近年來，隨著廢水排放量的飛速增長，膜生物反應(yīng)器以其出水水質(zhì)高、用地面積小、易于控制等優(yōu)點(diǎn)得到迅速的推廣。本文綜述了膜生物反應(yīng)器的類型、研究歷程、應(yīng)用以及膜生物反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了膜生物反應(yīng)器存在的問題即膜污染以及膜污染的防治，希望給膜生物反應(yīng)器的進(jìn)一步研究應(yīng)用提供參考。
一、膜生物反應(yīng)器簡介
膜生物反應(yīng)器(MBR)是膜分離技術(shù)與生物污水處理技術(shù)相結(jié)合的新型態(tài)廢水處理系統(tǒng)。其主要組成部分包括生物反應(yīng)器、膜組件和控制系統(tǒng)。其中，生物反應(yīng)器主要發(fā)生污染物降解，為該降解過程提供場所。膜組件由膜和其支撐部分組成，是整個反應(yīng)器的核心部分。
由于膜組件的不同及膜組件與生物反應(yīng)器不同的結(jié)合方式，MBR可以有多種分類方法：
(1)根據(jù)生物反應(yīng)器中膜組件膜的孔徑大小，MBR反應(yīng)器可分為微濾、超濾、納濾、滲透汽化等反應(yīng)器。
(2)根據(jù)生物反應(yīng)器反應(yīng)過程是否需要曝氣可以分為好氧型膜生物反應(yīng)器和厭氧型膜生物反應(yīng)器。其中好氧型主要用于處理城市廢水和生活污水，厭氧型主要處理高濃度有機(jī)廢水。
(3)根據(jù)膜組件中膜的形式及排列方法，MBR可以分為板框式、螺旋卷式、圓管式、毛細(xì)管式和中空纖維式膜組件。其中，常見的有板框式和中空纖維式。
(4)根據(jù)膜組件作用效果，其可以分為分離式MBR、曝氣式MBR和萃取式MBR，分離式主要用來去除污水中的懸浮顆粒，高效地完成固液分離。曝氣式主要應(yīng)用于高需氧量廢水的處理。萃取式主要用于工業(yè)廢水處理中，用來完成廢水中污染物的萃取收集。
(5)根據(jù)膜組件與生物反應(yīng)器的位置擺放不同，MBR可分為分置式和一體式膜生物反應(yīng)器。分置式膜生物反應(yīng)器又稱循環(huán)式膜生物反應(yīng)器，混合液通過增壓進(jìn)入組件內(nèi)部，在壓力作用下，液體透過膜而固體顆粒被截留，濃縮液回流至生物反應(yīng)器進(jìn)行循環(huán)。而一體式則是直接將膜組件放在反應(yīng)器內(nèi)部。
二、MBR研究歷程及應(yīng)用
1.MBR的研究歷程
二十世紀(jì)六十年代，活性污泥生物反應(yīng)器與錯流膜過濾相結(jié)合，*實(shí)現(xiàn)了MBR在廢水處理中的應(yīng)用。1989年，研究工作者將膜組件放在生物反應(yīng)器內(nèi)部，突破了一體式MBR反應(yīng)器的進(jìn)展。九十年代以來，由于膜通量的不斷提高，膜污染控制技術(shù)和膜材料也有了很大的改進(jìn)，膜生物反應(yīng)器的成本越來越低，該工藝逐步受到關(guān)注。截止到2006年，全世界使用膜生物反應(yīng)器的總值達(dá)到2.16億美元。相對而言，我國發(fā)展起步較晚，但其發(fā)展趨勢迅猛，增長速度遠(yuǎn)超于世界平均增速，目前在許多實(shí)際污水處理中得到良好的應(yīng)用。
2.MBR的應(yīng)用
(1)MBR在城市污水處理中的應(yīng)用
20世紀(jì)90年代末，隨著一體式MBR的出現(xiàn)，膜反應(yīng)器在城市污水處理中的應(yīng)用得到了快速的發(fā)展，截止2005年，北美地區(qū)已建成219個MBR城市污水處理工程。我國雖然起步較晚，但發(fā)展迅速，目前國內(nèi)已經(jīng)有較多正在運(yùn)行或建設(shè)中的工程項(xiàng)目。
(2)MBR在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用
相比于城市污水處理，MBR在工業(yè)廢水處理領(lǐng)域更具優(yōu)勢。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前MBR在工業(yè)廢水處理中已占41%，廣泛用于印染、焦化、電鍍、煉油、食品、石化、啤酒、醫(yī)藥以及垃圾滲濾液等處理中。
三、MBR的特點(diǎn)
與傳統(tǒng)的水處理方法相比，MBR有以下幾個比較明顯的特點(diǎn)：
(1)MBR可以有效地截留污水中的微生物，實(shí)現(xiàn)了污泥齡和水力停留時間的分離。通過調(diào)整污泥齡的大小，使得生長周期較長的微生物如硝化細(xì)菌及反硝化細(xì)菌也可以成為優(yōu)勢菌種，在一定程度上可以提高整個反應(yīng)器的脫氮效率，使得運(yùn)行更加靈活穩(wěn)定。
(2)MBR有較高的固液分離效率，出水效果良好且穩(wěn)定，受進(jìn)水水質(zhì)影響小。由于膜的高效截留作用，反應(yīng)器中較大的顆粒物、大分子的有機(jī)物、細(xì)菌等均被截留在膜的進(jìn)水側(cè)。同時不用考慮污泥膨脹。
(3)污泥濃度高，剩余污泥產(chǎn)量小。MBR可以在高容積負(fù)荷及低污泥負(fù)荷條件下運(yùn)行，剩余污泥產(chǎn)量低，大大降低了后續(xù)的處理費(fèi)用。
(4)MBR反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊，工藝設(shè)備集中，因此占地面積也較小，易實(shí)現(xiàn)一體化自動控制，操作管理方便。
盡管MBR具有上述特點(diǎn)，但也存在缺點(diǎn)，如膜污染嚴(yán)重、氧利用率低、投資成本高、水處理能耗較高、化學(xué)清洗廢液會造成二次污染等。實(shí)際應(yīng)用中膜污染是影響MBR推廣的*限制因素。
四、膜污染
1.膜污染形成原因
膜污染是指反應(yīng)器在運(yùn)行過程中由于廢水中的微小顆粒、膠體或大分子溶質(zhì)在膜表面發(fā)生物理化學(xué)等相互作用而造成的膜孔堵塞現(xiàn)象。污染的類型主要表現(xiàn)為孔口堵塞、孔內(nèi)沉積、和表面污染(污泥層形成)以及各種污染形式的組合。膜污染主要分為以下幾類：
(1)短期污染，短時間內(nèi)由于濃差極化、凝膠層的形成使膜通量急劇下降，其為可逆污染，通過反洗，可以迅速去除恢復(fù)。
(2)長期污染，廢水中的微小顆粒與膜表面發(fā)生的長期作用而產(chǎn)生的膜污染現(xiàn)象，其為不可逆污染，可以通過化學(xué)藥劑清洗方法恢復(fù)。
(3)不可逆膜污染，由于反應(yīng)器的長期運(yùn)行而產(chǎn)生的不能被去除的污染。
2.膜污染影響因素
(1)膜本身的性質(zhì)
影響膜污染的因素主要包括膜材質(zhì)、膜孔徑、膜的親水性、膜表面粗糙度、電荷性質(zhì)和密度等。膜組件根據(jù)膜材料的不同主要分為無機(jī)膜和有機(jī)膜，其中應(yīng)用于膜生物反應(yīng)器中的膜主要是無機(jī)膜，較有機(jī)膜而言使用壽命較長，不易形成膜污染現(xiàn)象。膜的孔徑大小及分布對膜污染也有一定的影響，溶液性質(zhì)不同、顆粒大小分布不同，需采用不同孔徑的膜材料。與較大孔徑的膜相比，小孔徑膜更容易截留溶液中的污染物，因此而產(chǎn)生沉積層，增加膜阻力，加重膜污染現(xiàn)象。膜材料的憎水性對膜污染也會產(chǎn)生影響。
(2)混合液性質(zhì)
膜生物反應(yīng)器中的膜污染主要來自混合液中的物質(zhì)。
研究表明懸浮固體濃度(MLSS)直接影響混合液粘度，粘度升高，過濾性能隨之下降，若流速較小或曝氣強(qiáng)度無法沖刷附著在膜表面的物質(zhì)，則容易產(chǎn)生污染層。溶液中顆粒大小及分布對膜污染現(xiàn)象的產(chǎn)生也有較大的影響，一般顆粒粒徑越小，則容易在表面沉積，形成的沉積層也越致密，膜污染越嚴(yán)重。除此之外，曝氣量、機(jī)械攪拌速度及膜表面錯流速度都會影響膜污染程度。
(3)操作條件
操作條件會直接或間接影響膜污染。研究表明適當(dāng)增加污泥齡可以減少微生物產(chǎn)物和胞外聚合物的生成，從而減緩膜污染現(xiàn)象。但是，過長的污泥齡又會增加污泥濃度，導(dǎo)致更嚴(yán)重的膜污染。因此，實(shí)際城市污水應(yīng)用中一般設(shè)置SRT為5-20天。
3.膜污染的防治
目前，國內(nèi)外膜污染的防治主要集中在以下幾個方面：
(1)改變混合液特性，在混合液過濾前向其中加入適當(dāng)?shù)乃巹┗蜉d體(如PAL、填料)，以改變料液或溶質(zhì)的性質(zhì)，從而減輕膜污染負(fù)荷。
(2)膜表面改性。膜表面的改性主要傾向于以下幾個方面：新型無機(jī)膜的開發(fā);提高膜的親水性以改善膜的抗污染性能;制造有機(jī)-無機(jī)混合膜，使之兼有無機(jī)膜與有機(jī)膜的長處。
(3)優(yōu)化運(yùn)行條件及反應(yīng)器結(jié)構(gòu)。選擇合適的操作壓力、膜通量、曝氣強(qiáng)度、HRT、SRT、抽吸時間及停抽時間，確定*參數(shù)值;維持良好的生物條件，防止污泥膨脹和EPS的生成;間歇運(yùn)行，停運(yùn)期間進(jìn)行空曝，并進(jìn)行周期性反洗。
(4)膜清洗。為了恢復(fù)膜運(yùn)行通量，必須對膜進(jìn)行清洗，清洗方法包括物理清洗、化學(xué)清洗、超聲波清洗以及電清洗等。
