[科普中国]-膜生物反应器系统

污水处理中的膜生物反应器系统是将膜分离技术中的超、微滤膜组件与污水生物处理工程中的生物反应器相结合组成的污水处理系统，英文称Membrane bioreactor，简称BMR。膜生物反应器系统的出水质量很高，甚至可达到深度处理要求，同时系统几乎不排剩余污泥。1

简介膜生物反应器在废水处理领域中的应用始于20世纪60年代末的美国，但当时由于受膜生产技术所限，使其在投入实际应用的开发中遇到了困难。80年代后，由于新型膜材料技术与制造业的迅速发展，膜生物反应器的开发研究在国际范围内开始逐渐成为热点。污水处理中的膜生物反应器系统是将膜分离技术中的超、微滤膜组件与污水生物处理工程中的生物反应器相结合组成的污水处理系统，英文称Membrane bioreactor，简称BMR。膜生物反应器系统综合了膜分离技术与生物处理技术的优点，以超、微滤膜组件代替生物处理系统传统的二次沉淀池以实现泥水分离，被超、微滤膜截留下来的活性污泥混合液中的微生物絮体和较大分子质量的有机物，被截留在生物反应器内，使生物反应器内保持高浓度的生物量和较长的生物固体平均停留时间，极大地提高了生物对有机物的降解率。膜生物反应器系统的出水质量很高，甚至可达到深度处理要求，同时系统几乎不排剩余污泥。1

分类根据膜组件与生物反应器的组合位置可将膜生物反应器系统分为分置式和一体式两大类，如图1所示，其中图1（a）为分置式MBR，图1（b）为一体式MBR。分置式是指膜组件与生物系统反应器分开设置，超、微滤膜的过滤驱动力一般靠加压泵提供。一体式是指膜组件安置在生物反应器内部，通过水头压差、真空泵和其他类型泵的抽吸得到过滤液，省去了分置式的循环泵及循环管路系统，因而动力较节省。1

根据膜组件中膜的材料化学组分的不同可分为有机膜（如聚砜、聚丙烯腈膜等）和无机膜（如陶瓷膜等）；根据膜孔径大小的不同可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，反渗透膜由于需要很高的过滤压力，动力消耗过高而在膜生物反应器中使用较少；按膜组件的形状不同又可分为管式、板框式、中空纤维式、卷式等。在分置式膜生物反应器工艺中，平板式和管式应用较多，在一体式膜生物反应器工艺中，中空纤维式和平板式应用较多。1

特征膜生物反应器系统作为新型的污水生物处理系统与传统的生物处理系统相比，具有下列特征：1

（1）污染物去除效率高，出水水质稳定，出水中基本无悬浮固体，这主要得益于膜的高效过滤作用，各类膜分离颗粒的大小如图2所示。这就可使生物反应器保持较高的污泥浓度（MLSS），从而降低污泥负荷且同时提高反应器的容积负荷，进而减少反应器容积和系统的占地。

（2）基本实现了生物固体平均停留时间与污水的水力停留时间的分离，有利于生物反应器中细菌种群多样性的培养和保持，使世代时间长的细菌也能生长，这为系统功能的多样性提供了条件。

（3）由于反应器中MLSS值很高，有时甚至可达50g/L，因此反应器中F/M值很低，使反应器中微生物因营养限制而处于内源呼吸阶段，其比值率很低，甚至几乎为零。这样，膜生物反应器系统的剩余污泥量很少，大大降低了污泥处理和处置的费用。

（4）膜生物反应器系统的结构比较紧凑，且易于自动控制，运行管理较方便。

膜生物反应器系统虽然存在上述诸多优点，但也存在一些缺点和有待研究的问题：主要是膜组件的污染与堵塞，理论上这是一个微生物的膜过滤过程，运行时间一长，膜的污染和堵塞不可避免，因此在运行一定时间后需要更换膜组件进行清洗，而清洗后的膜组件的通水能力势必会受到一定影响；其次是由于膜表面会因浓差极化而形成凝胶层，为降低凝胶层的阻力，不得不保持膜表面的高流速运行，这不仅造成能耗较高，也由于膜表面高流速产生的剧烈紊流和高剪切力，使原生动物等大个体的微生物生长受到限制，因此，膜生物反应器中的生物相不及普通活性污泥法系统丰富；第三是膜的制造成本较高，运行能耗也较高，使污水处理成本相对较高。1

本词条内容贡献者为:

郑国忠 - 副教授 - 华北电力大学