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摘要：随着全球范围的快速发展和的膨胀，水资源短缺已成为全球人类共同面临的严峻挑战。为解决困扰人类发展的水资源短缺问题，开发新的可利用水源是世界各国普遍关注的课题。世界上不少缺水国家把污水再生利用作为解决水资源短缺的重要战略之一。开展新型高效污水处理与回用技术的研究对于推进污水资源化的进程具有十分重要的意义。
关键词：膜生物反应器特点；分类；处理效果；现状
中图分类号： R123.3 文献标识码：A
1.引言
膜生物反应器是将膜分离技术和生物处理技术直接相结合，几乎能将所有的微生物截留在生物反应器中，这使反应器中的生物污泥浓度极高，理论上污泥泥龄可以无限长，使出水的有机污染物含量降到最低，极有效地去除氨氮，对难降解的工业废水也非常有效。膜过滤作用使出水清澈透明，无悬浮物，可直接回用。
2.膜生物反应器特点
在膜生物反应器中，由于用膜组件代替传统活性污泥工艺中的二沉池，可以进行高效的固液分离，克服了传统活性污泥工艺中出水水质不够稳定、污泥容易膨胀等不足，从而具有下列优点：(1)能高效地进行固液分离，出水水质良好且稳定，可以直接回用；(2)由于膜的高效截留作用，可使微生物完全截留在生物反应器内，实现反应器水力停留时间（HRT）和污泥龄（SRT）的完全分离，使运行控制更加灵活稳定；(3)生物反应器内能维持高浓度的微生物量，处理装置容积负荷高，占地面积省；(4)有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留和生长，系统硝化效率得以提高。也可增长一些难降解有机物在系统中的水力停留时间，有效地将分解难降解有机物的微生物滞留在反应器内，有利于难降解有机物降解效率的提高；(5)膜-生物反应器一般都在高容积负荷、低污泥負荷下运行，剩余污泥产量低，降低了污泥处理费用；（6)易于实现自动控制，操作方便。
但膜生物反应器也存在一些不足：(1)在运行过程中，膜易受到污染，产水量降低，给操作管理也带来不便。这是目前广大研究者致力改进的问题；(2)膜的制造较高。但随着膜制造技术的不断进步，其成本可望降低。
3.膜生物反应器的分类
（1）分置式膜生物反应器
分置式膜生物反应器是指膜组件与生物反应器分开设置，相对独立，膜组件与生物反应器通过泵与管路相连接。该技术膜组件和生物反应器各自分开，独立运行，因而相互干扰较小，易于调节控制，而且，膜组件置于生物反应器之外，更易于清洗更换。但其动力消耗较大，加压泵提供较高的压力，造成膜表面高速错流，延缓膜污染，这是其动力费用大的原因，每吨出水的能耗为2～10kWh，约是传统活性污泥法能耗的10～20倍，因此能耗较低的一体式膜生物反应器的研究逐渐得到了人们的重视。
（2）一体式膜生物反应器
一体式膜生物反应器起源于日本，主要用于处理生活污水，近年来，欧洲一些国家也热衷于它的研究和应用。一体式膜生物反应器是将膜组件直接安置在生物反应器内部，有时又称为淹没式膜生物反应器（SMBR），依靠重力或水泵抽吸产生的负压或真空泵作为出水动力。该技术由于膜组件置于生物反应器之中，减少了处理系统的占地面积，而且该技术用抽吸泵或真空泵抽吸出水，动力消耗费用远远低于分置式膜生物反应器，每吨出水的动力消耗约是分置式的1/10。如果采用重力出水，则可完全节省这部分费用。但由于膜组件浸没在生物反应器的混合液中，污染较快，而且清洗起来较为麻烦，需要将膜组件从反应器中取出。
（3）复合式膜生物反应器
复合式膜生物反应器也是将膜组件置于生物反应器之中，通过重力或负压出水，但生物反应器的型式不同。复合式MBR，是在生物反应器中安装填料，形成复合式处理系统。在复合式膜生物反应器中安装填料的目的有两个：一是提高处理系统的抗冲击负荷，保证系统的处理效果；二是降低反应器中悬浮性活性污泥浓度，减小膜污染的程度，保证较高的膜通量。
4.膜生物反应器的处理效果
（1）有机污染物处理效果
许多研究者都证实膜生物反应器能够有效地去除有机污染物并获得良好的出水水质。早在上世纪80年代日本的三井石化公司采用好氧膜-生物反应器处理大楼生活污水，在进水BOD5为330～710mg/L时，出水BOD5仅为1～5mg/L，BOD去除率可达99%以上。膜出水可以作为楼房中水道用水、草地喷水和汽车冲洗水等使用，达到了污水再生利用的目的。在膜生物反应器中污染物去除率很高的原因在于：（1）膜的分离作用维持了高浓度的生物量，促进了生物降解作用；（2）膜分离本身对悬浮物COD和大分子溶解性有机物也有进一步的截留效果。对于COD的去除，由膜截留作用的贡献率在10-20%左右。
膜生物反应器良好及稳定的出水水质还有赖于膜表面形成的凝胶层的分离截留作用。很多研究者发现膜-生物反应器在运行一小段时间后，一些大分子的微生物产物便会附着于膜的表面形成一层动态过滤膜，也称为凝胶层。这层凝胶层也能起到过滤膜的作用，且由于其截留作用大于膜本身，从而有助于提高出水水质
（2）氮磷去除效果
在膜生物反应器中，由于膜分离对硝化细菌的高效截留作用，生物反应器内可以维持高浓度的硝化细菌。因此通常膜生物反应器可以获得非常高的硝化效果，氨氮去除率可以达到95%以上。通过调整适当的操作方式，膜生物反应器中也能获得很好的TN去除率。关于膜生物反应器对磷的去除也有相当报道，去除范围在11.9%到75%不等。单独的同化作用似乎不能解释膜生物反应器中磷的全部去除。其机理有待于进一步研究。通过与化学除磷法相结合，可以保证系统出水达到相应的标准值以下。
（3）难降解有机物处理效果
采用膜生物反应器处理含难降解有机物废水，可以强化系统对难降解有机物的处理效果，提高系统对冲击负荷的承受能力。膜生物反应器较普通活性污泥法，对难降解有机物的去除效率和去除负荷更高，抗进水有毒物冲击负荷能力更强，运行更为稳定。获得了比传统工艺更好的处理效果，处理出水可以达到中水回用标准。此外，也有研究报道采用膜-生物反应器处理制废水、石化废水等，取得了良好的效果。
5.膜生物反应器技术的发展现状
膜生物反应器技术以其优质的出水水质被认为是具有较好经济、和效益的节水技术而倍受关注。尽管还存在较高的运行费用问题，但随着膜制造技术的进步，膜质量的提高和膜制造成本的降低，MBR的也会随之降低。如聚乙烯中空纤维膜，新型陶瓷膜的开发等已使其成本比以往有很大降低。另一方面，各种新型膜生物反应器的开发也使真运行费用大大降低，如在低压下运行的重力淹没式MBR、厌氧MBR等与传统的好氧加压膜生物反应器相比，其运行费用大幅度下降。因此，从长远的观点来看，膜生物反应器在水处理中应用范围必将越来越广。在水环境标准日益严格的今天，MBR已显示出其巨大的发展潜力，将是新世纪替代传统废水处理技术的有力竞争者。目前我国在膜一生物反应器污水处理方面的应用实例尚少，需结合中国的经济发展水平和MBR工艺的特点，进一步加强研究以推动其工程化应用的进程，预计中水回用将是MBR在中国的推广应用的主要方向。
6.结语
膜生物反应器有诸多传统技术不及的优点，在污水处理和回用中具有广阔的应用前景。目前我国在膜生物反应器污水处理与回用方面的应用实例还不太多，规模也不够大。今后应通过产、学、研的紧密合作，进一步加强研究开发以推动其产业化进程。
参考文献
[1]杨万荣,吕建国.膜生物反应器处理工业废水的应用研究[J].甘肃科技.2006(09)
[2]赵国莲,苏永慧.膜生物反应器在小区中水回用中的应用[J].科技信息(科学教研). 2007(24)
[3]陈根荣.膜生物反应器(MBR)在污水处理中的应用[J].科技情报开发与经济.2008(06)
[4]李宏罡,张玲,张宝杰.膜生物反应器在污水处理中应用研究[J].黑龙江科技信息. 2011(10)
关键词：膜生物反应器特点；分类；处理效果；现状
中图分类号： R123.3 文献标识码：A
1.引言
膜生物反应器是将膜分离技术和生物处理技术直接相结合，几乎能将所有的微生物截留在生物反应器中，这使反应器中的生物污泥浓度极高，理论上污泥泥龄可以无限长，使出水的有机污染物含量降到最低，极有效地去除氨氮，对难降解的工业废水也非常有效。膜过滤作用使出水清澈透明，无悬浮物，可直接回用。
2.膜生物反应器特点
在膜生物反应器中，由于用膜组件代替传统活性污泥工艺中的二沉池，可以进行高效的固液分离，克服了传统活性污泥工艺中出水水质不够稳定、污泥容易膨胀等不足，从而具有下列优点：(1)能高效地进行固液分离，出水水质良好且稳定，可以直接回用；(2)由于膜的高效截留作用，可使微生物完全截留在生物反应器内，实现反应器水力停留时间（HRT）和污泥龄（SRT）的完全分离，使运行控制更加灵活稳定；(3)生物反应器内能维持高浓度的微生物量，处理装置容积负荷高，占地面积省；(4)有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留和生长，系统硝化效率得以提高。也可增长一些难降解有机物在系统中的水力停留时间，有效地将分解难降解有机物的微生物滞留在反应器内，有利于难降解有机物降解效率的提高；(5)膜-生物反应器一般都在高容积负荷、低污泥負荷下运行，剩余污泥产量低，降低了污泥处理费用；（6)易于实现自动控制，操作方便。
但膜生物反应器也存在一些不足：(1)在运行过程中，膜易受到污染，产水量降低，给操作管理也带来不便。这是目前广大研究者致力改进的问题；(2)膜的制造较高。但随着膜制造技术的不断进步，其成本可望降低。
3.膜生物反应器的分类
（1）分置式膜生物反应器
分置式膜生物反应器是指膜组件与生物反应器分开设置，相对独立，膜组件与生物反应器通过泵与管路相连接。该技术膜组件和生物反应器各自分开，独立运行，因而相互干扰较小，易于调节控制，而且，膜组件置于生物反应器之外，更易于清洗更换。但其动力消耗较大，加压泵提供较高的压力，造成膜表面高速错流，延缓膜污染，这是其动力费用大的原因，每吨出水的能耗为2～10kWh，约是传统活性污泥法能耗的10～20倍，因此能耗较低的一体式膜生物反应器的研究逐渐得到了人们的重视。
（2）一体式膜生物反应器
一体式膜生物反应器起源于日本，主要用于处理生活污水，近年来，欧洲一些国家也热衷于它的研究和应用。一体式膜生物反应器是将膜组件直接安置在生物反应器内部，有时又称为淹没式膜生物反应器（SMBR），依靠重力或水泵抽吸产生的负压或真空泵作为出水动力。该技术由于膜组件置于生物反应器之中，减少了处理系统的占地面积，而且该技术用抽吸泵或真空泵抽吸出水，动力消耗费用远远低于分置式膜生物反应器，每吨出水的动力消耗约是分置式的1/10。如果采用重力出水，则可完全节省这部分费用。但由于膜组件浸没在生物反应器的混合液中，污染较快，而且清洗起来较为麻烦，需要将膜组件从反应器中取出。
（3）复合式膜生物反应器
复合式膜生物反应器也是将膜组件置于生物反应器之中，通过重力或负压出水，但生物反应器的型式不同。复合式MBR，是在生物反应器中安装填料，形成复合式处理系统。在复合式膜生物反应器中安装填料的目的有两个：一是提高处理系统的抗冲击负荷，保证系统的处理效果；二是降低反应器中悬浮性活性污泥浓度，减小膜污染的程度，保证较高的膜通量。
4.膜生物反应器的处理效果
（1）有机污染物处理效果
许多研究者都证实膜生物反应器能够有效地去除有机污染物并获得良好的出水水质。早在上世纪80年代日本的三井石化公司采用好氧膜-生物反应器处理大楼生活污水，在进水BOD5为330～710mg/L时，出水BOD5仅为1～5mg/L，BOD去除率可达99%以上。膜出水可以作为楼房中水道用水、草地喷水和汽车冲洗水等使用，达到了污水再生利用的目的。在膜生物反应器中污染物去除率很高的原因在于：（1）膜的分离作用维持了高浓度的生物量，促进了生物降解作用；（2）膜分离本身对悬浮物COD和大分子溶解性有机物也有进一步的截留效果。对于COD的去除，由膜截留作用的贡献率在10-20%左右。
膜生物反应器良好及稳定的出水水质还有赖于膜表面形成的凝胶层的分离截留作用。很多研究者发现膜-生物反应器在运行一小段时间后，一些大分子的微生物产物便会附着于膜的表面形成一层动态过滤膜，也称为凝胶层。这层凝胶层也能起到过滤膜的作用，且由于其截留作用大于膜本身，从而有助于提高出水水质
（2）氮磷去除效果
在膜生物反应器中，由于膜分离对硝化细菌的高效截留作用，生物反应器内可以维持高浓度的硝化细菌。因此通常膜生物反应器可以获得非常高的硝化效果，氨氮去除率可以达到95%以上。通过调整适当的操作方式，膜生物反应器中也能获得很好的TN去除率。关于膜生物反应器对磷的去除也有相当报道，去除范围在11.9%到75%不等。单独的同化作用似乎不能解释膜生物反应器中磷的全部去除。其机理有待于进一步研究。通过与化学除磷法相结合，可以保证系统出水达到相应的标准值以下。
（3）难降解有机物处理效果
采用膜生物反应器处理含难降解有机物废水，可以强化系统对难降解有机物的处理效果，提高系统对冲击负荷的承受能力。膜生物反应器较普通活性污泥法，对难降解有机物的去除效率和去除负荷更高，抗进水有毒物冲击负荷能力更强，运行更为稳定。获得了比传统工艺更好的处理效果，处理出水可以达到中水回用标准。此外，也有研究报道采用膜-生物反应器处理制废水、石化废水等，取得了良好的效果。
5.膜生物反应器技术的发展现状
膜生物反应器技术以其优质的出水水质被认为是具有较好经济、和效益的节水技术而倍受关注。尽管还存在较高的运行费用问题，但随着膜制造技术的进步，膜质量的提高和膜制造成本的降低，MBR的也会随之降低。如聚乙烯中空纤维膜，新型陶瓷膜的开发等已使其成本比以往有很大降低。另一方面，各种新型膜生物反应器的开发也使真运行费用大大降低，如在低压下运行的重力淹没式MBR、厌氧MBR等与传统的好氧加压膜生物反应器相比，其运行费用大幅度下降。因此，从长远的观点来看，膜生物反应器在水处理中应用范围必将越来越广。在水环境标准日益严格的今天，MBR已显示出其巨大的发展潜力，将是新世纪替代传统废水处理技术的有力竞争者。目前我国在膜一生物反应器污水处理方面的应用实例尚少，需结合中国的经济发展水平和MBR工艺的特点，进一步加强研究以推动其工程化应用的进程，预计中水回用将是MBR在中国的推广应用的主要方向。
6.结语
膜生物反应器有诸多传统技术不及的优点，在污水处理和回用中具有广阔的应用前景。目前我国在膜生物反应器污水处理与回用方面的应用实例还不太多，规模也不够大。今后应通过产、学、研的紧密合作，进一步加强研究开发以推动其产业化进程。
参考文献
[1]杨万荣,吕建国.膜生物反应器处理工业废水的应用研究[J].甘肃科技.2006(09)
[2]赵国莲,苏永慧.膜生物反应器在小区中水回用中的应用[J].科技信息(科学教研). 2007(24)
[3]陈根荣.膜生物反应器(MBR)在污水处理中的应用[J].科技情报开发与经济.2008(06)
[4]李宏罡,张玲,张宝杰.膜生物反应器在污水处理中应用研究[J].黑龙江科技信息. 2011(10)