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摘要：膜生物反应器（MBR）作为一种新型高效的污水处理方法，有很广阔的应用前景和研究空间。本文主要介绍了MBR的各种组合工艺在各类污水处理中的研究现状并对其应用前景进行了预测分析。
关键词：膜生物反应器；组合工艺；污水处理；研究现状
Abstract: the membrane bioreactor (MBR) as a kind of new, more efficient sewage treatment method, a very broad application prospect and the research space. This article mainly introduced the MBR various combinations of of all kinds of wastewater treatment technology in the current status and the application prospect forecast analysis.
Keywords: membrane bioreactor; Combination process; Sewage treatment; Research status
中圖分类号：U664.9+2文献标识码：A 文章编号：
膜生物反应器（Membrane Bio-reactor，MBR）经过20年的发展，实际应用经验不断积累，MBR的各种组合形式相继出现。现阶段对于MBR组合工艺处理污水的应用较少，但因其处理后的出水悬浮物和浊度接近零，水质良好且稳定，成为优于单纯MBR技术新的研究热点。
MBR污水处理工作原理及特点
MBR是一种现代膜分离技术与生物技术有机结合的新型的水处理技术，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截留住，达到水净化的目的。MBR处理工艺的核心是中空纤维超滤膜和活性污泥处理系统，原理是利用反应器内的硝化细菌将水中的氨氮转化，以去除异味，同时利用好氧微生物降解水中的有机污染物质，最后，通过中空纤维膜进行高效固液分离。
MBR的主要特点：污泥负荷率高，去除率高，抗污泥膨胀能力较强；出水水质良好且稳定可靠，悬浮物几乎为零，可直接回用；反应器运行灵活稳定；污泥停留时间较长，剩余污泥大大减少；占地面积较少，易于自动化控制管理；脱氮脱磷效果较好；处理后的水细菌总数比较少，可达到饮用水标准，无须进行紫外线、臭氧消毒即可直接饮用。
MBR主要分类
按照不同的分类方法，MBR主要有以下的形式：
2.1按膜组件类型划分
按膜组件类型分为板式、管式和中空纤维式。其中中空纤维式的成本最低，但是湍流促进性能较差，易污染，应用于微滤、超滤、反渗透，可进行反冲洗；板式的成本较高，湍流促进性能较好，应用于超滤、反渗透，不可反冲洗；管式的成本最高，其湍流促进的效果最好，抗污染力强，应用于错流微滤、错流超滤、纳滤，不可反冲洗。
2.2按照膜材料划分
MBR组件中最重要的组成部分是膜组件，按照膜材料的不同，膜组件可以分为有机膜、无机膜、复合膜以及仿生膜。有机膜材料有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚砜（PS）、聚酰胺（PA）、聚偏氟乙烯（PVDF）等，价格较便宜，但易污损，目前市面上最常用的是PVDF和PE膜；无机膜有陶瓷膜等，使用寿命长，且能在恶劣的环境下工作，但价格较贵，目前市场应用较少；复合膜以及仿生膜是当前研究的重点，其具有优良的抗污染能力、低廉的价格优势，必将成为未来膜材料的发展方向。
2.3按生物反应器需氧性能划分
按生物反应器需氧性能分为好氧MBR和厌氧MBR。好氧MBR主要处理城市废水和生活污水；厌氧性MBR主要处理高浓度有机废水。
2.4按膜组件在MBR中所起作用划分
按膜组件在MBR中所起作用不同分为膜分离MBR、曝气式MBR、萃取式MBR。膜分离MBR用于固液的分离与截留，是现在应用最为广泛的一种方式；曝气式MBR的无泡曝气，适于有机负荷率高、高需氧量的废水处理；萃取式MBR用于高浓度无机物、高酸度或碱度、高浓度有毒物质的工业污水的处理。
2.5按膜组件与生物反应器的相对位置划分
按膜组件与生物反应器的相对位置分为分置式（又称错流式）MBR和一体式（又称浸没式）MBR，其中55%以上的工程应用一体式MBR。
MBR组合工艺在污水处理中的研究和应用
MBR最早是应用于污水的处理，虽然有着很好的处理效果，但是膜污染问题的存在一直限制MBR的大规模的开发应用。很多学者希望改进现有的MBR工艺来改变这一难题，一方面致力于新性能膜材料的开发，以期控制水处理过程中的膜污染；另一方面越来越多的学者着手研究MBR与其他工艺的结合，来解决膜污染带来的问题同时提高处理的效果。
MBR与序批式反应器(SBR)相结合
膜生物反应器MBR与序批式反应器SBR相结合而成的改良式序列间歇反应器(modified sequencing batch reactor，MSBR)是一种较为成熟的膜技术与具体工艺相结合的水处理方法。序批式活性污泥法工艺是由一组按一定顺序间歇操作运行的SBR反应器组成的。SBR工艺的一个完整的操作过程，即每个SBR反应器在处理废水时的流程分为5个阶段：进水、反应、沉淀、出水、闲置。其中的沉淀工序相当于传统活性污泥法中的二沉池，其沉淀期所需的时间应根据污水的类型及处理要求而具体确定，一般为1~2h。而将膜反应器引入SBR系统，膜片的过滤功能可以大大地缩短SBR流程，因为沉淀过程将被省去。而且其过滤功能可以对处理水进行进一步的净化。
微波强化Fenton氧化—MBR组合工艺
研究人员采用微波强化Fenton氧化—膜生物反应器组合工艺处理邻氨基苯甲酸废水。结果表明，该工艺可将进水COD 1800~2000 mg/L、邻氨基苯甲酸4.3~21.3 mg/L的生产废水处理至出水COD 63 mg/L、邻氨基苯甲酸0.24 mg/L。出水水质优于《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）一级排放标准。冲击负荷试验表明，当进水COD提高到2850 mg/L时，膜生物处理出水COD＜130 mg/L，冲击后在3 d内恢复正常。周期试验表明，反硝化对COD的去除和pH调节有重要作用，缺、好氧反应的时间对膜反应器的正常运行有重要影响。
MBR与高效生物反应器(HCR)相结合
HCR高效生物反应器(High Performance Compact Reactor)是由德国Clausthal工业大学物象传递研究所发明的一种高效生物反应器,其工艺原理为提高反应器的充氧能力和污泥活性来满足短时间内生物快速降解有机污染物的要求，从而实现提高生化反应效率，达到高效率的处理目的。
实验人员根据微生物的生理和水流形态不同，对HCR系统在与MBR结合后，各项系统特性的改变进行了研究。由内置的淹没式膜组件对系统带来的影响程度，可以用测量空气抽吸率，和整体氧转移系数来进行定量的评价。实验得出了以下结论：
（1）虽然MHCR系统中空气抽吸率有所下降，MHCR仍维持了与HCR相同的总氧气转移系数。因而在特定再循环率下显示出了比普通HCR系统更高的氧转移效率。而该系统具有的高有机负荷承载率，就是依靠高效的氧气传递,混合和湍流来实现的；
（2）更高的再循环率通常会带来更高的湍流度和反应器中的氧浓度，继而减轻了膜污染程度。然而当再循环率过高，会导致膜渗透率的迅速下降。这不只缘于胶体颗粒的减小，也因为胶体浓度和可溶性EPS (细胞外聚合物)浓度的增大。
MBR与粉末活性炭(PAC)的组合工艺(MBR/PAC)
研究人员采用膜生物反应器(MBR)与粉末活性炭(PAC)的組合工艺(MBR/PAC)处理微污染源水，考察了膜污染的机理与特征，探讨了控制膜污染的措施。结果表明：MBR/PAC工艺处理微污染源水时的膜污染发展速度较快；膜污染以滤饼层沉积和有机物膜孔污染为主，同时伴随着少量的无机物污染；膜固有阻力、滤饼层阻力、凝胶层与膜孔堵塞阻力分别占膜总阻力的15%、43%和42%。只用清水冲洗膜表面可使膜过滤性能恢复35.7% ~38.5%；而用0.3% ~0.5%的NaClO浸泡足够时间后，膜过滤性能基本得到恢复；在碱洗后增加稀酸清洗，可进一步提高清洗效果。
MBR与氧化沟工艺(OD)相结合
氧化沟(Oxidation Ditch，OD)是活性污泥法的一种改型，其曝气池呈封闭的沟渠型，污水和活性污泥的混合液在其中进行不断的循环运动。
研究人员对与MBR相结合后的氧化沟工艺的特性做了全面的研究。生活污水以86m3/d的流量进入改造后的系统，在系统启动阶段的60d内的检测数据显示：OD和MBR中的pH值维持在7.2~6.7。MBR中的溶解氧量稳定在7.8mg/L，而OD中则略有浮动。OD中的MLSS浓度稳定在1000mg/L左右，但是在该阶段内，MBR中的MLSS值由500mg/L逐渐增至2400mg/L。碳水化合物和蛋白质的量是由分析OD和MBR两个反应器内的混合液EPS (细胞外聚合物)浓度得来的。在OD中碳水化合物与蛋白质之比为4.5，而在MBR中这个比率则为5。虽然系统对氮、磷的去除效果的改善不明显，但整个系统对氨、COD和BOD的去除率分别为：100%、91.6%及97.0%,显示出了相当显著的处理能力。
光催化氧化－MBR组合工艺
实验人员将膜装置放在光催化氧化反应器前，可以降低水的色度和浊度，提高污水透光性，进而提升光催化氧化的处理效能，提高CODCr去除率，另外此研究中提出可选择将出水回流至MBR，以得到更好的处理效果。若将光催化氧化反应器放在膜反应器前，可以改善大部分废水的可生化性，提高m（BOD5）/m（CODCr）值，降低污水CODCr浓度，减小MBR的污泥生化负荷，达到联合处理生物难降解废水的目的。
臭氧预氧化/MBR组合工艺
研究人员以受污染地表水为处理对象，通过与单独膜生物反应器(MBR)工艺的对比，考察了臭氧预氧化/膜生物反应器(O3/MBR)工艺的除污效果及膜污染情况。两个系统均稳定运行了55d，其中预氧化工艺的臭氧投量为1.5 mg/L，臭氧反应柱的接触时间为15 min。结果表明，臭氧预氧化不仅能够有效提高对有机污染物的去除效率，而且显著降低了膜污染。
电絮凝-MBR组合工艺
研究人员采用采用电絮凝-MBR组合工艺处理石化废水生化二级出水，CODCr、石油类等污染物的去除率均在70%以上，BOD和氨氮的去除率均达到80%以上，其出水水质可达到中水回用的水质标准。
结论
我国水资源相对短缺，并且利用率不高，所以回用水工程显得尤为重要。并且随着社会的发展土地资源也越来越紧张，占地面积少、运行稳定的MBR工艺已成为目前污水处理、中水回用等领域研究的重点。将MBR工艺与一些其他的水处理工艺相结合就会产生全新的工艺，从而可以克服MBR工艺原有的一些弊端，如膜污染问题，因此加强MBR同其他处理工艺相结合方面的研究，找到更高效、成熟的MBR工艺，使其真正的应用于实际水处理，是未来MBR的发展趋势。
参 考 文 献
[1] 杨开基. MBR在污水处理中的应用研究[J]. 科技情报开发与经济,2010，20（24）：151
[2] 房蕾,郑骥. MBR技术的发展及应用[M]. 技术与工程应用,2010.
[3] 汪大翚,雷乐成. 水处理新技术及工程设计[M].北京化学工业出版社,2001.
[4] M·Tiranuntaku,l V·Jegatheesan, P·A·Schneider, H·L·Fracchia. Performance of an oxidation ditch retrofitted with a membrane bioreactor during the start-up, [J]·Desalination, 2005(183)
[5] 罗胜利,高永远等. 光催化氧化-MBR组合工艺在有机废水处理中的应用[J]. 工业用水与废水, 2010,6:17-19
[6] 刘婷,陈忠林,沈吉敏,王哲,俞文正. 臭氧预氧化/MBR工艺的膜污染研究[J]. 中国给水排水, 2011,27(7):37-38
[7] 李亮,阮晓磊,陈军,张艳芳,霍莹,张莹. 电絮凝-MBR组合工艺深度处理石化工业废水的研究[J]. 工业水处理, 2010, 30(4):59-60
关键词：膜生物反应器；组合工艺；污水处理；研究现状
Abstract: the membrane bioreactor (MBR) as a kind of new, more efficient sewage treatment method, a very broad application prospect and the research space. This article mainly introduced the MBR various combinations of of all kinds of wastewater treatment technology in the current status and the application prospect forecast analysis.
Keywords: membrane bioreactor; Combination process; Sewage treatment; Research status
中圖分类号：U664.9+2文献标识码：A 文章编号：
膜生物反应器（Membrane Bio-reactor，MBR）经过20年的发展，实际应用经验不断积累，MBR的各种组合形式相继出现。现阶段对于MBR组合工艺处理污水的应用较少，但因其处理后的出水悬浮物和浊度接近零，水质良好且稳定，成为优于单纯MBR技术新的研究热点。
MBR污水处理工作原理及特点
MBR是一种现代膜分离技术与生物技术有机结合的新型的水处理技术，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截留住，达到水净化的目的。MBR处理工艺的核心是中空纤维超滤膜和活性污泥处理系统，原理是利用反应器内的硝化细菌将水中的氨氮转化，以去除异味，同时利用好氧微生物降解水中的有机污染物质，最后，通过中空纤维膜进行高效固液分离。
MBR的主要特点：污泥负荷率高，去除率高，抗污泥膨胀能力较强；出水水质良好且稳定可靠，悬浮物几乎为零，可直接回用；反应器运行灵活稳定；污泥停留时间较长，剩余污泥大大减少；占地面积较少，易于自动化控制管理；脱氮脱磷效果较好；处理后的水细菌总数比较少，可达到饮用水标准，无须进行紫外线、臭氧消毒即可直接饮用。
MBR主要分类
按照不同的分类方法，MBR主要有以下的形式：
2.1按膜组件类型划分
按膜组件类型分为板式、管式和中空纤维式。其中中空纤维式的成本最低，但是湍流促进性能较差，易污染，应用于微滤、超滤、反渗透，可进行反冲洗；板式的成本较高，湍流促进性能较好，应用于超滤、反渗透，不可反冲洗；管式的成本最高，其湍流促进的效果最好，抗污染力强，应用于错流微滤、错流超滤、纳滤，不可反冲洗。
2.2按照膜材料划分
MBR组件中最重要的组成部分是膜组件，按照膜材料的不同，膜组件可以分为有机膜、无机膜、复合膜以及仿生膜。有机膜材料有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚砜（PS）、聚酰胺（PA）、聚偏氟乙烯（PVDF）等，价格较便宜，但易污损，目前市面上最常用的是PVDF和PE膜；无机膜有陶瓷膜等，使用寿命长，且能在恶劣的环境下工作，但价格较贵，目前市场应用较少；复合膜以及仿生膜是当前研究的重点，其具有优良的抗污染能力、低廉的价格优势，必将成为未来膜材料的发展方向。
2.3按生物反应器需氧性能划分
按生物反应器需氧性能分为好氧MBR和厌氧MBR。好氧MBR主要处理城市废水和生活污水；厌氧性MBR主要处理高浓度有机废水。
2.4按膜组件在MBR中所起作用划分
按膜组件在MBR中所起作用不同分为膜分离MBR、曝气式MBR、萃取式MBR。膜分离MBR用于固液的分离与截留，是现在应用最为广泛的一种方式；曝气式MBR的无泡曝气，适于有机负荷率高、高需氧量的废水处理；萃取式MBR用于高浓度无机物、高酸度或碱度、高浓度有毒物质的工业污水的处理。
2.5按膜组件与生物反应器的相对位置划分
按膜组件与生物反应器的相对位置分为分置式（又称错流式）MBR和一体式（又称浸没式）MBR，其中55%以上的工程应用一体式MBR。
MBR组合工艺在污水处理中的研究和应用
MBR最早是应用于污水的处理，虽然有着很好的处理效果，但是膜污染问题的存在一直限制MBR的大规模的开发应用。很多学者希望改进现有的MBR工艺来改变这一难题，一方面致力于新性能膜材料的开发，以期控制水处理过程中的膜污染；另一方面越来越多的学者着手研究MBR与其他工艺的结合，来解决膜污染带来的问题同时提高处理的效果。
MBR与序批式反应器(SBR)相结合
膜生物反应器MBR与序批式反应器SBR相结合而成的改良式序列间歇反应器(modified sequencing batch reactor，MSBR)是一种较为成熟的膜技术与具体工艺相结合的水处理方法。序批式活性污泥法工艺是由一组按一定顺序间歇操作运行的SBR反应器组成的。SBR工艺的一个完整的操作过程，即每个SBR反应器在处理废水时的流程分为5个阶段：进水、反应、沉淀、出水、闲置。其中的沉淀工序相当于传统活性污泥法中的二沉池，其沉淀期所需的时间应根据污水的类型及处理要求而具体确定，一般为1~2h。而将膜反应器引入SBR系统，膜片的过滤功能可以大大地缩短SBR流程，因为沉淀过程将被省去。而且其过滤功能可以对处理水进行进一步的净化。
微波强化Fenton氧化—MBR组合工艺
研究人员采用微波强化Fenton氧化—膜生物反应器组合工艺处理邻氨基苯甲酸废水。结果表明，该工艺可将进水COD 1800~2000 mg/L、邻氨基苯甲酸4.3~21.3 mg/L的生产废水处理至出水COD 63 mg/L、邻氨基苯甲酸0.24 mg/L。出水水质优于《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）一级排放标准。冲击负荷试验表明，当进水COD提高到2850 mg/L时，膜生物处理出水COD＜130 mg/L，冲击后在3 d内恢复正常。周期试验表明，反硝化对COD的去除和pH调节有重要作用，缺、好氧反应的时间对膜反应器的正常运行有重要影响。
MBR与高效生物反应器(HCR)相结合
HCR高效生物反应器(High Performance Compact Reactor)是由德国Clausthal工业大学物象传递研究所发明的一种高效生物反应器,其工艺原理为提高反应器的充氧能力和污泥活性来满足短时间内生物快速降解有机污染物的要求，从而实现提高生化反应效率，达到高效率的处理目的。
实验人员根据微生物的生理和水流形态不同，对HCR系统在与MBR结合后，各项系统特性的改变进行了研究。由内置的淹没式膜组件对系统带来的影响程度，可以用测量空气抽吸率，和整体氧转移系数来进行定量的评价。实验得出了以下结论：
（1）虽然MHCR系统中空气抽吸率有所下降，MHCR仍维持了与HCR相同的总氧气转移系数。因而在特定再循环率下显示出了比普通HCR系统更高的氧转移效率。而该系统具有的高有机负荷承载率，就是依靠高效的氧气传递,混合和湍流来实现的；
（2）更高的再循环率通常会带来更高的湍流度和反应器中的氧浓度，继而减轻了膜污染程度。然而当再循环率过高，会导致膜渗透率的迅速下降。这不只缘于胶体颗粒的减小，也因为胶体浓度和可溶性EPS (细胞外聚合物)浓度的增大。
MBR与粉末活性炭(PAC)的组合工艺(MBR/PAC)
研究人员采用膜生物反应器(MBR)与粉末活性炭(PAC)的組合工艺(MBR/PAC)处理微污染源水，考察了膜污染的机理与特征，探讨了控制膜污染的措施。结果表明：MBR/PAC工艺处理微污染源水时的膜污染发展速度较快；膜污染以滤饼层沉积和有机物膜孔污染为主，同时伴随着少量的无机物污染；膜固有阻力、滤饼层阻力、凝胶层与膜孔堵塞阻力分别占膜总阻力的15%、43%和42%。只用清水冲洗膜表面可使膜过滤性能恢复35.7% ~38.5%；而用0.3% ~0.5%的NaClO浸泡足够时间后，膜过滤性能基本得到恢复；在碱洗后增加稀酸清洗，可进一步提高清洗效果。
MBR与氧化沟工艺(OD)相结合
氧化沟(Oxidation Ditch，OD)是活性污泥法的一种改型，其曝气池呈封闭的沟渠型，污水和活性污泥的混合液在其中进行不断的循环运动。
研究人员对与MBR相结合后的氧化沟工艺的特性做了全面的研究。生活污水以86m3/d的流量进入改造后的系统，在系统启动阶段的60d内的检测数据显示：OD和MBR中的pH值维持在7.2~6.7。MBR中的溶解氧量稳定在7.8mg/L，而OD中则略有浮动。OD中的MLSS浓度稳定在1000mg/L左右，但是在该阶段内，MBR中的MLSS值由500mg/L逐渐增至2400mg/L。碳水化合物和蛋白质的量是由分析OD和MBR两个反应器内的混合液EPS (细胞外聚合物)浓度得来的。在OD中碳水化合物与蛋白质之比为4.5，而在MBR中这个比率则为5。虽然系统对氮、磷的去除效果的改善不明显，但整个系统对氨、COD和BOD的去除率分别为：100%、91.6%及97.0%,显示出了相当显著的处理能力。
光催化氧化－MBR组合工艺
实验人员将膜装置放在光催化氧化反应器前，可以降低水的色度和浊度，提高污水透光性，进而提升光催化氧化的处理效能，提高CODCr去除率，另外此研究中提出可选择将出水回流至MBR，以得到更好的处理效果。若将光催化氧化反应器放在膜反应器前，可以改善大部分废水的可生化性，提高m（BOD5）/m（CODCr）值，降低污水CODCr浓度，减小MBR的污泥生化负荷，达到联合处理生物难降解废水的目的。
臭氧预氧化/MBR组合工艺
研究人员以受污染地表水为处理对象，通过与单独膜生物反应器(MBR)工艺的对比，考察了臭氧预氧化/膜生物反应器(O3/MBR)工艺的除污效果及膜污染情况。两个系统均稳定运行了55d，其中预氧化工艺的臭氧投量为1.5 mg/L，臭氧反应柱的接触时间为15 min。结果表明，臭氧预氧化不仅能够有效提高对有机污染物的去除效率，而且显著降低了膜污染。
电絮凝-MBR组合工艺
研究人员采用采用电絮凝-MBR组合工艺处理石化废水生化二级出水，CODCr、石油类等污染物的去除率均在70%以上，BOD和氨氮的去除率均达到80%以上，其出水水质可达到中水回用的水质标准。
结论
我国水资源相对短缺，并且利用率不高，所以回用水工程显得尤为重要。并且随着社会的发展土地资源也越来越紧张，占地面积少、运行稳定的MBR工艺已成为目前污水处理、中水回用等领域研究的重点。将MBR工艺与一些其他的水处理工艺相结合就会产生全新的工艺，从而可以克服MBR工艺原有的一些弊端，如膜污染问题，因此加强MBR同其他处理工艺相结合方面的研究，找到更高效、成熟的MBR工艺，使其真正的应用于实际水处理，是未来MBR的发展趋势。
参 考 文 献
[1] 杨开基. MBR在污水处理中的应用研究[J]. 科技情报开发与经济,2010，20（24）：151
[2] 房蕾,郑骥. MBR技术的发展及应用[M]. 技术与工程应用,2010.
[3] 汪大翚,雷乐成. 水处理新技术及工程设计[M].北京化学工业出版社,2001.
[4] M·Tiranuntaku,l V·Jegatheesan, P·A·Schneider, H·L·Fracchia. Performance of an oxidation ditch retrofitted with a membrane bioreactor during the start-up, [J]·Desalination, 2005(183)
[5] 罗胜利,高永远等. 光催化氧化-MBR组合工艺在有机废水处理中的应用[J]. 工业用水与废水, 2010,6:17-19
[6] 刘婷,陈忠林,沈吉敏,王哲,俞文正. 臭氧预氧化/MBR工艺的膜污染研究[J]. 中国给水排水, 2011,27(7):37-38
[7] 李亮,阮晓磊,陈军,张艳芳,霍莹,张莹. 电絮凝-MBR组合工艺深度处理石化工业废水的研究[J]. 工业水处理, 2010, 30(4):59-60