一、什么是MBR？

　　MBR是膜-生物反应器（Membrane Bio-Reactor）的简称，MBR是指将超、微滤膜分离技术与污水处理中的生物反应器相结合而成的一种新的污水处理装置。这种反应器综合了膜处理技术和生物处理技术带来的优点。超、微滤膜组件作为泥水分离单元，可以完全取代二次沉淀池。以膜组件取代传统生物处理技术末端二沉池，在生物反应器中保持高活性污泥浓度，提高生物处理有机负荷，从而减少污水处理设施占地面积，并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量。主要利用膜分离设备截留水中的活性污泥与大分子有机物。膜生物反应器系统内活性污泥（MLSS）浓度可提升至8000~10,000mg/L，甚至更高；污泥龄（SRT）可延长至30天以上。

　　膜生物反应器因其有效的截留作用，可保留世代周期较长的微生物，可实现对污水深度净化，同时硝化菌在系统内能充分繁殖，其硝化效果明显，对深度除磷脱氮提供可能。

　　二、MBR膜的类型及组合方式

　　MBR膜的类型

　　1、固液分离型膜

　　固液分离型膜--生物反应器是在水处理领域中研究得最为广泛深入的一类膜生物反应器，是一种用膜分离过程取代传统活性污泥法中二次沉淀池的水处理技术。

　　其通过膜组件将固体有机物回流至反应器中，再将处理过的有机水排出。膜分离生物反应器的类型可以根据膜组件与生物反应器位置进行分类有一体式膜生物反应器、分置式膜生物反应器、复合式膜生物反应器。

　　在传统的废水生物处理技术中，二次沉淀池中的泥水分离靠重力作用完成的，其分离效率依赖于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分离效率越高。

　　而污泥的沉降性取决于曝气池的运行状况，改善污泥沉降性必须严格控制曝气池的操作条件，这限制了该方法的适用范围。

　　由于二沉池固液分离的要求，曝气池的污泥不能维持较高浓度，一般在 1.5~3.5g/L左右，从而限制了生化反应速率。

　　水力停留时间（HRT）与污泥龄（SRT）相互依赖，提高容积负荷与降低污泥负荷往往形成矛盾。系统在运行过程中还产生了大量的剩余污泥，其处置费用占污水处理厂运行费用的25% ～40% 。

　　针对上述问题：

　　MBR将分离工程中的膜分离技术与传统废水生物处理技术有机结合，大大提高了固液分离效率；

　　并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌（特别是优势菌群）的出现，提高了生化反应速率；

　　同时，通过降低F/M比减少剩余污泥产生量（甚至为0），从而基本解决了传统活性污泥法存在的许多突出问题。

　　2、曝气膜

　　曝气膜--生物反应器（AMBR）采用透气性致密膜（如硅橡胶膜）或微孔膜（如疏水性聚合膜），以板式或中空纤维式组件，在保持气体分压低于泡点（ Bubble Point）情况下，可实现向生物反应器的无泡曝气。

　　该工艺的特点是提高了接触时间和传氧效率，有利于曝气工艺的控制，不受传统曝气中气泡大小和停留时间的因素的影响。

　　3、萃取膜

　　萃取膜生物反应器，又称为EMBR（Extractive Membrane Bioreactor）。

　　因为高酸碱度或对生物有毒物质的存在，某些工业废水不宜采用与微生物直接接触的方法处理；

　　当废水中含挥发性有毒物质时，若采用传统的好氧生物处理过程，污染物容易随曝气气流挥发，发生气提现象，不仅处理效果很不稳定，还会造成大气污染。

　　为了解决这些技术难题，英国学者Livingston研究开发了EMB。废水与活性污泥被膜隔开来，废水在膜内流动，而含某种专性细菌的活性污泥在膜外流动，废水与微生物不直接接触，有机污染物可以通过选择性透过膜被另一侧的微生物降解。

　　由于萃取膜两侧的生物反应器单元和废水循环单元是各自独立，各单元水流相互影响不大，生物反应器中营养物质和微生物生存条件不受废水水质的影响，使水处理效果稳定。

　　MBR膜的组合方式

　　根据膜组件和生物反应器的组合方式，可将膜--生物反应器分为分置式、一体式以及复合式三种基本类型。（以下讨论的均为固液分离型膜--生物反应器）

　　1、分置式

　　把膜组件和生物反应器分开设置。

　　生物反应器中的混合液经循环泵增压后打至膜组件的过滤端，在压力作用下混合液中的液体透过膜，成为系统处理水；固形物、大分子物质等则被膜截留，随浓缩液回流到生物反应器内。

　　2、一体式

　　把膜组件置于生物反应器内部。进水进入膜--生物反应器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在外压作用下由膜过滤出水。

　　这种形式的膜--生物反应器由于省去了混合液循环系统，并且靠抽吸出水，能耗相对较低；占地较分置式更为紧凑，近年来在水处理领域受到了特别关注。

　　但是一般膜通量相对较低，容易发生膜污染，膜污染后不容易清洗和更换。

　　3、复合式

　　形式上也属于一体式膜--生物反应器，所不同的是在生物反应器内加装填料，从而形成复合式膜--生物反应器，改变了反应器的某些性状。

　　4、组合工艺

　　为了使废水达到更好的净化效果，常常将生化工艺和MBR工艺组合成新的系统。

　　三、MBR的控制条件

　　膜生物反应器工艺中，膜分离的操作条件类似于传统膜分离，主要控制因素有进水水质、膜面流速、温度、操作压力、pH 值、MLSS 等。

　　1、温度

　　膜生物反应器系统宜在 15℃～35℃下运行。通常，温度上升，膜通量增大，这主要是因为温度升高后降低了活性污泥混合液的粘度，从而降低了渗透阻力。

　　2、操作压力

　　在控制活性污泥混合液特性基本不变的情况下，膜通量随着压力的增加而增加；但当压力达到一定值，即浓差极化使膜表面溶质浓度达到极限浓度时，继续增大压力几乎不能提高膜通量，反而使膜污堵加剧。浸没式 MBR 的跨膜压差不宜超过 0.05MPa。

　　3、溶解氧

　　溶解氧是影响有机物去除效果的重要因素。特别是在以除磷脱氮为目的的情况下， 溶解氧的浓度控制显得尤为重要。在不同的膜生物反应器工艺类型中，混合液以各种形式在生物反应池内形成好氧、缺氧及厌氧段。反应池各段 DO 的控制范围为：厌氧段在 0.2mg/L 以下，缺氧段在0.2mg/L～0.5mg/L 之间，好氧段溶解氧浓度宜不小于 2mg/L。

　　4、膜面流速

　　膜面流速与压力对膜通量的影响是相互关联的。压力较低时膜面流速对膜通量影响不大，压力较高时膜面流速对膜通量影响很大。随着膜面流速的增加，膜通量也增加，尤其是当压力比较高的时候。这是因为膜面流速的提高一方面可以增加水流的剪切力，减少污染物在膜表面的沉积；另一方面流速增大可以提高对流传质系数，减少边界层的厚度，减小浓差极化的影响。另外，膜面流速对膜面沉积层的影响程度还与料液中污泥浓度有关，在污泥浓度较低时，膜渗透速率与膜面流速呈线性增加。但当污泥浓度较高时，膜面流速增加到一定的数值后，对沉积层的影响减弱，膜通量增加的速度减小。对于外置式 MBR，运行条件尽可能控制在低压、高流速，膜面流速宜保持在 3m/s～5m/s。这样做不仅有利于保持较高的水通量，而且有利于膜的保养和维护，减少膜的清洗和更换。

　　5、MLSS

　　浸没式 MBR 好氧区（池）污泥浓度宜控制在 3000mg/L～20000mg/L。一般来说，在一定的膜面流速下，当料液中污泥浓度增加时，由于污泥浓度过高，污泥易在膜表面沉积形成厚的污泥层，导致过滤阻力增加，使膜通量下降。但是，料液中污泥浓度也不能太低，否则污染物质降解速率低，同时活性污泥对溶解性有机物的吸附和降解能力减弱，使得混合液上清液中溶解性有机物浓度增加，易被膜表面吸附，导致过滤阻力增加，膜通量下降。因此，应当维持料液中适中的污泥浓度，过高或过低都会使水通量减小。

　　6、pH 值

　　膜生物反应池进水 pH 值宜为 6～9。