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摘要：膜生物反应器技术（MBR）是膜分离技术和污水生物处理技术有机结合的产物，被普遍认为是性能稳定，效果良好，和极具发展潜力的污水处理技术。该技术的特点是以超、微滤膜分离过程取代传统活性污泥处理过程中的泥水重力沉降分离过程，由于采用膜分离，因此可以保持很高的生物相浓度和非常优异的出水效果。可有效去除水中的有机物与氨氮等污染物质。作为一种新型高效的水处理技术，发展日趋成熟，目前已经在欧美、日本等发达国家得到了大规模的应用。目前在建的南京城东污水处理厂三期就采用了此项技术，该工程处理水量为15万m3/d，污水处理采用MBR工艺，污泥处理采用机械浓缩脱水工艺。
关键词：MBR膜生物反应器;技术;应用
中图分类号： TE966 文献标识码： A
一、MBR生物膜反应器技术
随着水处理技术的发展，该工艺开始逐渐在水处理的环节中得到应用。膜生物反应器中通常采用的是微滤和超滤膜，其分离机理主要是筛分效应，类似于我们通常所指的过滤，但其又不完全相同，因膜结构的不同，截留作用大体可以分为机械截留、吸附截留及架桥作用等。
膜生物反应器（MBR）最大的特点便是用膜组建代替传统工艺中的二沉池进行固液分离以得到澄清的出水。然而，看似简单的一加一，其带来的效应却远远不止二。
MBR与传统活性污泥法相比有以下明显优势：
（1）污染物去除率高，出水水质好。MBR 既可以用于常规活性污泥法难以处理的高浓度、难降解有机工业废水处理，又可以用于生活污水和一般工业废水的净化。生活污水经膜生物反应器处理后可以做到肉眼观察与自来水无异，特别适合缺水地区作回用处理。
（2）负荷变化适应强，耐冲击负荷膜生物反应器由于膜的高效截留作用，实现了反应池内水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）的完全分离，即使进水量突然增大，整个反应器内部的生物性状也能保持在一个比较稳定的状态；同时，由于污泥浓度的提高，强化了活性污泥的吸附作用；而且，在膜的截留作用下，未被微生物降解的大颗粒污染物也不会随着出水排除，能够留在反应器内部慢慢处理，直到被分解后才透过膜排出。因此，膜生物反应器系统克服了当系统水力负荷和有机负荷发生变化时传统水处理工艺出现污泥膨胀等问题。
（3）污泥排放量小膜生物反应器水处理技术除了作为污水深度处理及资源化技术之外，还可以作为一种减少剩余污泥排放的重要技术途径。膜生物反应器的污泥排放量很小，甚至可以做到不产泥。反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄的情况下运行，完全可以实现较长周期内（如6月或者更长时间）不排泥或者排泥量很小，剩余污泥排放量很小，甚至不产泥。
（4）工艺流程短，系统设备简单紧凑，占地省。膜生物反应器无需在好氧污泥系统产生絮体以便之后二沉池的泥水分离，因此生物反应器内污泥浓度可以比传统工艺高许多，而生化反应速率又与反应物浓度有关。膜生物反应器处理生活污水时水力停留时间（HRT）可减至2h，生物反应池的容积可以大大减小，根据国外研究资料显示，相同规模的污水量，膜生物反应器在好氧池体积为传统处理工艺好氧池体积的三分之一。同时膜生物反应器省去了二沉池、滤池及污泥回流系统等辅助设备，甚至污泥处理设备及费用。几乎所有的MBR工艺都对病菌有较好的去除作用，出水中肠道病毒、总大肠杆菌、粪链球菌、粪大肠杆菌等都低于检测限，这表明如果MBR 出水直接排放或无余氯要求回用的话甚至可以省去消毒设施，因此膜生物反应器结构简单紧凑。
（5）易实现自动化控制，维护简单。膜生物反应器采用膜分离技术，做到了稳定的出水水质，同时省去了泥水分离设施，因此用微机可以很容易的实现膜生物反应器系统从进水到出水的全程自动化控制。
（6）系统启动速度快，水质可以很快达到处理要求。由于膜分离作用对污泥颗粒的完全截留，能够在曝气及营养物质的共同作用下迅速的提高系统内的污泥浓度，使整个膜生物反应器系统快速启动，水质可以很快达到处理要求。
MBR膜生物反应器工艺在实际工程中的应用
基于膜—生物反应器（MBR）工艺以上的特点和诸多优点，我公司施工的由中南市政工程设计院设计的南京城东污水处理厂三期工程采用了此项工艺。在我公司在施的污水处理厂中也尚属首次。南京城东污水处理厂的进出水水质及处理程度见下表：
项目 BOD5 CODcr SS NH3-N TN TP 粪大肠菌群数（个/L）
进水水质(mg/L) 150 350 250 45 50 5
出水水质(mg/L) 10 50 10 5(8) 15 0.5 1000
处理程度(%) 93.33 85.71 96.0 88.89(82.22) 70 90
注：括号内数字为水温≤12℃的数字。
由于南京城东三期的15万m3/d尾水全部用于南京市麒麟创新科技园的浇灌绿化、河道补水及河道换水。因此在城东一期、二期使用传统污泥法处理污水的基础上首次使用了生物膜分离技术，满足了污水处理水质的设计指标，使尾水水质得到了更进一步的改善。
该水厂共设计两座MBR池和消毒接触池，单座设计规模7.5万m3/d，每座MBR池分为多段强化脱氮改良型A2/O池及膜池。多段强化脱氮改良型A2/O池共两组，分别设置七个生物反应区:厌氧区(A区)、缺氧区1(A1区)、缺氧区2(A2区)、缺氧区3(A3区)、好氧区1(O1区)、好氧区2(O2区)。
膜池共分12格，每座膜池内均安装有大量膜组件，膜组件浸没在膜池的混合液中，膜组件出水口通过总管连接，并接入对应水泵的吸水口，靠水泵产生的真空抽吸力将膜池中的水经过滤膜壁吸入每根中空纤维膜的中心，汇集后排入滤后水干管，进入后续处理单元。全部污泥和绝大部分游离细菌被膜截留，实现泥水分离过程，被截留的活性污泥经过混合液回流泵回流到生化池，剩余污泥由泵输送至污泥脱水系统。 MBR膜区水力流程上分为两套独立系统运行，便于一组检修时，另一套正常工作。
为了保证正常的产水量和处理效果，膜组器在安装之前必须保证每组膜组器四个支腿处地面的水平度，允许偏差控制在10mm之内。且每格膜池内水平度一致，12格膜池膜组器支腿处标高相同，使每个膜组器具有有互换性。每个膜箱的膜面积1560m2，膜通量0.5～0.6m3/m2.d，在每格膜池都留有备用的两组膜组器，以便在检修等情况下确保正常生产。
膜池的另一端设出水堰，膜池内混合液通过该出水堰溢流至混合液回流池中，在该池内设置轴流泵，将混合液回流至好氧池中。
使用一段時间后，由于有机和无机物的堵塞，膜的渗透性会有所下降，这将导致膜过滤阻力的增加，从而使跨膜压差（TMP）增加。下列措施将控制膜污染，从而实现系统的长期、稳定运行：
正向空气扫洗；
间歇抽吸；
维护性清洗；
恢复清洗；
正向空气扫洗是指系统过滤时，系统配套的鼓风机同时开启，相应的控制阀门开启，鼓风机曝气对膜丝表面进行吹扫，以防止膜表面颗粒物质的大量沉积。
间歇抽吸是指膜的渗透抽吸泵连续运行一定时间（如7min），停止运行一定时间（如1min），而此时膜丝的正向空气扫洗鼓风机还在运行，在气泡形成剧烈的气水二相紊流的扰动下，膜丝获得足够强度的振动，这将使过滤时沉积在膜丝表面的小量颗粒物脱离膜表面，使膜表面的污染物得到清除。
通常要进行膜块的加药化学反冲，称作维护性清洗。当系统运行时，该自动反冲过程对每个膜池分别进行而无需操作人员投入。高强度、高化学抵抗力PVDF膜的发展，使这种的维护性在线清洗成为可能。而工艺自动化使清洗操作变得极为简单。维护性在线清洗(Clean-In-Place，CIP)工艺能被工程设计为自动操作程序，而不需要人工干涉。
随着膜技术的产业化以及膜在各行各业应用的扩大，今后MBR应用可能获得迅速发展的重点领域和方向：现有的城市污水处理厂的更新升级。特别是出水难以达标或处理流量剧增而占地面积无法扩大的情况。应用于有污水回用需求的地区和场所等，充分发挥膜生物反应器占地面积小、设备紧凑、自动控制、灵活方便的特点。
关键词：MBR膜生物反应器;技术;应用
中图分类号： TE966 文献标识码： A
一、MBR生物膜反应器技术
随着水处理技术的发展，该工艺开始逐渐在水处理的环节中得到应用。膜生物反应器中通常采用的是微滤和超滤膜，其分离机理主要是筛分效应，类似于我们通常所指的过滤，但其又不完全相同，因膜结构的不同，截留作用大体可以分为机械截留、吸附截留及架桥作用等。
膜生物反应器（MBR）最大的特点便是用膜组建代替传统工艺中的二沉池进行固液分离以得到澄清的出水。然而，看似简单的一加一，其带来的效应却远远不止二。
MBR与传统活性污泥法相比有以下明显优势：
（1）污染物去除率高，出水水质好。MBR 既可以用于常规活性污泥法难以处理的高浓度、难降解有机工业废水处理，又可以用于生活污水和一般工业废水的净化。生活污水经膜生物反应器处理后可以做到肉眼观察与自来水无异，特别适合缺水地区作回用处理。
（2）负荷变化适应强，耐冲击负荷膜生物反应器由于膜的高效截留作用，实现了反应池内水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）的完全分离，即使进水量突然增大，整个反应器内部的生物性状也能保持在一个比较稳定的状态；同时，由于污泥浓度的提高，强化了活性污泥的吸附作用；而且，在膜的截留作用下，未被微生物降解的大颗粒污染物也不会随着出水排除，能够留在反应器内部慢慢处理，直到被分解后才透过膜排出。因此，膜生物反应器系统克服了当系统水力负荷和有机负荷发生变化时传统水处理工艺出现污泥膨胀等问题。
（3）污泥排放量小膜生物反应器水处理技术除了作为污水深度处理及资源化技术之外，还可以作为一种减少剩余污泥排放的重要技术途径。膜生物反应器的污泥排放量很小，甚至可以做到不产泥。反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄的情况下运行，完全可以实现较长周期内（如6月或者更长时间）不排泥或者排泥量很小，剩余污泥排放量很小，甚至不产泥。
（4）工艺流程短，系统设备简单紧凑，占地省。膜生物反应器无需在好氧污泥系统产生絮体以便之后二沉池的泥水分离，因此生物反应器内污泥浓度可以比传统工艺高许多，而生化反应速率又与反应物浓度有关。膜生物反应器处理生活污水时水力停留时间（HRT）可减至2h，生物反应池的容积可以大大减小，根据国外研究资料显示，相同规模的污水量，膜生物反应器在好氧池体积为传统处理工艺好氧池体积的三分之一。同时膜生物反应器省去了二沉池、滤池及污泥回流系统等辅助设备，甚至污泥处理设备及费用。几乎所有的MBR工艺都对病菌有较好的去除作用，出水中肠道病毒、总大肠杆菌、粪链球菌、粪大肠杆菌等都低于检测限，这表明如果MBR 出水直接排放或无余氯要求回用的话甚至可以省去消毒设施，因此膜生物反应器结构简单紧凑。
（5）易实现自动化控制，维护简单。膜生物反应器采用膜分离技术，做到了稳定的出水水质，同时省去了泥水分离设施，因此用微机可以很容易的实现膜生物反应器系统从进水到出水的全程自动化控制。
（6）系统启动速度快，水质可以很快达到处理要求。由于膜分离作用对污泥颗粒的完全截留，能够在曝气及营养物质的共同作用下迅速的提高系统内的污泥浓度，使整个膜生物反应器系统快速启动，水质可以很快达到处理要求。
MBR膜生物反应器工艺在实际工程中的应用
基于膜—生物反应器（MBR）工艺以上的特点和诸多优点，我公司施工的由中南市政工程设计院设计的南京城东污水处理厂三期工程采用了此项工艺。在我公司在施的污水处理厂中也尚属首次。南京城东污水处理厂的进出水水质及处理程度见下表：
项目 BOD5 CODcr SS NH3-N TN TP 粪大肠菌群数（个/L）
进水水质(mg/L) 150 350 250 45 50 5
出水水质(mg/L) 10 50 10 5(8) 15 0.5 1000
处理程度(%) 93.33 85.71 96.0 88.89(82.22) 70 90
注：括号内数字为水温≤12℃的数字。
由于南京城东三期的15万m3/d尾水全部用于南京市麒麟创新科技园的浇灌绿化、河道补水及河道换水。因此在城东一期、二期使用传统污泥法处理污水的基础上首次使用了生物膜分离技术，满足了污水处理水质的设计指标，使尾水水质得到了更进一步的改善。
该水厂共设计两座MBR池和消毒接触池，单座设计规模7.5万m3/d，每座MBR池分为多段强化脱氮改良型A2/O池及膜池。多段强化脱氮改良型A2/O池共两组，分别设置七个生物反应区:厌氧区(A区)、缺氧区1(A1区)、缺氧区2(A2区)、缺氧区3(A3区)、好氧区1(O1区)、好氧区2(O2区)。
膜池共分12格，每座膜池内均安装有大量膜组件，膜组件浸没在膜池的混合液中，膜组件出水口通过总管连接，并接入对应水泵的吸水口，靠水泵产生的真空抽吸力将膜池中的水经过滤膜壁吸入每根中空纤维膜的中心，汇集后排入滤后水干管，进入后续处理单元。全部污泥和绝大部分游离细菌被膜截留，实现泥水分离过程，被截留的活性污泥经过混合液回流泵回流到生化池，剩余污泥由泵输送至污泥脱水系统。 MBR膜区水力流程上分为两套独立系统运行，便于一组检修时，另一套正常工作。
为了保证正常的产水量和处理效果，膜组器在安装之前必须保证每组膜组器四个支腿处地面的水平度，允许偏差控制在10mm之内。且每格膜池内水平度一致，12格膜池膜组器支腿处标高相同，使每个膜组器具有有互换性。每个膜箱的膜面积1560m2，膜通量0.5～0.6m3/m2.d，在每格膜池都留有备用的两组膜组器，以便在检修等情况下确保正常生产。
膜池的另一端设出水堰，膜池内混合液通过该出水堰溢流至混合液回流池中，在该池内设置轴流泵，将混合液回流至好氧池中。
使用一段時间后，由于有机和无机物的堵塞，膜的渗透性会有所下降，这将导致膜过滤阻力的增加，从而使跨膜压差（TMP）增加。下列措施将控制膜污染，从而实现系统的长期、稳定运行：
正向空气扫洗；
间歇抽吸；
维护性清洗；
恢复清洗；
正向空气扫洗是指系统过滤时，系统配套的鼓风机同时开启，相应的控制阀门开启，鼓风机曝气对膜丝表面进行吹扫，以防止膜表面颗粒物质的大量沉积。
间歇抽吸是指膜的渗透抽吸泵连续运行一定时间（如7min），停止运行一定时间（如1min），而此时膜丝的正向空气扫洗鼓风机还在运行，在气泡形成剧烈的气水二相紊流的扰动下，膜丝获得足够强度的振动，这将使过滤时沉积在膜丝表面的小量颗粒物脱离膜表面，使膜表面的污染物得到清除。
通常要进行膜块的加药化学反冲，称作维护性清洗。当系统运行时，该自动反冲过程对每个膜池分别进行而无需操作人员投入。高强度、高化学抵抗力PVDF膜的发展，使这种的维护性在线清洗成为可能。而工艺自动化使清洗操作变得极为简单。维护性在线清洗(Clean-In-Place，CIP)工艺能被工程设计为自动操作程序，而不需要人工干涉。
随着膜技术的产业化以及膜在各行各业应用的扩大，今后MBR应用可能获得迅速发展的重点领域和方向：现有的城市污水处理厂的更新升级。特别是出水难以达标或处理流量剧增而占地面积无法扩大的情况。应用于有污水回用需求的地区和场所等，充分发挥膜生物反应器占地面积小、设备紧凑、自动控制、灵活方便的特点。