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摘 要：膜生物反应器（MBR）在近年来受到广泛关注。本文综述了膜生物反应器的结构、特点，其分别在生活污水处理和工业废水处理领域的应用，指出了膜生物反应器存在的问题，并从三个方面提出改进措施。
关键词：膜生物反应器；污水处理；膜技术
中图分类号：X703文献标识码： A
前言
膜生物反应器（MBR）是膜技术和生物处理技术有机结合产生的废水处理新工艺，与传统废水生物处理工艺相比，其具有设备占地面积小、出水水质好、出水可直接会回用、活性污泥浓度高和便于自动控制等优点。该技术已经在污水回用和难降解有机废水处理领域崭露头角，并在实际工程中得到了成功应用。
1MBR的结构和特点
1.1MBR的结构
按照膜组件和生物反应器的相对位置，膜生物反应器可以分为一体式膜生物反应器和
分置式膜生物反应器两种类型。
1.1.1一体式MBR
一体式MBR直接将膜组件置于生物反应器内，通过真空泵或其他类型的泵抽吸，得到过滤液。一体式MBR利用曝气时气液向上的剪切力来实现膜面的错流效果。为保持TSS在生物反应器内，并清扫膜的外面，将压缩空气导入膜组件底部的配气集管，当气泡上升到表面，即产生对膜表面的清扫作用，空气还供给氧以保持好氧条件[1]。一体式MBR的主要特点是体积较小、工作压力小、运行能耗低。但这种系统目前一般只能用于好氧处理。
图1 一体式膜生物反应器[1]
1.1.2分置式MBR
分置式MBR是由相对比较独立的生物反应器同膜组件通过输送泵及相应管线相连而组成的。在分置式MBR中，生物反应器的混合液由增压泵送入膜组件，在压力作用下一部分水透过膜面成为系统处理出水，活性污泥、大分子物质等被膜截留，并回流到生物反应器内。膜是系统地反冲以去除固体，并用化学法清洗来控制压力的升高。分置式MBR的特点是运行稳定可靠、操作管理相对一体式MBR容易，同一体式MBR相比较，其动力消耗较高。
图2 分置式膜生物反应器[1]
1.2MBR的特点
MBR具有许多其他污水处理方法无法比拟的优势，主要可以归纳为下面几点[1,2]：
①能够高效地进行固液分离，分离效果远好于传统的沉淀池，出水水质良好，浊度、菌值、TSS及BOD均低，可直接回用。②膜的高效截留作用，使微生物完全截留在反应器内，实现了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容积负荷率较高，从而使反应器的水力停留时间较短。④SRT较长，从而使污泥产量较少。⑤在低DO浓度下操作，有可能在长SRT的设计中发生同时硝化和反硝化。⑥占地面积小，工艺设备集中。
膜生物反应器的缺点主要有造价较高、膜寿命有限、膜定期更换费用高、膜清洗困难及能耗高，这些问题有待于研究解决。
2MBR的应用
膜生物反应器技术已被应用到许多领域，主要包括生活污水以及工业废水的处理。
2.1MBR在生活污水及其回用处理中的应用
膜分离活性污泥法的研究始于20世纪60年代的美国。1966年美国的Dorr-Olive公司首先在美国化学会议上发表了该项研究结果。利用MBR处理生活污水，最大的的污水厂位于密歇根州的特拉弗斯城，日处理量为850万加仑，该厂扩建工程2002年开始，受空间限制，为了达到较好的水处理效果，MBR成为最完美的选择。MBR技术的应用使得污水处理量提高了近40%，MBR处理单元于2004年夏季投入应用，出水磷浓度低于0.2mg/L。
2.2MBR处理工业废水的应用
20世纪90年代早期，美国通用汽车公司在位于俄亥俄州曼斯菲尔德的通用汽车制造厂建立了第一个MBR工业废水处理厂。Scott和Smithras在1996年研究了用MBR处理冰淇淋制造厂的工业废水。Murray 等人在2005年将MBR应用于饮料加工厂废水的处理。此外，MBR在处理含油废水、含酚化合物废水以及含重金属废水等方面也有了大量的研究和应用[3]。
GE-Zenon公司和Kubota在将MBR应用于工业废水处理领域做了大量的研究。由于外置式MBR的结构优点，为了降低成本，他们现在致力于研究非常规外置式MBR。
3MBR存在的问题及其改进措施
优化膜组件结构。膜组件的设计影响MBR的运行，对膜丝的装填密度、装填方式、装填长度进行优化设计，可降低MBR的运行成本[4]。
优化MBR的操作参数和条件。MBR内过高的曝气强度[5]不仅会恶化污泥混合液的可滤性，导致过滤过程中膜孔阻塞阻力和泥饼层阻力的增加，还会导致污泥混合液缩短了堵塞膜孔的时间，减小了膜的初始通量，过度曝气还会浪费能源、增加运行费用。因此，合理地选择曝气装置，调节曝气强度、曝气间隔等是有效的措施。
防治膜污染。膜在运行一段时间后，不可逆的吸附、堵塞和由于浓差极化及其导致的凝胶层的形成共同造成了运行过程中膜通量的衰减，膜因此受到污染。膜污染问题影响膜的稳定运行，且决定了膜的更换频率，是影响MBR工艺经济性的间接原因。膜污染的防治主要从以下几个方面着手：①通过研究膜性质（膜材质、膜孔径大小、孔隙率及粗糙度等）对膜污染的影响规律，从而进行相应的膜污染防治措施。②活性污泥混合液是造成膜污染的主要物质来源，因此可以通过改变污泥混合物特性对膜污染进行防治。③通过优化膜分离操作的水力条件防治膜污染。④膜的清洗。膜清洗主要包括物理清洗和化学清洗，此外还有超声波清洗、电场过滤和脉冲清洗等[6]。
4结束语
MBR逐渐成为污水处理领域一个重要的技术，但高昂的膜制造成本及膜污染问题限制
了MBR的大规模的应用。在水资源日益短缺的今天，相信随着膜技术的发展，膜制造成本的降低，膜质量的提高以及对膜污染控制防治的进一步研究，膜生物反应器工艺将不断发展，MBR将会得到广泛地应用。
参考文献
[1] 秦裕珩等译.废水工程处理及回用(第四版).北京:化学工业出版社.
[2] 顾国维,何义亮.膜生物反应器—在污水处理中的研究和应用.北京:化学工业出版社,2002.
[3] 艾翠玲,贺延龄,周孝德.膜生物反应器在污水处理中的应用研究现状[J].长安大学学报(自然科学版),2002,22(4).
[4] 李静,杜启云,戴海平.污水处理中膜生物反应器的研究进展[J].天津工业大学学报,2003,22(6).
[5] 不同曝氣强度下MBR污泥混合液可滤性分析[J].天津大学学报,2009,42(10).
[6] 刘俊,周元祥.膜生物反应器中的膜污染研究进展[A].第一届亚欧环境技术与知识转化国际会议论文集[C].2006.
关键词：膜生物反应器；污水处理；膜技术
中图分类号：X703文献标识码： A
前言
膜生物反应器（MBR）是膜技术和生物处理技术有机结合产生的废水处理新工艺，与传统废水生物处理工艺相比，其具有设备占地面积小、出水水质好、出水可直接会回用、活性污泥浓度高和便于自动控制等优点。该技术已经在污水回用和难降解有机废水处理领域崭露头角，并在实际工程中得到了成功应用。
1MBR的结构和特点
1.1MBR的结构
按照膜组件和生物反应器的相对位置，膜生物反应器可以分为一体式膜生物反应器和
分置式膜生物反应器两种类型。
1.1.1一体式MBR
一体式MBR直接将膜组件置于生物反应器内，通过真空泵或其他类型的泵抽吸，得到过滤液。一体式MBR利用曝气时气液向上的剪切力来实现膜面的错流效果。为保持TSS在生物反应器内，并清扫膜的外面，将压缩空气导入膜组件底部的配气集管，当气泡上升到表面，即产生对膜表面的清扫作用，空气还供给氧以保持好氧条件[1]。一体式MBR的主要特点是体积较小、工作压力小、运行能耗低。但这种系统目前一般只能用于好氧处理。
图1 一体式膜生物反应器[1]
1.1.2分置式MBR
分置式MBR是由相对比较独立的生物反应器同膜组件通过输送泵及相应管线相连而组成的。在分置式MBR中，生物反应器的混合液由增压泵送入膜组件，在压力作用下一部分水透过膜面成为系统处理出水，活性污泥、大分子物质等被膜截留，并回流到生物反应器内。膜是系统地反冲以去除固体，并用化学法清洗来控制压力的升高。分置式MBR的特点是运行稳定可靠、操作管理相对一体式MBR容易，同一体式MBR相比较，其动力消耗较高。
图2 分置式膜生物反应器[1]
1.2MBR的特点
MBR具有许多其他污水处理方法无法比拟的优势，主要可以归纳为下面几点[1,2]：
①能够高效地进行固液分离，分离效果远好于传统的沉淀池，出水水质良好，浊度、菌值、TSS及BOD均低，可直接回用。②膜的高效截留作用，使微生物完全截留在反应器内，实现了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容积负荷率较高，从而使反应器的水力停留时间较短。④SRT较长，从而使污泥产量较少。⑤在低DO浓度下操作，有可能在长SRT的设计中发生同时硝化和反硝化。⑥占地面积小，工艺设备集中。
膜生物反应器的缺点主要有造价较高、膜寿命有限、膜定期更换费用高、膜清洗困难及能耗高，这些问题有待于研究解决。
2MBR的应用
膜生物反应器技术已被应用到许多领域，主要包括生活污水以及工业废水的处理。
2.1MBR在生活污水及其回用处理中的应用
膜分离活性污泥法的研究始于20世纪60年代的美国。1966年美国的Dorr-Olive公司首先在美国化学会议上发表了该项研究结果。利用MBR处理生活污水，最大的的污水厂位于密歇根州的特拉弗斯城，日处理量为850万加仑，该厂扩建工程2002年开始，受空间限制，为了达到较好的水处理效果，MBR成为最完美的选择。MBR技术的应用使得污水处理量提高了近40%，MBR处理单元于2004年夏季投入应用，出水磷浓度低于0.2mg/L。
2.2MBR处理工业废水的应用
20世纪90年代早期，美国通用汽车公司在位于俄亥俄州曼斯菲尔德的通用汽车制造厂建立了第一个MBR工业废水处理厂。Scott和Smithras在1996年研究了用MBR处理冰淇淋制造厂的工业废水。Murray 等人在2005年将MBR应用于饮料加工厂废水的处理。此外，MBR在处理含油废水、含酚化合物废水以及含重金属废水等方面也有了大量的研究和应用[3]。
GE-Zenon公司和Kubota在将MBR应用于工业废水处理领域做了大量的研究。由于外置式MBR的结构优点，为了降低成本，他们现在致力于研究非常规外置式MBR。
3MBR存在的问题及其改进措施
优化膜组件结构。膜组件的设计影响MBR的运行，对膜丝的装填密度、装填方式、装填长度进行优化设计，可降低MBR的运行成本[4]。
优化MBR的操作参数和条件。MBR内过高的曝气强度[5]不仅会恶化污泥混合液的可滤性，导致过滤过程中膜孔阻塞阻力和泥饼层阻力的增加，还会导致污泥混合液缩短了堵塞膜孔的时间，减小了膜的初始通量，过度曝气还会浪费能源、增加运行费用。因此，合理地选择曝气装置，调节曝气强度、曝气间隔等是有效的措施。
防治膜污染。膜在运行一段时间后，不可逆的吸附、堵塞和由于浓差极化及其导致的凝胶层的形成共同造成了运行过程中膜通量的衰减，膜因此受到污染。膜污染问题影响膜的稳定运行，且决定了膜的更换频率，是影响MBR工艺经济性的间接原因。膜污染的防治主要从以下几个方面着手：①通过研究膜性质（膜材质、膜孔径大小、孔隙率及粗糙度等）对膜污染的影响规律，从而进行相应的膜污染防治措施。②活性污泥混合液是造成膜污染的主要物质来源，因此可以通过改变污泥混合物特性对膜污染进行防治。③通过优化膜分离操作的水力条件防治膜污染。④膜的清洗。膜清洗主要包括物理清洗和化学清洗，此外还有超声波清洗、电场过滤和脉冲清洗等[6]。
4结束语
MBR逐渐成为污水处理领域一个重要的技术，但高昂的膜制造成本及膜污染问题限制
了MBR的大规模的应用。在水资源日益短缺的今天，相信随着膜技术的发展，膜制造成本的降低，膜质量的提高以及对膜污染控制防治的进一步研究，膜生物反应器工艺将不断发展，MBR将会得到广泛地应用。
参考文献
[1] 秦裕珩等译.废水工程处理及回用(第四版).北京:化学工业出版社.
[2] 顾国维,何义亮.膜生物反应器—在污水处理中的研究和应用.北京:化学工业出版社,2002.
[3] 艾翠玲,贺延龄,周孝德.膜生物反应器在污水处理中的应用研究现状[J].长安大学学报(自然科学版),2002,22(4).
[4] 李静,杜启云,戴海平.污水处理中膜生物反应器的研究进展[J].天津工业大学学报,2003,22(6).
[5] 不同曝氣强度下MBR污泥混合液可滤性分析[J].天津大学学报,2009,42(10).
[6] 刘俊,周元祥.膜生物反应器中的膜污染研究进展[A].第一届亚欧环境技术与知识转化国际会议论文集[C].2006.