1、MBR概述
MBR為膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor）的簡(jiǎn)稱(chēng),是一種將膜分離技術(shù)與生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新型水處理技術(shù)，它利用膜分離設(shè)備將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)物截留住，省掉二沉池。膜- 生物反應(yīng)器工藝通過(guò)膜的分離技術(shù)大大強(qiáng)化了生物反應(yīng)器的功能，使活性污泥濃度大大提高，其水力停留時(shí)間（HRT）和污泥停留時(shí)間（SRT）可以分別控制。
與傳統(tǒng)廢水生物處理工藝相比，MBR工藝具有處理效率高、出水水質(zhì)好、占地面積小( 只相當(dāng)于傳統(tǒng)處理工藝占地的1/8 ～1/5)、耐沖擊負(fù)荷、操作管理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、污泥停留時(shí)間與水力停留時(shí)間分離等優(yōu)點(diǎn)。
目前，各國(guó)水處理工作者對(duì)膜技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用進(jìn)行了廣泛和深入地研究，MBR 已廣泛用于生活污水、一般有機(jī)工業(yè)廢水、垃圾滲濾液處理等。
2、MBR的分類(lèi)及組成
2.1 MBR的分類(lèi)
根據(jù)膜組件和生物反應(yīng)器的相對(duì)位置，膜- 分離生物反應(yīng)器可以分為分置式膜生物反應(yīng)器、一體式膜生物反應(yīng)器和復(fù)合式膜生物反應(yīng)器。
分置式膜生物反應(yīng)器分置式膜生物反應(yīng)器是指膜組件與生物反應(yīng)器分開(kāi)設(shè)置，相對(duì)獨(dú)立，膜組件與生物反應(yīng)器通過(guò)泵與管路相連接。分置式膜生物反應(yīng)器的工藝流程如圖1 所示。該工藝
膜組件和生物反應(yīng)器各自分開(kāi)，獨(dú)立運(yùn)行，因而相互干擾較小，易于調(diào)節(jié)控制，而且，膜組件置于生物反應(yīng)器之外，更易于清洗更換。但其動(dòng)力消耗較大，加壓泵提供較高的壓力，造成膜表面高速錯(cuò)流，延緩膜污染，這是其動(dòng)力費(fèi)用大的原因，每噸出水的能耗為2～10kW·h，約是傳統(tǒng)活性污泥法能耗的10～20 倍，因此能耗較低的一體式膜生物反應(yīng)器的研究逐漸得到了人們的重視。

圖1 分置式膜生物反應(yīng)器工藝流程圖
一體式膜生物反應(yīng)器為解決分離式MBR 能耗高，人們研發(fā)了第二代，即一體式MBR。一體式膜生物反應(yīng)器是將膜組件直接安置在生物反應(yīng)器內(nèi)部，有時(shí)又稱(chēng)為淹沒(méi)式膜生物反應(yīng)器（SMBR），依靠重力或水泵抽吸產(chǎn)生的負(fù)壓或真空泵作為出水動(dòng)力。一體式膜生物反應(yīng)器工藝流程如圖2 所示。該工藝由于膜組件置于生物反應(yīng)器之中，減少了處理系統(tǒng)的占地面積，而且該工藝用抽吸泵或真空泵抽吸出水，動(dòng)力消耗費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于分置式膜生物反應(yīng)器，每噸出水的動(dòng)力消耗約是分置式的1/10。如果采用重力出水，則可*節(jié)省這部分費(fèi)用。但由于膜組件浸沒(méi)在生物反應(yīng)器的混合液中，污染較快，而且清洗起來(lái)較為麻煩，需要將膜組件從
反應(yīng)器中取出。

圖2 一體式膜生物反應(yīng)器工藝流程圖
復(fù)合式膜生物反應(yīng)器復(fù)合式膜生物反應(yīng)器也是將膜組件置于生物反應(yīng)器之中，通過(guò)重力或負(fù)壓出水，但生物反應(yīng)器的型式不同。復(fù)合式MBR，是在生物反應(yīng)器中安裝填料，形成復(fù)合式處理系統(tǒng)，其工藝流程如圖3 所示。在復(fù)合式膜生物反應(yīng)器中安裝填料的目的有兩個(gè)：一是提高處理系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷，保證系統(tǒng)的處理效果；二是降低反應(yīng)器中懸浮性活性污泥濃度，減小膜污染的程度，保證較高的膜通量。

圖3 復(fù)合式膜生物反應(yīng)器工藝流程圖
2.2 MBR 工藝用膜及膜組件
MBR 所用的膜及膜組件種類(lèi)較多。根據(jù)膜孔孔徑不同,膜可分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜,其中以微濾膜、超濾膜應(yīng)用較多。根據(jù)制膜材料不同,分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜,有機(jī)膜有聚烯烴類(lèi)膜、纖維素衍生類(lèi)膜、聚酯類(lèi)膜、聚砜類(lèi)膜等,無(wú)機(jī)膜常見(jiàn)的為陶瓷膜。根據(jù)膜組件形式不同,膜組件可分為平板式、管式、螺旋式、中空纖維式等。
這些膜的孔徑一般介于0.02-0.5μm 之間，因此，只要是粒徑比膜孔徑大的物質(zhì)都可以被截留，去除的物質(zhì)主要包括膠體、無(wú)機(jī)離子和小粒徑的有機(jī)微污染物例如腐殖酸等。
目前用的較多的是高分子有機(jī)膜材料，因?yàn)樗某杀据^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。但它的缺點(diǎn)也比較明顯，運(yùn)行過(guò)程易污染、強(qiáng)度低、使用壽命短。無(wú)機(jī)膜雖然有著耐酸、抗壓、抗溫、通量高、能耗相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，但由于造價(jià)昂貴、不耐堿、彈性小、膜的加工制備有一定困難等缺點(diǎn)，導(dǎo)致應(yīng)用受到限制。
3、MBR 運(yùn)行的影響因素
3.1 有機(jī)負(fù)荷
研究表明：好氧MBR 出水受容積負(fù)荷與水力停留時(shí)間（HRT）的影響較小，而厭氧MBR 出水受沖擊負(fù)荷與HRT 的影響較大。
采用好氧膜生物反應(yīng)器處理不同高濃度氨氮的有機(jī)廢水，盡管有機(jī)負(fù)荷從0.085Kg/Kg·d 提高到0.43Kg/Kg·d，負(fù)荷增加到原來(lái)的5 倍，其MBR 段的COD 去除率基本相當(dāng)。用厭氧MBR 處理高濃度食品廢水時(shí)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)COD容積負(fù)荷從2kg/(m2·d)升高到4.5 kg/(m2·d)，COD 去除率從90%下降到70%。
在好氧MBR 中,污泥濃度隨容積負(fù)荷的增加迅速升高,有機(jī)物去除速率加快,污泥負(fù)荷基本保持不變,從而抑制出水水質(zhì)的惡化；而在厭氧MBR 中,污泥濃度升高緩慢,因此厭氧MBR 出水水
質(zhì)易受容積負(fù)荷的影響。
3.2 污泥濃度
污泥濃度是MBR系統(tǒng)的重要參數(shù)，不僅影響有機(jī)物的去除能力，還對(duì)膜通量產(chǎn)生影響。許多研究都表明污泥濃度與溶解性微生物產(chǎn)物是影響膜通量的重要參數(shù)。在一定條件下污泥濃度越高，膜通量越低。
采用MBR 工藝對(duì)糧油加工廢水進(jìn)行處理，研究發(fā)現(xiàn)，在膜面流速固定的情況下，污泥濃度對(duì)臨界膜通量的影響比較大，隨著污泥濃度的升高，臨界膜通量呈下降趨勢(shì)。系統(tǒng)污泥濃度從1-2g/L 增加到10-12g/L 時(shí)，臨界膜通量從10-12L/(m2·h)上升到了16-18L/（m2·h)。
4、MBR 的應(yīng)用
4.1 MBR 在生活污水的應(yīng)用
城市生活污水是MBR 在水處理中涉及較早的領(lǐng)域，研究和應(yīng)用都比較廣泛。對(duì)無(wú)錫三座采用MBR 工藝的城市污水廠進(jìn)行分析，結(jié)果表明，各污水廠出水水質(zhì)基本能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定排放并達(dá)到GB18918-2002 的一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。
生活污水的處理工藝MBR進(jìn)行研究，結(jié)果表明，通過(guò)合理地結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，MBR系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行，出水水質(zhì)大道排放標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)景區(qū)污水的*。
4.2 MBR 在工業(yè)廢水的應(yīng)用
工業(yè)廢水具有有機(jī)物濃度高、化學(xué)成份復(fù)雜、有毒有害物質(zhì)多、難生物降解等特點(diǎn)，傳統(tǒng)處理方法難以有效去除。MBR 因其的生物降解和良好的凈化效果使其在各種工業(yè)廢水處理中得到關(guān)注和研究應(yīng)用。
對(duì)采用氣浮- 酸化水解-MBR 組合工藝對(duì)木材蒸煮廢水和生活污水的混合廢水進(jìn)行處理，在日處理量為80m3的穩(wěn)定運(yùn)行工況下，出水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GJ/T48-1999），并被回用與廠內(nèi)蒸煮工藝用水，部分回用于廠區(qū)綠化、沖廁等。
對(duì)某染料中間體生產(chǎn)企業(yè)排放的廢水采用預(yù)處理/UASB/MBR 工藝對(duì)其進(jìn)行處理，調(diào)試結(jié)果表明，在進(jìn)水硫酸鹽≤7500mg/L、COD≤3500mg/L 的條件下，出水水質(zhì)可達(dá)到《山東省海河流域水污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB37/675-2007）的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
4.3 MBR 在垃圾滲濾液中的應(yīng)用
垃圾滲濾液中含有多種難降解有機(jī)成分，污染物濃度高、毒性強(qiáng)、成分復(fù)雜、水質(zhì)水量波動(dòng)大，采用傳統(tǒng)廢水工藝處理很難達(dá)到排放要求。
采用SBR 與MBR-NF/RO 工藝處理垃圾滲濾液：設(shè)計(jì)處理規(guī)模為1500m3/d， 在進(jìn)水COD 為4150-14300mg/L，NH3-N 為725-1770mg/L、硝酸鹽回流比為500%、溶解氧為1.8-2.9mg/L 的條件下，系統(tǒng)對(duì)COD 去除率為99.68%-99.81，對(duì)NH3-N 的去除率wie99.57%-99.99%；出水穩(wěn)定，平均COD 為13.97mg/L，平均NH3-N 為2.24mg/L，所有出水水質(zhì)指標(biāo)都達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
對(duì)青島市某生活垃圾填埋處理場(chǎng)采用的MBR-納濾- 反滲透工藝進(jìn)行研究，結(jié)果表明，在日處理量為150m3，在進(jìn)水水質(zhì)COD 為12000mg/L，BOD5 為6000mg/L，NH3-N 為1200mg/L，采用該工藝處理出水水質(zhì)能夠達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
膜生物反應(yīng)器技術(shù)已成功用于生活污水、化工污水、印染廢水、垃圾滲濾液等廢水的處理中，特別是在污水處理及再生回用領(lǐng)域起到了重要作用。但是MBR 技術(shù)也存在投資大、能耗大、運(yùn)行成本高、膜污染等問(wèn)題，隨著MBR 技術(shù)的發(fā)展和成熟，膜組件、膜材料性能的改進(jìn)，膜污染等問(wèn)題的解決，MBR 技術(shù)將發(fā)揮巨大的作用。