MBR工藝（Membrane Bio reactor， 簡(jiǎn)稱MBR ）又稱膜生物反應(yīng)器，是膜技術(shù)與污水生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種新型、高效的廢水處理工藝。發(fā)源于20世紀(jì)70年代的美國(guó)。

在污水處理，水資源再利用領(lǐng)域，MBR又稱膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor），是一種由活性污泥法與膜分離技術(shù)相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。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(wú)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。

MBR工藝分類

分置式膜 - 生物反應(yīng)器把膜組件和生物反應(yīng)器分開(kāi)設(shè)置，如圖 3所示。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(guò)濾端，在壓力作用下混合液中的液體透過(guò)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)。分置式膜 -生物反應(yīng)器的特點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定可靠，易于膜的清洗、更換及增設(shè)；而且膜通量普遍較大。但一般條件下為減少污染物在膜表面的沉積，延長(zhǎng)膜的清洗周期，需要用循環(huán)泵提供較高的膜面錯(cuò)流流速，水流循環(huán)量大、動(dòng)力費(fèi)用高 （Yamamoto， 1989），并且泵的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切力會(huì)使某些微生物菌體產(chǎn)生失活現(xiàn)象 （ Brockmann and Seyfried， 1997 ） 。

一體式膜 - 生物反應(yīng)器是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(guò)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(duì)較低；占地較分置式更為緊湊，近年來(lái)在水處理領(lǐng)域受到了特別關(guān)注。但是一般膜通量相對(duì)較低，容易發(fā)生膜污染，膜污染后不容易清洗和更換。

復(fù)合式膜 - 生物反應(yīng)器在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。

MBR顯著特點(diǎn)

（1）對(duì)污染物的去除率高，抵抗污泥膨脹能力強(qiáng)，出水水質(zhì)穩(wěn)定，出水中沒(méi)有懸浮物，而且可去除細(xì)菌、病毒，是一種對(duì)原水處理后不必消毒的工藝；

（2）易于一體化，便于自動(dòng)控制，操作簡(jiǎn)便，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了SRT和HRT的徹底分離；

（3）膜的機(jī)械截流避免了微生物的流失，生物反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度可達(dá)35g/L，提高體積負(fù)荷，設(shè)備占地省；

（4）SPR延長(zhǎng)，有利于增殖緩慢的細(xì)菌，如硝化細(xì)菌的截流和生長(zhǎng)，從而提高系統(tǒng)的硝化能力，同時(shí)提高難降解有機(jī)物的降解速率；

（5）剩余污泥產(chǎn)生量少，污泥處置費(fèi)用低；

（6）受膜表面速度剪切力的影響，污泥絮體平均尺寸較小，污泥傳氧速率提高，可達(dá)26%～60%；

（7）制造成本高，膜易污染，能耗較高。

（8）出水感觀上水質(zhì)清澈透亮;

（9）出水水質(zhì)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定，且出水水質(zhì)中的有機(jī)污染物CODCr、BOD5、NH3-N、磷酸鹽、SS含量低，細(xì)菌、病毒、寄生 蟲(chóng)卵等均被隔除;

（10）處理工藝流程短，占地小，省去了二沉池、過(guò)濾器，節(jié)約工程投資;

（11）能將所有微生物截留在MBR生物反應(yīng)器內(nèi)，污泥濃度高，污泥齡長(zhǎng)，提高硝化效果，能有效地去除氮、磷;

（12）剩余污泥產(chǎn)量少，傳氧效率最高達(dá)60%，減少了能耗;

（13）耐沖擊負(fù)荷，由于MBR生物反應(yīng)器中污泥濃度高，在負(fù)荷變化大的情況下，該系統(tǒng)的去除效果變化小，處理出水穩(wěn)定;

（14）MBR生物反應(yīng)器是膜與生物處理高效的結(jié)合，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定靈活，操作管理、維護(hù)簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

（15）占地面積小，不受設(shè)置場(chǎng)合限制

（16）可去除氨氮及難降解有機(jī)物

（17）操作管理方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制

（18）易于從傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改造

MBR工藝應(yīng)用領(lǐng)域

一、城市污水處理及建筑中水回用

1967年第一個(gè)采用 MBR 工藝的廢水處理廠由美國(guó)的 Dorr-Oliver 公司建成，這個(gè)處理廠處理 14m 3 /d 廢水。 1977年，一套污水回用系統(tǒng)在日本的一幢高層建筑中得到實(shí)際應(yīng)用。 1980 年，日本建成了兩座處理能力分別為 10m 3 /d 和 50m 3 /d的 MBR 處理廠。 90 年代初期，日本就有 39 座這樣的廠在運(yùn)行，最大處理能力可達(dá) 500m 3 /d ，并且有 100 多處的高樓采用MBR 將污水處理后回用于中水道。 1997 年，英國(guó) Wessex 公司在英國(guó) Porlock 建立了當(dāng)時(shí)世界上最大的 MBR系統(tǒng)，日處理量達(dá) 2 ， 000 m 3 ， 1999 年又在 Dorset 的 Swanage 建成了 13 ， 000m 3 /d 的MBR 工廠 ［14］ 。

1998 年 5 月，清華大學(xué)進(jìn)行的一體式膜 - 生物反應(yīng)器中試系統(tǒng)通過(guò)了國(guó)家鑒定。 2000年初，清華大學(xué)在北京市海淀鄉(xiāng)醫(yī)院建起了一套實(shí)用的 MBR 系統(tǒng)，用以處理醫(yī)院廢水，該工程于 2000 年 6 月建成并投入使用，目前運(yùn)轉(zhuǎn)正常。2000 年 9 月，天津大學(xué)楊造燕教授及其領(lǐng)導(dǎo)的科研小組在天津新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)普辰大廈建成了一個(gè) MBR 示范工程，該系統(tǒng)日處理污水 25噸，處理后的污水全部用于衛(wèi)生間的沖洗及綠地澆灑，占地面積為 10 平方米，處理每噸污水的能耗為 0.7kW · h 。

二、工業(yè)廢水處理

90年代以來(lái)， MBR 的處理對(duì)象不斷拓寬，除中水回用、糞便污水處理以外， MBR在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用也得到了廣泛關(guān)注，如處理食品工業(yè)廢水、水產(chǎn)加工廢水、養(yǎng)殖廢水、化妝品生產(chǎn)廢水、染料廢水、石油化工廢水，均獲得了良好的處理效果。 90 年代初，美國(guó)在 Ohio 建造了一套用于處理某汽車制造廠的工業(yè)廢水的 MBR 系統(tǒng)，處理規(guī)模為 151m 3 /d，該系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷達(dá) 6.3kgCOD/m 3 · d ， COD 去除率為 94%，絕大部分的油與油脂被降解。在荷蘭，一脂肪提取加工廠采用傳統(tǒng)的氧化溝污水處理技術(shù)處理其生產(chǎn)廢水，由于生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，結(jié)果導(dǎo)致污泥膨脹，污泥難以分離，最后采用 Zenon 的膜組件代替沉淀池，運(yùn)行效果良好。

三、微污染飲用水凈化

隨著氮肥與殺蟲(chóng)劑在農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用，飲用水也不同程度受到污染。 LyonnaisedesEaux 公司在 90 年代中期開(kāi)發(fā)出同時(shí)具有生物脫氮、吸附殺蟲(chóng)劑、去除濁度功能的 MBR工藝， 1995 年該公司在法國(guó)的 Douchy 建成了日產(chǎn)飲用水 400m 3 的工廠。出水中氮濃度低于 0.1mgNO 2 /L，殺蟲(chóng)劑濃度低于 0.02 μ g/L 。

四、糞便污水處理

糞便污水中有機(jī)物含量很高，傳統(tǒng)的反硝化處理方法要求有很高污泥濃度，固液分離不穩(wěn)定，影響了三級(jí)處理效果。 MBR 的出現(xiàn)很好地解決了這一問(wèn)題，并且使糞便污水不經(jīng)稀釋而直接處理成為可能。

日本已開(kāi)發(fā)出被稱之為 NS 系統(tǒng)的屎尿處理技術(shù)，最核心部分是平板膜裝置與好氧高濃度活性污泥生物反應(yīng)器組合的系統(tǒng)。 NS 系統(tǒng)于 1985年在日本琦玉縣越谷市建成，生產(chǎn)規(guī)模為 10kL/d ， 1989 年又先后在長(zhǎng)崎縣、熊本縣建成新的屎尿處理設(shè)施。 NS 系統(tǒng)中的平板膜每組約0.4m 2 共幾十組并列安裝，做成能自動(dòng)打開(kāi)的框架裝置，并能自動(dòng)沖洗。膜材料為截流分子量 20000 的聚砜超濾膜。反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度保持在15000~18000mg/L 范圍內(nèi)。到 1994 年，日本已有 1200 多套 MBR 系統(tǒng)用于處理 4000 多萬(wàn)人的糞便污水。

五、土地填埋場(chǎng) / 堆肥滲濾液處理

土地填埋場(chǎng) / 堆肥滲濾液含有高濃度的污染物，其水質(zhì)和水量隨氣候條件與操作運(yùn)行條件的變化而變化。 MBR 技術(shù)在 1994年前就被多家污水處理廠用于該種污水的處理。通過(guò) MBR 與 RO 技術(shù)的結(jié)合，不僅能去除 SS、有機(jī)物和氮，而且能有效去除鹽類與重金屬。最近美國(guó) Envirogen 公司開(kāi)發(fā)出一種 MBR用于土地填埋場(chǎng)滲濾液的處理，并在新澤西建成一個(gè)日處理能力為 40 萬(wàn)加侖 （ 約 1500m 3 /d） 的裝置，在 2000年底投入運(yùn)行。該種 MBR 使用一種自然存在的混合菌來(lái)分解滲濾液中的烴和氯代化合物，其處理污染物的濃度為常規(guī)廢水處理裝置的 50 ～ 100倍。能達(dá)到這一處理效果的原因是， MBR 能夠保留高效細(xì)菌并使細(xì)菌濃度達(dá)到 50 ， 000mg/L 。在現(xiàn)場(chǎng)中試中，進(jìn)液 COD 為幾百至40 ， 000 ，污染物的去除率達(dá) 90% 以上。