中空纤维帘式与平板膜的比较

平板式膜与中空纤维膜组件在浸没式 MBR中的对比试用研究 摘 要：选取两种不同结构类型的膜组件进行化工废水处理的中试应用研究，对比研究了MBR膜系统的最佳气水比，临界膜通量、膜系统的分离与处理效果以及膜的污染和清洗方式。中试结果明，在该类废水处理中，中空纤维帘式膜组件的最佳气水比为24，平板式膜组件的最佳气水比为20；在相等曝气强度下，用流量阶梯法测得，中空纤维帘式膜组件的临界膜通量为20 L·m-2·h-1，平板式膜组件的临界膜通量为25 L·m-2·h-1；两组膜在处理和分离效果上相差不大；在抗污染性能上，平板式膜组件更具优势，而且平板式膜组件更容易通过物理清洗-空曝气的方式使膜通量得以部分恢复，用次氯酸钠（NaClO）溶液对膜组件进行化学清洗，均能获得较好的通量恢复效果。 关键词：MBR；临界膜通量；膜污染；膜清洗；中空纤维膜组件；平板式膜组件 MBR膜生物反应器（Membrane bioreactor, MBR）是将膜分离技术和生物反应器的生物降解作用集于一体的生物化学反应系统。它以超滤或微滤膜组件替代传统活性污泥法中的沉淀池实现泥水分离。该系统具有处理能力强、固液分离效率高、出水水质好、占地空间小、运行管理简单等特点。目前，MBR工艺在水资源再生利用方面已发挥了巨大的作用，运用MBR膜工艺技术来处理生活污水和工业废水已突显成效。 鉴于目前已商品化的MBR分离膜组件结构形式多样，主要有中空纤维帘式、平板式、管式等几大类，而且其应用也各具特点，这对在实际工程应用中膜组件的选购带来一定困难。本实验运用浸没式好氧MBR工艺技术来处理杭州某化工厂的工业废水，分别选用中空纤维帘式膜组件和平板式膜组件进行对比试验研究，为规模化工程应用的膜组件选型提供设计依据和运行参考标准。 1 试验装置与方法 1.1 实验工艺流程与条件 中试设计规模为1000 L·h-1 。试验装置由调节池、好氧池、膜分离装置、清液槽、曝气系统和相关动力及自动控制设备组成。废水由污水泵输送至调节池，然后进入好氧池和膜分离池，混合液在抽吸泵的作用下经膜过滤后形成工艺的产水，大部分泥水混合液则通过回流泵流回至好氧池。 试验中分别采用膜组件A（PVDF，中空纤维帘式，孔径0.2μm，膜面积20m2 ）和膜组件B（PVDF，平板式，孔径0.08μm，膜面积28m2 ）来进行试验。 试验进水的COD范围400~700mg·L-1 ,初始接种污泥浓度为1500 mg·L-1 左右。 1.2 试验工况与运行参数 膜装置的运行方式为间歇式，抽吸8min，停止2min。整个试验的水力停留时间（HRT）为8h，膜运行初始通量设定为25 L·m-2·h-1. 。系统运行稳定后，反应器内污泥浓度（MLSS）维持在5000~8000 mg·L-1 。 2 结果与讨论 2.1 膜系统最佳气水比 在浸没式MBR工艺中,曝气有两个作用：一是提供微生物代谢所需的氧气；二是产生错流，去除或减少膜表面的污泥层，减缓膜的污染速率。Hong SP等观察到在较高曝气量下产生的剪切力会加快污染物脱离膜表面的速度，并指出有临界曝气量存在，当超过该曝气量，膜通量增加就不明显，而且太大的曝气量会提供过量的溶解氧，也不利于反硝化作用。对于浸没式MBR工艺，其能耗主要来自曝气，约占整个系统总能耗的80%~90%，因此确定系统的最佳曝气量是十分必要的。 试验中膜的初始通量均设定为25 L·m-2·h-1，即膜组件A的初始通量为500 L·h-1，膜组件B的初始通量为700 L·h-1。采用不同的气水比（每透过1m3 水所提供的曝气量）对膜组件运行，分别考察了两组膜的比膜通量（单位时间、单位操作压力下每平方米膜面积所透过的水量，L·m-2·h-1·KPa-1）和运行时间的相互关系。 在一定曝气强度范围内，随着气水比的提高，比膜通量也随之提高，跨膜压差（TMP）的增加速率减缓，即膜污染发展速率随曝气强度增加而降低。但当曝气强度上升到一定程度时，比膜通量增加不再明显。分析原因可能是：当曝气强度较低时，错流流速产生的水力剪切作用不能有效防止大量污泥絮体在膜表面沉积，膜污染主要是以污泥层阻力为主；而当曝气强度过高时，污泥絮体被强大的剪切力所破碎，细小污泥颗粒和胶体类物质增多，这些物质更容易引起膜孔的吸附和堵塞，从而使膜污染加剧。因此当曝气到达一临界值后，再继续增加曝气量对MBR系统已没有实际意义，Jungmin等也报道了与本试验类似的研究结果。经测定，试验中A、B两组膜的最佳曝气量分别为12.0m3·h-1和14.0 m3·h-1，即在此类废水处理中，膜系统的最佳气水比分别为24和20。 2.2 临界膜通量 最初提出的临界流量假设（Field等，1995）仅仅断言，在低于临界流量的条件下运行的分离膜不会出现膜污染。虽然当初这一假设只是包含了水力学引起的膜污染因素，但是毋庸置疑，临界流量的假设仍然是膜生物反应器工艺长期运行的指针。实践也证明，绝大多数浸没式膜生物反应器工艺能在亚临界通量区长期稳定地运行。 本试验采用流量阶梯法分别对两组膜的临界膜通量进行了测定。在同等曝气强度（均为0.5m3·m-2膜面积）条件下，经试验得出，膜A的临界膜通量为20L·m-2·h-1，膜B的临界膜通量为25L·m-2·h-1。试验结果也与以上得出的气水比试验结果具有较好的吻合性。 2.3 出水水质 膜反应器好氧池内的泥水混合液经膜过滤后形成工艺的出水。通过对产水水质分析，结果表明该处理工艺具有较好的生化、物理去除效果。经与该化工厂用传统活性污泥法处理后的水质比较，本试验得到的产水水质要明显好于传统方法处理后的产水水质。 膜反应器内较高的污泥浓度使得生化处理效果十分理想，有机物的去除率明显提高，再加上精密的膜过滤，使得产水水质更加优化。本试验中，MBR系统对有机物（COD）的去除率均在90%以上，对氨氮（NH3-N）的去除率也基本维持在80%以上。而运用传统方法处理后的产水COD和NH3-N的去除率变化幅度较大，这可能由于传统方法处理时水的温度、pH、DO等条件的波动，引起水体污泥膨胀，造成沉淀效果不佳，大部分污泥流失，最终导致生化处理效果直线下降。本试验应用的MBR工艺克服了传统处理方法的以上不足之处，这也是该工艺得以应用推广的因素之一。通过对比试验还发现，采用不同孔径的MBR分离膜，对实际产水水质影响不大，这与膜运行中污泥在膜表面形成的沉积层也起了一定的分离作用有关。 2.4 膜污染与膜清洗 膜污染是膜运行中一系列增加膜阻力因素的总称。MBR膜在运行一段时间以后，膜表面和膜孔内会不可避免地被污染物堵塞，导致膜通量逐渐下降，直至不再出水。膜污染缩短了膜的使用寿命，直接导致泵的抽吸水头和曝气量的增加，这也是造成MBR能耗增加的主要原因。 为了维持膜系统长期正常运行，当跨模压差（TMP）上升到一定程度时，必须对膜组件进行清洗。膜清洗的目标是清除膜表面的污染层，恢复或提高膜的水通量。本试验中当膜运行的跨膜压差超过60KPa时，装置停止运行，对膜组件进行清洗，清洗分为物理清洗和化学清洗。 物理清洗：物理清洗主要通过停止产水，对膜系统空曝气，使得沉积在膜表面的污染物在高错流速率的气、水剪切力作用下得以去除，从而使膜通量得到一定程度的恢复。试验结果表明，平板式膜组件通过空曝清洗后，通量恢复效果要比中空纤维帘式膜好。 化学清洗：由于实际水体中污染物主要以有机物为主，因此采用次氯酸钠溶液作为清洗液，pH为10~11左右。清洗方法：配置300~500mg·L-1次氯酸钠溶液，调节pH，浸泡膜组件10h，重新启动运行，通量都恢复在90%以上。 3 结论 试验表明，浸没式MBR技术可成功用于化工废水的处理。对于本文的试验废水，MBR膜系统A、B两组膜的最佳气水比分别为24和20；在同等曝气强度条件下，测得A膜的临界膜通量为20L·m-2·h-1，B膜的临界膜通量为25L·m-2·h-1。 通过上清液与膜产水水质分析比较发现，膜反应器中有机物的去除主要依靠生化降解过程，膜对有机物（COD）具有一小部分的截留去除作用，但是采用不同孔径的分离膜对产水水质影响不大。 中空纤维帘式膜组件的清洗周期为2个月左右，平板式膜组件的清洗周期为3个月以上，且平板式膜组件更容易通过物理清洗的方法使膜通量得到恢复，化学清洗对两组膜的通量恢复均在初始通量的90%以上。 对比试验表明，在同等工况运行条件下，用平板式膜组件处理该类废水具有比膜通量更高、跨膜压差更小、膜清洗周期长等特点。因此，对于本试验所处理的废水，选用平板式膜组件更具优势。 2.MBR优劣势 ?优势 中国污水处理以活性污泥工艺为主，近年逐渐被MBR工艺取代，MBR在中国市场的使用率逐年增加。 以下通过传统活性污泥法和MBR对比阐述MBR工艺的优势： 优势 传统活性污泥工艺 MBR工艺 运行管理方便 高污泥负荷情况下会出现污泥膨胀现象，使得泥水难于分离，出水不达标。 用膜吸作用进行泥水分离，污泥膨胀不会影响泥水分离，运行方便。 占地面积小 传统的活性污泥工艺的活性污泥浓度一般在3000～5000mg/l，工艺流程中需要包括二沉池，占地面积大。 活性污泥浓度一般在8000～12000mg/l，且不需生化沉淀池，大大减少了占地面积和土建投资。MBR工艺的土建占地约为传统工艺的1/3。 处理水质稳定 处理后出水水质的好坏同组成活性污泥的微生物的种类、数量及其活性有关，传统工艺活性污泥浓度低，处理水质不够稳定。 能够截留几乎所有微生物，尤其是针对难以沉淀的、增殖速度慢的微生物，因此系统内的生物相极大丰富，活性污泥驯化、增量的过程大大缩短，处理的深度和系统抗冲击的能力得以加强，处理水质稳定 泥龄长 活性污泥是由细菌、微型动物为主的微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起所形成的茶褐色的絮凝体，在有机废水的处理中起着重要的作用。通常来说，活性污泥工艺中，较高级的真核微生物无法生存,只有某些短世代的原核细菌才能适应、生存并得以生长繁殖，因此污泥停留时间、污泥龄期都相对较短。 膜分离使污水中的大分子难降解成分，在体积有限的生物反应器内有足够的停留时间，大大提高了难降解有机物的降解效率。反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄下运行，可以实现基本无剩余污泥排放。       ?劣势 1)建设成本和运行费用较高； 2)运行稳定性有待提高。 3.MBR的发展 ?国际市场 MBR国际市场的发展 全球MBR的市场规模在2000年到2005年里增长了一倍，2005年市场销售额达到2.17亿美元；预期到2010年将会达到3.6亿美元。 截至2006年底，全球投入运行或在建的MBR超过2500套；截至2008年底，全球投入运行或在建的MBR超过4000套。 ?中国市场 MBR是膜分离技术与生物处理法的高效结合,其起源是用膜分离技术取代活性污泥法中的二沉池,进行固液分离。这种工艺不仅有效地达到了泥水分离的目的,而且具有污水三级处理传统工艺不可比拟的优点: 1、高效地进行固液分离,其分离效果远好于传统的沉淀池,出水水质良好,出水悬浮物和浊度接近于零,可直接回用,实现了污水资源化。 2、膜的高效截留作用,使微生物完全截留在生物反应器内,实现反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离,运行控制灵活稳定。 3、由于MBR将传统污水处理的曝气池与二沉池合二为一,并取代了三级处理的全部工艺设施,因此可大幅减少占地面积,节省土建投资。 4、利于硝化细菌的截留和繁殖,系统硝化效率高。通过运行方式的改变亦可有脱氨和除磷功能。 5、由于泥龄可以非常长,从而大大提高难降解有机物的降解效率。 6、反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄下运行,剩余污泥产量极低,由于泥龄可无限长,理论上可实现零污泥排放。 7、系统实现PLC控制,操作管理方便 膜生物反应器（MBR）是一种由膜分离单元与生物处理单元相结台的新型水处理技术，以膜组件取代二沉池在生物反应器中保持高活性污泥浓度减少污水处理设施占地，并通过保持低污泥负荷减少污泥量。与传统的生化水处理技术相比，MBR具有以下主要特点：处理效率高、出水水质好；设备紧凑、占地面积小；易实现自动控制、运行管理简单。80年代以来，该技术愈来愈受到重视，成为研究的热点之一。目前膜生物反应器己应用于美国、德国、法国和埃及等十多个国家，规模从6m3／d至  13000m3／d不等。 3.1 MBR及其分类 MBR是指将超、微滤膜分离技术与污水处理中的生物反应器相结合而成的一种新的污水处理装置。这种反应器综合了膜处理技术和生物处理技术带来的优点。超、微滤膜组件作为泥水分离单元，可以完全取代二次沉淀池。超、微滤膜截留活性污泥混合液中微生物絮体和较大分子有机物，使之停留在反应器内，使反应器内获得高生物浓度，并延长有机固体停留时间，极大地提高了微生物对有机物的氧化率。同时，经超、微滤膜处理后，出水质量高，可以直接用于非饮用水回用。系统几乎不排剩余污泥，且具有较高的抗冲击能力。特别是1989年Yamamoto将中空纤维膜应用于活性污泥处理中，使工艺运行成本大大降低，实际应用前景广阔。因此，MBR是当今倍受国内外专家学者重视的一项高新水处理技术。 MBR的特点： 一、出水水质好 由于采用膜分离技术，不必设立、过滤等其它固液分离设备。高效的固液分离将废水中有悬浮物质、胶体物质、生物单元流失的微生物菌群与已净化的水分开，不需经三级处理即直接可回用，具有较高的水质安全性。 二、占地面积小 膜生物反应器生物处理单元内微生物维持高浓度，使容积负荷大大提高，膜分离的高效性使处理单元水力停留时间大大缩短，占地面积减少。同时膜生物反应器由于采用了膜组件，不需要沉淀池和专门的过滤车间，系统占地仅为传统方法的60%  三、节省运行成本 由于MBR高效的氧利用效率，和独特的间歇性运行方式，大大减少了曝气设备的运行时间和用电量，节省电耗。同时由于膜可滤除细菌、病毒等有害物质，可显著节省加药消毒所带来的长期运行费用，膜生物反应器工艺不需加入絮凝剂，减少运行成本。 膜生物反应器（MBR）工艺是膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理技术。它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质截留住，省掉二沉池。活性污泥浓度因此大大提高，水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）可以分别控制，而难降解的物质在反应器中不断反应、降解。因此，膜生物反应器（MBR）工艺通过膜分离技术大大强化了生物反应器的功能。与传统的生物处理方法相比，是目前最有前途的废水处理新技术之一。 从整体构造上来看，MBR是由膜组件和生物反应器两部分组成。根据这两部分操作单元自身的多样性，膜生物反应器也必然有多种类型。膜生物反应器的一些基本分类见表1。 表1 MBR的基本分类 内容 分类 膜组件 管式、板框式、中空纤维式 膜材料 有机膜、无机膜 压力驱动形式 外压式、抽吸式 生物反应器 好氧、厌氧 膜组件与生物反应器的组合方式 分置式、一体式（浸没式）     分置式MBR是指膜组件与生物反应器分开设置，浸没式MBR是指膜组件安置在生物反应器内部。2种反应器的流程如图2所示。 图2  MBR流程图 表2  2种反应器的区别 MBR种类 压力驱动形式 动力消耗 管道要求 膜更换和清洗情况 微生物失活情况 设备占地面积 分置式 压力泵加压 大 需要 方便 有可能 大 一体式 真空泵抽吸 小 不需要 不方便 不失活 小               实际应用中，分置式MBR与一体式MBR互有优缺点，区别见表2。 3.2  MBR所用滤膜及膜组件 在MBR工艺中，超、微滤膜分离的对象是活性污泥混合液。活性污泥混合液主要包括活性污泥和被处理的污水，而活性污泥是由各种胶体、絮状物和微生物（绝大部分是各种细菌）组成。膜组件长期过滤活性污泥混合液时，污染物不断地在膜表面沉积，细菌不断地向膜内部繁殖，使其生成的代谢产物在膜孔中沉淀，进而引起膜孔堵塞，使膜的通量下降，膜寿命缩短，工艺运行费用增加。 一般而言，决定膜过滤效果的主要因素是膜的孔径及孔隙率，而选择什么样的膜材料并不是关键。但是在MBR工艺中膜材料种类却强烈地影响其耐污染性，所要解决膜污染问题的最主要的途径是找到耐污染的膜材料或者是对膜进行改性。 所调研的近期文献中有关MBR所用滤膜及组件的情况如表3所示： 从近期国内外MBR研究情况来看（文献的抽取有随机性），滤膜大都为较小孔径的微滤膜，或较大截留分子量的超滤膜，孔径范围为0.1～0.5mm；材质主要是疏水性的聚烯烃和亲水性的聚砜、纤维素等，还有一些无机膜。疏水性的聚烯烃一般做成中空纤维式膜组件，而亲水性的聚砜、纤维素膜一般做成平板式膜组件。 表3  近期文献中MBR所用滤膜及组件形式 应用试验单位 滤膜孔径或切割分子量 滤膜材质 组件类型 膜面积（m2） 使用形式 供应商 清华大学 0.1mm 聚丙烯 中空纤维 0.4 浸没式 浙江大学 清华大学 0.45mm ZrO2 管式 0.28 分置式 法TECH-SET 清华大学 0.1mm 聚乙烯 中空纤维 4.0 浸没式 日本三菱公司 同济大学 0.065mm 聚丙烯 中空纤维 2.0 浸没式 百事德公司 大连理工大学 MW30000 聚丙烯 中空纤维 4.0 浸没式 哈尔滨建筑大学 0.34mm 聚砜 中空纤维 1.0 浸没式 兰州铁道学院 超滤膜 PAN/PS 外压管式 0.0173 分置式 自制 南京建筑学院 0.01mm 聚丙烯 中空纤维 1.0 浸没式               4  MBR研究进展 目前，MBR的研究主要集中在以下几个方面：（1）降低膜污染，提高膜通量；（2）探求合适的工作条件和工艺参数；（3）降低处理工艺的运行成本。 张少辉, 郑平, 华玉妹〔1〕用反硝化生物膜启动厌氧氨氧化反应器的研究等选取不同截留分子量的聚醚砜膜（PES），采用板框式膜组件构成的厌氧MBR对高浓度食品废水进行处理，考察了截留分子量对膜通量和出水效果的影响。 王荣昌,　文湘华,　钱易〔2〕 分析了生物膜反应器中好氧颗粒污泥形成机理，研究了MBR运行条件对膜过滤特性的影响。 杨玉旺〔3〕研究了移动床生物膜反应器处理污水的研究应用进展。 邢传红等进行了管式MBR（分置式）处理城市污水的工艺设计，认为运行成本主要由电费、药剂费和人工费等3部分组成。其中电费是最主要的，电耗为2.3kW·h/m3。 鲁敏，曾庆福，张跃武〔4〕对一种新型生物膜反应器处理污水的研究发生了浓厚兴趣。 王亚娥等分析了影响超滤膜通量和过滤阻力的主要因素。 杨磊等对MBR运行过程中的膜污染和清洗进行了较详尽的试验。 李军, 彭永臻, 杨秀山 ,王宝贞 ,杨海燕〔5〕着重研究了序批式生物膜法反硝化除磷特性及其机理。 姜苏等〔6〕研究了一体化Ａ/Ｏ生物膜法处理生活污水。 白宇等〔7〕研究分析了污水深度处理生物滤层中菌群的时空分布特征。 陈壁波等〔8〕对移动床生物膜反应器及对造纸废水处理的意义进行了卓有成效的研究论证。 Cote P 研究了浸没式膜系统的电耗，包括抽吸泵及曝气2部分。每立方米产水仅耗电0.3～0.6 kW·h，而电耗是运行费用的主要部分。 荣宏伟等〔9〕在实验室条件下对序批式生物膜法生物除磷进行了试验研究，得出了令人期待的结论。 Wang L-Choo Ho等比较了浸没式和分置式MBR工艺运行时的电耗，结果是，在通量为18L/(m2·h)的情况下，前者电耗仅为0.2～0.4 kW·h /m3,而后者电耗为2～10 kW·h /m3。 鲍立宁等〔10〕在电极生物膜脱氮工艺中反硝化菌相分析方面进行了研究。 MBR因自身特殊的工艺也要求了不同于一般的超、微滤膜材料，但制备针对于MBR所用的膜材料的研究还很少。显然选择合适的膜材料是降低膜污染的一个重要方法，这还有待于进一步研究。 5  MBR应用实例 随着研究的深入，国内外已有了MBR应用的实例。实践表明，膜污染严重、水通量低，是限制MBR推广应用最主要的原因。 加拿大Cote P等 报道了北美洲在20世纪90年代MBR发展的概况。其中ZENON环保公司在1996年推出了组件膜面积为46m2、体积密度为63m2/m3的ZW-500型膜生物反应器，该设备已成功地应用于市政污水处理。目前以小规模装置为主，处理能力为10～200m3/d，主要在办公楼、购物中心、学校、医院和疗养地推广使用。装置的水力停留时间(HRT)为24h，SRT为1～2年。滤出液经过紫外线消毒或活性炭吸附后，用作厕所冲洗水。在安大略省建成的日处理污水3 800m3的MBR装置，安装了ZW-500型膜组件144个，总膜面积6624m2。曝气池体积440m3，正常HRT为3.8h；厌氧反应池体积为380m3，HRT为2.4h。运行期间的MLSS浓度为12 000～20 000mg/L，MLVSS浓度仅为MLSS的55%～70%。运行9个月以来出水BOD和有机磷的去除率都接近100%。 日本自1998年以来，着重推广了中水道系统的开发利用。其目的主要是将以厨房排水、洗脸及洗澡后的排水为主体的楼房排水进行处理，然后作为厕所冲洗水再利用。比如，日立工厂建设公司用高浓度活性污泥法和旋转平板超滤膜装置组合而成的系统作为大楼中水道的回用系统。因为膜板旋转，使膜表面的污泥被搅拌，从而可控制膜面污染。 天津清华德人环境公司和天津大学共同研制的MBR已有了一些的应用实例。以处理天津某写字楼排放的污水为例，该写字楼的建筑面积约为17 000m2,采用了日处理能力为25m3 的装置，设备本体占地3.2m2,投资10余万元，能耗为0.8kW·h/m3。处理出水可用作冲厕、绿化及洗车等。 郑斐等〔11〕研制出生物膜法的新工艺—无泡曝气膜生物反应器。 吕晓辉等〔12〕对移动床生物膜反应器脱氮除磷技术情有独衷，使脱氮除磷效率又有了较大的发展。 6  结语 6.1  MBR综合了膜分离技术和生物处理技术的优点，超、微滤膜组件能替代CAS中的二沉池，更有效地进行泥水分离，并延长SRT，提高微生物对污水中有机物的处理能力。经超、微滤膜处理后出水水质好可以直接用于非饮用水回用。系统占地面积小，几乎不排剩余污泥，具有较高的抗冲击能力。 6.2  MBR具有一定的实用性，但膜污染仍是制约MBR推广应用的最主要因素。因为MBR中膜材料既要面临活性污泥、污水中固体颗粒的污染，又要面临活性污泥中微生物的侵蚀。虽可以通过控制抽停时间、曝气量等工艺参数以及采用适当的清洗技术来减少膜面的污染，但最有效、最根本的方法是研制出一种抗污染、耐微生物侵蚀的新的膜材料及对膜进行适当的改性。 6.3  在应用MBR技术处理市政、生活污水并实现中水回用时，还要考虑另外一个关键因素，即运行成本。因此，在研究中要始终将运行成本。作为考虑试验和确定试验结果的主要出发点。 由于MBR高效的氧利用效率，和独特的间歇性运行方式，大大减少了曝气设备的运行时间和用电量，节省电耗。同时由于膜可滤除细菌、病毒等有害物质，可显著节省加药消毒所带来的长期运行费用，膜生物反应器工艺不需加入絮凝剂，减少运行成本。 膜生物反应器（MBR）工艺是膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理技术。它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质截留住，省掉二沉池。活性污泥浓度因此大大提高，水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）可以分别控制，而难降解的物质在反应器中不断反应、降解。因此，膜生物反应器（MBR）工艺通过膜分离技术大大强化了生物反应器的功能。与传统的生物处理方法相比，是目前最有前途的废水处理新技术之一。 从整体构造上来看，MBR是由膜组件和生物反应器两部分组成。根据这两部分操作单元自身的多样性，膜生物反应器也必然有多种类型。膜生物反应器的一些基本分类见表1。 表1 MBR的基本分类 内容 分类 膜组件 管式、板框式、中空纤维式 膜材料 有机膜、无机膜 压力驱动形式 外压式、抽吸式 生物反应器 好氧、厌氧 膜组件与生物反应器的组合方式 分置式、一体式（浸没式）     分置式MBR是指膜组件与生物反应器分开设置，浸没式MBR是指膜组件安置在生物反应器内部。2种反应器的流程如图2所示。 图2  MBR流程图 表2  2种反应器的区别 MBR种类 压力驱动形式 动力消耗 管道要求 膜更换和清洗情况 微生物失活情况 设备占地面积 分置式 压力泵加压 大 需要 方便 有可能 大 一体式 真空泵抽吸 小 不需要 不方便 不失活 小               实际应用中，分置式MBR与一体式MBR互有优缺点，区别见表2。 3.2  MBR所用滤膜及膜组件 在MBR工艺中，超、微滤膜分离的对象是活性污泥混合液。活性污泥混合液主要包括活性污泥和被处理的污水，而活性污泥是由各种胶体、絮状物和微生物（绝大部分是各种细菌）组成。膜组件长期过滤活性污泥混合液时，污染物不断地在膜表面沉积，细菌不断地向膜内部繁殖，使其生成的代谢产物在膜孔中沉淀，进而引起膜孔堵塞，使膜的通量下降，膜寿命缩短，工艺运行费用增加。 一般而言，决定膜过滤效果的主要因素是膜的孔径及孔隙率，而选择什么样的膜材料并不是关键。但是在MBR工艺中膜材料种类却强烈地影响其耐污染性，所要解决膜污染问题的最主要的途径是找到耐污染的膜材料或者是对膜进行改性。 所调研的近期文献中有关MBR所用滤膜及组件的情况如表3所示： 从近期国内外MBR研究情况来看（文献的抽取有随机性），滤膜大都为较小孔径的微滤膜，或较大截留分子量的超滤膜，孔径范围为0.1～0.5mm；材质主要是疏水性的聚烯烃和亲水性的聚砜、纤维素等，还有一些无机膜。疏水性的聚烯烃一般做成中空纤维式膜组件，而亲水性的聚砜、纤维素膜一般做成平板式膜组件。 表3  近期文献中MBR所用滤膜及组件形式 应用试验单位 滤膜孔径或切割分子量 滤膜材质 组件类型 膜面积（m2） 使用形式 供应商 清华大学 0.1mm 聚丙烯 中空纤维 0.4 浸没式 浙江大学 清华大学 0.45mm ZrO2 管式 0.28 分置式 法TECH-SET 清华大学 0.1mm 聚乙烯 中空纤维 4.0 浸没式 日本三菱公司 同济大学 0.065mm 聚丙烯 中空纤维 2.0 浸没式 百事德公司 大连理工大学 MW30000 聚丙烯 中空纤维 4.0 浸没式 哈尔滨建筑大学 0.34mm 聚砜 中空纤维 1.0 浸没式 兰州铁道学院 超滤膜 PAN/PS 外压管式 0.0173 分置式 自制 南京建筑学院 0.01mm 聚丙烯 中空纤维 1.0 浸没式               转贴于 中国论文下载中心