膜生物反應器是一種由膜分離與生物處理技術組合而成的廢水生物處理新工藝。膜的種類繁多，按分離機理進行分類，有反應膜、離子交換膜、滲透膜等;按膜的性質分類，有天然膜(生物膜)和合成膜(有機膜和無機膜) ;按膜的結構型式分類，有平板型、管型、螺旋型及中空纖維型等。
1、MBR工藝在國內的研究現狀
80年代以來，膜生物反應器愈來愈受到重視，成為研究的熱點之一。目前該技術己應用於美國、德國、法國和埃及等十多個國家，規模從6m³/d至 13000m³/d不等。
我國對MBR的研究還不到十年，但進展十分迅速。國內對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，生物反應處理工藝從活性汙泥法擴展到接觸氧化法、生物膜法、活性汙泥與生物膜相結合的複合式工藝、兩相厭氧工藝;
2.影響處理效果與膜汙染的因素、機理及數學模型的研究，探求合適的操作條件與工藝參數，儘可能減輕膜汙染，提高膜組件的處理能力和運行穩定性;
3.擴大MBR的應用範圍，MBR的研究對象從生活汙水擴展到高濃度有機廢水(食品廢水、啤酒廢水)與難降解工業廢水(石化汙水、印染廢水等)，但以生活汙水的處理為主。
2、MBR工藝的特點
與傳統的生化水處理技術相比，MBR具有以下主要特點：
1.高效地進行固液分離,其分離效果遠好於傳統的沉澱池,出水水質良好,出水懸浮物和濁度接近於零,可直接回用,實現了汙水資源化。
2.膜的高效截留作用,使微生物完全截留在生物反應器內,實現反應器水力停留時間(HRT)和汙泥齡(SRT)的完全分離,運行控制靈活穩定。
3.由於MBR將傳統汙水處理的曝氣池與二沉池合二為一,並取代了三級處理的全部工藝設施,因此可大幅減少佔地面積,節省土建投資。
4.利於硝化細菌的截留和繁殖,系統硝化效率高。通過運行方式的改變亦可有脫氨和除磷功能。
5.由於泥齡可以非常長,從而大大提高難降解有機物的降解效率。
6.反應器在高容積負荷、低汙泥負荷、長泥齡下運行,剩餘汙泥產量極低,由於泥齡可無限長,理論上可實現零汙泥排放。
7.系統實現PLC控制,操作管理方便。
3、MBR工藝的組成
通常提到的膜 - 生物反應器實際上是三類反應器的總稱：
1.曝氣膜 - 生物反應器 (Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) ;
2.萃取膜 - 生物反應器( Extractive Membrane Bioreactor, EMBR );
3.固液分離型膜 - 生物反應器( Solid/Liquid Separation MembraneBioreactor, SLSMBR, 簡稱 MBR )。
曝氣膜
曝氣膜--生物反應器(AMBR)採用透氣性緻密膜(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，在保持氣體分壓低於泡點( Bubble Point)情況下，可實現向生物反應器的無泡曝氣。
該工藝的特點是提高了接觸時間和傳氧效率，有利於曝氣工藝的控制，不受傳統曝氣中氣泡大小和停留時間的因素的影響。
萃取膜
萃取膜--生物反應器，又稱為EMBR(Extractive Membrane Bioreactor)。因為高酸鹼度或對生物有毒物質的存在，某些工業廢水不宜採用與微生物直接接觸的方法處理;當廢水中含揮發性有毒物質時，若採用傳統的好氧生物處理過程，汙染物容易隨曝氣氣流揮發，發生氣提現象，不僅處理效果很不穩定，還會造成大氣汙染。
為了解決這些技術難題，英國學者Livingston研究開發了EMB。廢水與活性汙泥被膜隔開來，廢水在膜內流動，而含某種專性細菌的活性汙泥在膜外流動，廢水與微生物不直接接觸，有機汙染物可以通過選擇性透過膜被另一側的微生物降解。
由於萃取膜兩側的生物反應器單元和廢水循環單元是各自獨立，各單元水流相互影響不大，生物反應器中營養物質和微生物生存條件不受廢水水質的影響，使水處理效果穩定。系統的運行條件如HRT和SRT可分別控制在最優的範圍，維持最大的汙染物降解速率。
固液分離型膜
固液分離型膜--生物反應器是在水處理領域中研究得最為廣泛深入的一類膜--生物反應器，是一種用膜分離過程取代傳統活性汙泥法中二次沉澱池的水處理技術。其通過膜組件將固體有機物迴流至反應器中，再將處理過的有機水排出。膜分離生物反應器的類型可以根據膜組件與生物反應器位置進行分類有一體式膜生物反應器、分置式膜生物反應器、複合式膜生物反應器。
在傳統的廢水生物處理技術中，二次沉澱池中的泥水分離靠重力作用完成的，其分離效率依賴於活性汙泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分離效率越高。而汙泥的沉降性取決於曝氣池的運行狀況，改善汙泥沉降性必須嚴格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用範圍。
由於二沉池固液分離的要求，曝氣池的汙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速率。水力停留時間(HRT)與汙泥齡(SRT)相互依賴，提高容積負荷與降低汙泥負荷往往形成矛盾。系統在運行過程中還產生了大量的剩餘汙泥，其處置費用佔汙水處理廠運行費用的25% ～40% 。傳統活性汙泥處理系統還容易出現汙泥膨脹現象，出水中含有懸浮固體，出水水質惡化。
針對上述問題，MBR將分離工程中的膜分離技術與傳統廢水生物處理技術有機結合，大大提高了固液分離效率;並且由於曝氣池中活性汙泥濃度的增大和汙泥中特效菌(特別是優勢菌群)的出現，提高了生化反應速率;同時，通過降低F/M比減少剩餘汙泥產生量(甚至為0)，從而基本解決了傳統活性汙泥法存在的許多突出問題。
4、MBR工藝的類型
根據膜組件和生物反應器的組合方式，可將膜--生物反應器分為分置式、一體式以及複合式三種基本類型。(以下討論的均為固液分離型膜--生物反應器)
分置式
把膜組件和生物反應器分開設置。
生物反應器中的混合液經循環泵增壓後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，成為系統處理水;固形物、大分子物質等則被膜截留，隨濃縮液迴流到生物反應器內。
一體式
把膜組件置於生物反應器內部。進水進入膜--生物反應器，其中的大部分汙染物被混合液中的活性汙泥去除，再在外壓作用下由膜過濾出水。
這種形式的膜--生物反應器由於省去了混合液循環系統，並且靠抽吸出水，能耗相對較低;佔地較分置式更為緊湊，近年來在水處理領域受到了特別關注。但是一般膜通量相對較低，容易發生膜汙染，膜汙染後不容易清洗和更換。
複合式
形式上也屬於一體式膜--生物反應器，所不同的是在生物反應器內加裝填料，從而形成複合式膜--生物反應器，改變了反應器的某些性狀。
5、MBR工藝的組合
為了使廢水達到更好的淨化效果，常常將A2O工藝和MBR工藝組合成新的系統。
A2O-MBR工藝
焦化廢水是煉焦、高溫乾餾、煤氣淨化和回收等過程中產生的，含有揮發酚、多環芳烴、氧、硫、氮雜環化合物等特點，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用廣泛的方法之一。然而，這一過程的出水很難達到國家汙水綜合排放標準。A2O-MBR組合工藝的出現，利用膜過程的優勢來進一步改善出水水質。
A2O/A-MBR工藝
A2O/A-MBR工藝常用於脫氮除磷，該工藝是在A2O工藝的基礎上再設一級缺氧池，廢水經過碳膜完成生物脫氮除磷後，再利用第二缺氧池進行內源反硝化，進一步去除TN，之後，再利用膜池的好氧曝氣作用保障出水。
AO-MBR工藝
在AO-MBR系統中，被隔除了懸浮物和雜物的廢水流入調節池，均衡水質水量，然後進入沉澱池進行固液分離。上清液流入MBR處理池，MBR處理池設計為AO系統：在前段，進段的迴流水充分混合進行生物反硝化脫氮，在後段進行生物降解和硝化，同時加鹼，處理後的廢水直接排放。
3A-MBR工藝
3A-MBR工藝是將膜生物反應器技術與傳統的厭氧、缺氧、好氧工藝結合的新工藝，常常用在脫氮除磷廢水的淨化，突出特點與生物除磷脫氮過程相互促進，使整個系統除磷脫氮和去除有機物的效率達到最大化效果。
充分提高膜反應池高濃度活性汙泥，促進形成優勢硝化菌群落，提高硝化效率，使氨氮去除徹底;通過自動控制，優化膜生物反應器排泥時間，合理控制泥齡，提高系統內生長緩慢硝化菌、反硝化菌和其他專性生化菌的濃度，提高有機物和除磷脫氮的效果;實現好氧排泥，避免磷的二次釋放，提高磷去除率。
A(2A)O-MBR工藝
A(2A)O-MBR工藝採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工藝中設置兩段缺氧區，通過控制進水和迴流點調節兩段缺氧區的功能。
進水方式採用厭氧區和第一缺氧區兩點進水。迴流方式採用三級兩點回流，第一級是膜池混合液迴流到好氧池前端;第二級是好氧區混合液分別迴流到第一缺氧區和第二缺氧區;第三極是第一缺氧區的混合液混流到厭氧區。
SBR-MBR工藝
SBR-MBR工藝是將SBR和MBR相結合形成的一種工藝，具有兩者的優點。SBR是一種改良型的活性汙泥處理工藝，利用膜組件的截留過濾作用，反應中的微生物可以最大限度的繁殖，利於硝化細菌的生長，汙泥的生物活性高、吸附和降解有機物能力強。
SBR-MBR工藝有進水、厭氧、好氧、沉澱五個系統，SBR和MBR的工作方式為生物脫磷除氮提供條件，還可以根據處理不同廢水的需要進行控制，利用膜分離排水，提高廢水的淨化效率，還節省了時間。
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