膜生物反應(yīng)器是一種由膜分離與生物處理技術(shù)組合而成的廢水生物處理新工藝。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。
1、MBR工藝在國內(nèi)的研究現(xiàn)狀
80年代以來，膜生物反應(yīng)器愈來愈受到重視，成為研究的熱點之一。目前該技術(shù)己應(yīng)用于美國、德國、法國和埃及等十多個國家，規(guī)模從6m3／d至 13000m3／d不等。
我國對MBR的研究還不到十年，但進(jìn)展十分迅速。國內(nèi)對MBR的研究大致可分為幾個方面：
1.探索不同生物處理工藝與膜分離單元的組合形式，生物反應(yīng)處理工藝從活性污泥法擴(kuò)展到接觸氧化法、生物膜法、活性污泥與生物膜相結(jié)合的復(fù)合式工藝、兩相厭氧工藝；
2.影響處理效果與膜污染的因素、機(jī)理及數(shù)學(xué)模型的研究，探求合適的操作條件與工藝參數(shù)，盡可能減輕膜污染，提高膜組件的處理能力和運行穩(wěn)定性；
3.擴(kuò)大MBR的應(yīng)用范圍，MBR的研究對象從生活污水?dāng)U展到高濃度有機(jī)廢水（食品廢水、啤酒廢水）與難降解工業(yè)廢水（石化污水、印染廢水等），但以生活污水的處理為主。
2、MBR工藝的特點
與傳統(tǒng)的生化水處理技術(shù)相比，MBR具有以下主要特點：
1.高效地進(jìn)行固液分離,其分離效果遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的沉淀池,出水水質(zhì)良好,出水懸浮物和濁度接近于零,可直接回用,實現(xiàn)了污水資源化。
2.膜的高效截留作用,使微生物完全截留在生物反應(yīng)器內(nèi),實現(xiàn)反應(yīng)器水力停留時間(HRT)和污泥齡(SRT)的完全分離,運行控制靈活穩(wěn)定。
3.由于MBR將傳統(tǒng)污水處理的曝氣池與二沉池合二為一,并取代了三級處理的全部工藝設(shè)施,因此可大幅減少占地面積,節(jié)省土建投資。
4.利于硝化細(xì)菌的截留和繁殖,系統(tǒng)硝化效率高。通過運行方式的改變亦可有脫氨和除磷功能。
5.由于泥齡可以非常長,從而大大提高難降解有機(jī)物的降解效率。
6.反應(yīng)器在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷、長泥齡下運行,剩余污泥產(chǎn)量極低,由于泥齡可無限長,理論上可實現(xiàn)零污泥排放。
7.系統(tǒng)實現(xiàn)PLC控制,操作管理方便。
3、MBR工藝的組成
通常提到的膜 - 生物反應(yīng)器實際上是三類反應(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 Separation MembraneBioreactor, SLSMBR, 簡稱 MBR ）。
曝氣膜
曝氣膜--生物反應(yīng)器（AMBR）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（ Bubble Point）情況下，可實現(xiàn)向生物反應(yīng)器的無泡曝氣。
該工藝的特點是提高了接觸時間和傳氧效率，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間的因素的影響。
萃取膜
萃取膜--生物反應(yīng)器，又稱為EMBR（Extractive Membrane Bioreactor）。因為高酸堿度或?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，若采用傳統(tǒng)的好氧生物處理過程，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，還會造成大氣污染。
為了解決這些技術(shù)難題，英國學(xué)者Livingston研究開發(fā)了EMB。廢水與活性污泥被膜隔開來，廢水在膜內(nèi)流動，而含某種專性細(xì)菌的活性污泥在膜外流動，廢水與微生物不直接接觸，有機(jī)污染物可以通過選擇性透過膜被另一側(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)單元是各自獨立，各單元水流相互影響不大，生物反應(yīng)器中營養(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)。其通過膜組件將固體有機(jī)物回流至反應(yīng)器中，再將處理過的有機(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。
在傳統(tǒng)的廢水生物處理技術(shù)中，二次沉淀池中的泥水分離靠重力作用完成的，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)在運行過程中還產(chǎn)生了大量的剩余污泥，其處置費用占污水處理廠運行費用的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特效菌（特別是優(yōu)勢菌群）的出現(xiàn)，提高了生化反應(yīng)速率；同時，通過降低F/M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題。
4、MBR工藝的類型
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）
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濾端，在壓力作用下混合液中的液體透過膜，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)。
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，能耗相對較低；占地較分置式更為緊湊，近年來在水處理領(lǐng)域受到了特別關(guān)注。但是一般膜通量相對較低，容易發(fā)生膜污染，膜污染后不容易清洗和更換。
復(fù)合式
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。
5、MBR工藝的組合
為了使廢水達(dá)到更好的凈化效果，常常將A2O工藝和MBR工藝組合成新的系統(tǒng)。
A2O-MBR工藝
焦化廢水是煉焦、高溫干餾、煤氣凈化和回收等過程中產(chǎn)生的，含有揮發(fā)酚、多環(huán)芳烴、氧、硫、氮雜環(huán)化合物等特點，以及高COD值、高酚值和高含量的氨氮。
雖然A2O工藝處理焦化廢水是最有效且應(yīng)用廣泛的方法之一。然而，這一過程的出水很難達(dá)到國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。A2O-MBR組合工藝的出現(xiàn)，利用膜過程的優(yōu)勢來進(jìn)一步改善出水水質(zhì)。
A2O/A-MBR工藝
A2O/A-MBR工藝常用于脫氮除磷，該工藝是在A2O工藝的基礎(chǔ)上再設(shè)一級缺氧池，廢水經(jīng)過碳膜完成生物脫氮除磷后，再利用第二缺氧池進(jìn)行內(nèi)源反硝化，進(jìn)一步去除TN，之后，再利用膜池的好氧曝氣作用保障出水。
AO-MBR工藝
在AO-MBR系統(tǒng)中，被隔除了懸浮物和雜物的廢水流入調(diào)節(jié)池，均衡水質(zhì)水量，然后進(jìn)入沉淀池進(jìn)行固液分離。上清液流入MBR處理池，MBR處理池設(shè)計為AO系統(tǒng)：在前段，進(jìn)段的回流水充分混合進(jìn)行生物反硝化脫氮，在后段進(jìn)行生物降解和硝化，同時加堿，處理后的廢水直接排放。
3A-MBR工藝
3A-MBR工藝是將膜生物反應(yīng)器技術(shù)與傳統(tǒng)的厭氧、缺氧、好氧工藝結(jié)合的新工藝，常常用在脫氮除磷廢水的凈化，突出特點與生物除磷脫氮過程相互促進(jìn)，使整個系統(tǒng)除磷脫氮和去除有機(jī)物的效率達(dá)到最大化效果。
充分提高膜反應(yīng)池高濃度活性污泥，促進(jìn)形成優(yōu)勢硝化菌群落，提高硝化效率，使氨氮去除徹底；通過自動控制，優(yōu)化膜生物反應(yīng)器排泥時間，合理控制泥齡，提高系統(tǒng)內(nèi)生長緩慢硝化菌、反硝化菌和其他專性生化菌的濃度，提高有機(jī)物和除磷脫氮的效果；實現(xiàn)好氧排泥，避免磷的二次釋放，提高磷去除率。
A(2A)O-MBR工藝
A(2A)O-MBR工藝采用的工藝流程依次為厭氧、第一段缺氧、第二段缺氧、好氧和膜池。其特點是在A2O-MBR工藝中設(shè)置兩段缺氧區(qū)，通過控制進(jìn)水和回流點調(diào)節(jié)兩段缺氧區(qū)的功能。
進(jìn)水方式采用厭氧區(qū)和第一缺氧區(qū)兩點進(jìn)水?；亓鞣绞讲捎萌墐牲c回流，第一級是膜池混合液回流到好氧池前端；第二級是好氧區(qū)混合液分別回流到第一缺氧區(qū)和第二缺氧區(qū)；第三極是第一缺氧區(qū)的混合液混流到厭氧區(qū)。
SBR-MBR工藝
SBR-MBR工藝是將SBR和MBR相結(jié)合形成的一種工藝，具有兩者的優(yōu)點。SBR是一種改良型的活性污泥處理工藝，利用膜組件的截留過濾作用，反應(yīng)中的微生物可以最大限度的繁殖，利于硝化細(xì)菌的生長，污泥的生物活性高、吸附和降解有機(jī)物能力強。
SBR-MBR工藝有進(jìn)水、厭氧、好氧、沉淀五個系統(tǒng)，SBR和MBR的工作方式為生物脫磷除氮提供條件，還可以根據(jù)處理不同廢水的需要進(jìn)行控制，利用膜分離排水，提高廢水的凈化效率，還節(jié)省了時間
