫(yī)院廢水，該工程于 2000 年 6 月建成并投入使用，目前運(yùn)轉(zhuǎn)正常。
二、工業(yè)廢水處理
90年代以來(lái)， 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)用也得到了廣泛關(guān)注，如處理食品工業(yè)廢水、水產(chǎn)加工廢水、養(yǎng)殖廢水、化妝品生產(chǎn)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(chē)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)處理其生產(chǎn)廢水，由于生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，結(jié)果導(dǎo)致污泥膨脹，污泥難以分離，最后采用 Zenon 的膜組件代替沉淀池，運(yùn)行效果良好。
三、 微污染飲用水凈化
隨著氮肥與殺蟲(chóng)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(kāi)發(fā)出同時(shí)具有生物脫氮、吸附殺蟲(chóng)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(chóng)劑濃度低于 0.02 μ g/L 。
四、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(wèn)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(kāi)發(fā)出被稱(chēng)之為 NS 系統(tǒng)的屎尿處理技術(shù)，最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，生產(chǎn)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(kāi)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。
五、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(guò) 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(lèi)與重金屬。最近美國(guó) Envirogen 公司開(kāi)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(lái)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 能夠保留高效細(xì)菌并使細(xì)菌濃度達(dá)到 50 ， 000mg/L 。在現(xiàn)場(chǎng)中試中，進(jìn)液 COD 為幾百至40 ， 000 ，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(lèi)型 所占百分比率（%） 污水類(lèi)型 所占百分比率（%）
工業(yè)污水 27 城市污水 12
建筑污水 24 垃圾 9
家庭污水 27
發(fā)展前瞻
重點(diǎn)領(lǐng)域和
o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。
o 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。
o 有污水回用需求的地區(qū)或場(chǎng)所，如賓館、洗車(chē)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)。
o 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。
o 垃圾填埋廠滲濾液的處理及回用。
o 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。
二、MBR 未來(lái)的研究重點(diǎn)如下
o 膜污染的機(jī)理及防治。
o MBR 工藝流程形式及運(yùn)行條件的優(yōu)化。
o 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。
o 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。
o 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 用于污水處理的最大經(jīng)濟(jì)流量的確定。
o 以節(jié)能、處理特殊水質(zhì)對(duì)象、兼具脫氮除磷、操作維護(hù)簡(jiǎn)便、可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行等為目標(biāo)，開(kāi)發(fā)新型的膜生物反應(yīng)器。
MBFB膜生物流化床工藝
用于污水深度處理，能在原有污水達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)生物流化床和陶瓷膜分離系統(tǒng)，進(jìn)一步降低COD、NH-N、濁度等指標(biāo)，一方面可直接回用，另一方面也可作為RO脫鹽處理的預(yù)處理工藝，替代原有砂濾、保安過(guò)濾、超濾等冗長(zhǎng)過(guò)濾流程，同時(shí)有機(jī)物含量的降低大大提高RO膜使用壽命，降低回用水處理成本，無(wú)機(jī)陶瓷膜分離系統(tǒng)，是世界第一套污水處理專(zhuān)用的無(wú)機(jī)膜分離系統(tǒng)，和其它的有機(jī)膜、無(wú)機(jī)膜相比，具有膜通量大、可反沖、全自動(dòng)操作等優(yōu)勢(shì)。
MBR工藝說(shuō)明
工藝原理
3AMBR是傳統(tǒng)A/A/O工藝和MBR工藝有機(jī)結(jié)合的污水處理新工藝，是生物脫氮除磷的原理與膜生物反應(yīng)器技術(shù)相結(jié)合的污水處理新技術(shù)，充分發(fā)揮膜生物反應(yīng)器高活性污泥濃度和高效率硝化的特性，使除磷脫氮能力大大提高。
A/A/O工藝（Anaerbio-Anoxic-Oxic）稱(chēng)為厭氧-缺氧-好氧工藝，是把除磷、脫氮和降解有機(jī)物三個(gè)生化過(guò)程結(jié)合起來(lái)，并且根據(jù)活性污泥微生物在完成硝化、反硝化以及生物除磷過(guò)程中對(duì)環(huán)境條件不同要求，在池子的不同區(qū)域分別設(shè)置厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)。根據(jù)不同區(qū)域設(shè)置位置及運(yùn)行方式的不同，在傳統(tǒng)A/A/O工藝的基礎(chǔ)上又出現(xiàn)了多種改良工藝。
該工藝流程總的水力停留時(shí)間小于其他的同類(lèi)工藝，在厭氧、缺氧、好氧交替運(yùn)行的條件下可抑制絲狀菌繁殖，克服污泥膨脹。SVI值一般小于100，有利于處理后的污水與污泥的分離。運(yùn)行中在厭氧和缺氧段內(nèi)只需輕緩攪拌，運(yùn)行費(fèi)用低。由于厭氧、缺氧和好氧三個(gè)區(qū)嚴(yán)格分開(kāi)，有利于不同微生物菌群的繁殖生長(zhǎng)，因此脫氮除磷效果非常好。目前，該法在國(guó)內(nèi)外使用較為廣泛。
但傳統(tǒng)A/A/O工藝也存在著本身固有的特點(diǎn)，脫氮和除磷對(duì)外部環(huán)境條件的要求是相互矛盾的，脫氮要求有機(jī)負(fù)荷較低，污泥齡較長(zhǎng)，而除磷要求有機(jī)負(fù)荷較高，污泥齡較短，往往很難權(quán)衡。另外，回流污泥中含有大量的硝酸鹽，回流到厭氧池中會(huì)影響厭氧環(huán)境，對(duì)除磷不利。
為了解決A/A/O法回流污泥中硝酸鹽對(duì)厭氧放磷的影響，可采取將回流污泥進(jìn)行兩次回流，或進(jìn)水分兩點(diǎn)進(jìn)入以及對(duì)回流污泥進(jìn)行反硝化等等措施，于是派生出了3AMBR工藝。
膜生物反應(yīng)器主要由膜組件和膜生物反應(yīng)器兩部分構(gòu)成。大量的微生物（活性污泥）在生物反應(yīng)器內(nèi)與基質(zhì)（廢水中的可降解有機(jī)物等）充分接觸，通過(guò)氧化分解作用進(jìn)行新陳代謝以維持自身生長(zhǎng)、繁殖，同時(shí)使有機(jī)污染物降解。膜組件通過(guò)機(jī)械篩分、截流等作用對(duì)廢水和污泥混合液進(jìn)行固液分離。大分子物質(zhì)等被濃縮后返回生物反應(yīng)器，從而避免了微生物的流失。生物處理系統(tǒng)和膜分離組件的有機(jī)組合，不僅提高了系統(tǒng)的出水水質(zhì)和運(yùn)行的穩(wěn)定程度，還延長(zhǎng)了難降解大分子物質(zhì)在生物反應(yīng)器中的水力停留時(shí)間，加強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)難降解物質(zhì)的去除效果。
工藝流程的特點(diǎn)
污水工藝流程圖如圖1，其具有以下特點(diǎn)：
（1）按污水特點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的預(yù)處理工藝預(yù)處理方面采用的格柵＋曝氣沉砂，此次針對(duì)性的設(shè)計(jì)，完全符合了北方污水含砂量較大的特點(diǎn)。
（2）針對(duì)性工藝設(shè)計(jì)由于污水中含有部分工業(yè)廢水，而工業(yè)廢水具有SS、色度等指標(biāo)高且波動(dòng)范圍大、污水可生化性差等特點(diǎn)，針對(duì)這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)加入了初沉池、PAC加藥系統(tǒng)、甲醇投加系統(tǒng)以及臭氧接觸消毒工藝，可以有效去除SS、色度，為后續(xù)的生化穩(wěn)定運(yùn)行以及出水的水質(zhì)達(dá)標(biāo)提供了保障。預(yù)留的清水池及送水泵房，也為將來(lái)的中水回用做出了保障。
（3）MBR工藝的采用
膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor）簡(jiǎn)稱(chēng)MBR處理工藝，是近年來(lái)發(fā)展和應(yīng)用較快的一種新型生化處理工藝。它是膜分離技術(shù)和生物技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。它不同于活性污泥法，不使用沉淀池進(jìn)行固液分離，而是使用微濾膜分離技術(shù)取代傳統(tǒng)活性污泥法的沉淀池和常規(guī)過(guò)濾單元，使水力停留時(shí)間（HRT）和泥齡（SRT）完全分離。
污水生物處理系統(tǒng)中，水以外的污泥、細(xì)菌、原生與后生動(dòng)物等微生物都不能透過(guò)MBR所采用的膜。通過(guò)膜的高效截留，生物反應(yīng)器內(nèi)可以維持較高的污泥濃度，保持良好的生物種群，生化系統(tǒng)的處理效率提高。同時(shí)，經(jīng)過(guò)膜組件的出水水質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)沉淀出水，可以直接回用為循環(huán)冷卻水、綠化水、沖廁水。
MBR系統(tǒng)一般由生化區(qū)、膜分離區(qū)、產(chǎn)水系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)等部分組成。目前應(yīng)用較廣的膜生物反應(yīng)器形式為浸入式，即采用中空纖維膜膜元件構(gòu)成的組件浸放于膜分離區(qū)中，中空纖維膜0.3微米的孔徑可完全阻止細(xì)菌的通過(guò)，所以將菌膠團(tuán)和游離細(xì)菌、原生及后生動(dòng)物等全部截留在曝氣池中，只將透過(guò)膜的水匯入集水管中排出，從而實(shí)現(xiàn)泥水分離，免除了二沉池；通過(guò)膜組件的高效分離，保證了出水懸浮物接近零的優(yōu)良出水水質(zhì)。同時(shí)由于膜組件的隔離作用，可使生化池中的污泥濃度達(dá)到 8000~12000mg/L 以上，污泥中的微生物種群更加完善、豐富，這樣不僅提高了曝氣池抗沖擊負(fù)荷的能力，出水更加穩(wěn)定不易受污泥惡化甚至解體的影響，提高了生化池的污泥負(fù)荷，減少了所需的生化池容積。池容積的縮小又相應(yīng)大比例降低了生化系統(tǒng)的土建投資。
（4）多種運(yùn)行方式組合的設(shè)計(jì)：生活污水和工業(yè)廢水進(jìn)廠之后，可以按獨(dú)立的流程處理，也可混合處理；就工業(yè)廢水而言，可按全流程處理，也可超越部分單體縮短流程處理。
MBR膜生物反應(yīng)器的工藝特點(diǎn)
（1）出水水質(zhì)優(yōu)良、穩(wěn)定，優(yōu)于國(guó)家一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，部分指標(biāo)達(dá)到地表水IV類(lèi)，可直接回用。高效的固液分離將廢水中的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)、生物單元流失的微生物菌群與已凈化的水分開(kāi)，不須經(jīng)三級(jí)處理即直接可回用，具有較高的水質(zhì)安全性。
（2）工藝流程短，運(yùn)行控制靈活穩(wěn)定。由于膜的高效分離作用，不必單獨(dú)設(shè)立沉淀、過(guò)濾等固液分離池。
（3）容積負(fù)荷高，占地面積小。處理單元內(nèi)生物量可維持在高濃度，使容積負(fù)荷大大提高，同時(shí)膜分離的高效性，使處理單元水力停留時(shí)間大大縮短。
（4）污泥齡長(zhǎng)，污泥排放少，二次污染小。膜生物反應(yīng)器內(nèi)生物污泥在運(yùn)行中可以達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，剩余污泥排放很少，只有傳統(tǒng)工藝的30%，污泥處理費(fèi)用低。
（5）對(duì)水質(zhì)的變化適應(yīng)力強(qiáng)，系統(tǒng)抗沖擊性強(qiáng)。防止各種微生物菌群的流失，有利于生長(zhǎng)速度緩慢的細(xì)菌（硝化細(xì)菌等）的生長(zhǎng)，使一些大分子難降解有機(jī)物的停留時(shí)間變長(zhǎng)，有利于它們的分解，從而系統(tǒng)中各種代謝過(guò)程順利進(jìn)行。
（6）自動(dòng)化程度高，管理簡(jiǎn)單。MBR由于采用膜技術(shù)，大大縮短了工藝的流程和通過(guò)先進(jìn)的電腦控制技術(shù)，使設(shè)備高度集成化、智能化，是目前為止，國(guó)內(nèi)自動(dòng)化程度最高的中水回用設(shè)備。
（7）生物脫氮效果好。SRT與HRT完全分離，有利于增殖緩慢的硝化細(xì)菌的截留、生長(zhǎng)和繁殖，系統(tǒng)硝化效率高；MLSS濃度高，反硝化基質(zhì)利用速率高。
（8）模塊化設(shè)計(jì)，易于根據(jù)水量情況進(jìn)行自由組合。由于高度的集成化，MBR形成了規(guī)格化、系列化的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，用戶(hù)可根據(jù)工程需要進(jìn)行組合安裝。
（9）可作為反滲透預(yù)處理工藝。MBR工藝對(duì)污染物的去除率較高，出水懸浮物和濁度接近于零，可完全滿(mǎn)足RO對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求；將MBR作為RO的預(yù)處理技術(shù)，既可有效保證RO膜的連續(xù)運(yùn)行、控制膜污染，還可獲得高質(zhì)量的再生水。
工藝特點(diǎn)
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可直接達(dá)到再生水水質(zhì)要求，省去沉淀池及常規(guī)的深度處理設(shè)施。
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生物曝氣池中可維持很高的活性污泥濃度，從而縮小了曝氣池的容積，同時(shí)膜池取代了沉淀池懸浮物與液體分離和顆粒濾料濾池的功能，占地面積較常規(guī)工藝大大縮小。
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固液分離率高。
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耐沖擊負(fù)荷。
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出水水質(zhì)高、穩(wěn)定，對(duì)病原體有很好的去除效果。
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可作為反滲透預(yù)處理工藝，既可保證RO膜的連續(xù)運(yùn)行、控制膜污染，還可獲得高質(zhì)量的再生水。
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工藝流程自動(dòng)化程度高。
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模塊式安裝，建設(shè)速度快。
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工程投資大，運(yùn)行費(fèi)用高。
