膜生物反應(yīng)器(Membrance Bioreacter,MBR)是將膜分離技術(shù)和生物反應(yīng)器的生物降解作用集于一體的生物化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)。膜分離技術(shù)是污水處理領(lǐng)域中常用的物理處理技術(shù)，其機(jī)理主要是篩分效應(yīng)，根據(jù)不同的膜表面孔徑大小，可以分為過濾、微濾(MF)、超濾(UF)及納濾(NF)等。膜生物反應(yīng)器中通常采用的是微濾和超濾膜，其分離機(jī)理主要是篩分效應(yīng)，因膜結(jié)構(gòu)的不同，截留作用大體可以分為機(jī)械截留、吸附截留及架橋作用等。傳統(tǒng)的活性污泥法處理流程包括格柵、沉砂池、初沉池、生物反應(yīng)池、二沉池及消毒池。其中格柵、沉砂及初沉都是為了去除進(jìn)水中的雜質(zhì)及較大的顆粒，為之后的生物反應(yīng)做好鋪墊。而污水中絕大部分的有機(jī)污染物，包括COD、BOD，及氮磷等物質(zhì)都將通過池內(nèi)微生物自身的新陳代謝過程中得到消耗和降解，而為保證生物反應(yīng)池的處理效率，對于活性污泥的濃度和狀態(tài)都有一定的要求。生物反應(yīng)池出水中還含有大量的微生物，因此需要流入二沉池進(jìn)行泥水分離，使出水澄清，并將沉淀下來的污泥回流或處置，二沉池出水經(jīng)消毒后達(dá)標(biāo)排放。而膜生物反應(yīng)器的介入點(diǎn)便是用超濾或微濾膜組件替代傳統(tǒng)活性污泥法中的二沉池實(shí)現(xiàn)泥水分離。該工藝具有處理能力強(qiáng)、固液分離效率高、出水水質(zhì)好、占地空間小、運(yùn)行管理簡單等特點(diǎn)。目前，MBR工藝技術(shù)處理生活污水和工業(yè)廢水已突顯成效。膜組件是MBR的核心部分，目前工程化應(yīng)用中主要采用中空纖維膜組件和平板膜組件。平板膜與中空纖維膜具有不同的特點(diǎn)，適用范圍也有區(qū)別，平板膜具有水力學(xué)條件易于控制、通量高、抗污染能力強(qiáng)和清洗更換方便等特點(diǎn)，能夠在更高污泥濃度條件下保持高通量穩(wěn)定運(yùn)行;中空纖維具有裝填密度大、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。截止2006年，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)在世界范圍內(nèi)運(yùn)行的MBR達(dá)2259套，其中平板膜生物反應(yīng)器的比例占到了68%。然而，在中國平板膜生物反應(yīng)器的工程化應(yīng)用程度還很低，明顯滯后于中空纖維膜生物反應(yīng)器。

  1、MBR與傳統(tǒng)活性污泥法工藝(CAS)相比有以下明顯優(yōu)勢：

  (1)污染物去除率高，出水水質(zhì)好

  MBR既可以用于高濃度、難降解有機(jī)工業(yè)廢水處理，又可以用于生活污水和一般工業(yè)廢水的凈化。在MBR中，由于膜組件對于反應(yīng)池中的微生物，尤其是對于世代周期較長的硝化反硝化菌種，及存在于小污泥顆粒中的微生物具有相當(dāng)好的截留作用;同樣由于膜的存在，MBR體系中活性污泥可以高達(dá)(MLSS)8000-15000mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)活性污泥法(約3000-4000mg/L)，對污染物去除效率高，處理出水水質(zhì)好，不僅對懸浮物(SS)、有機(jī)物去除效率高，出水的懸浮物(SS)和濁度可以接近零，而且可以去除細(xì)菌、病毒等可以作為污水深度處理及資源化技術(shù)。基于其高效的生物反應(yīng)，及膜本身良好的分離截留作用，通常膜生物反應(yīng)器的COD、BOD、和SS的去除率分別可達(dá)到95%、98%、99%，膜生物反應(yīng)器的出水可以作為中水直接回用。

  (2)負(fù)荷變化適應(yīng)強(qiáng)，耐沖擊負(fù)荷

  膜生物反應(yīng)器由于膜的高效截留作用，可以完全截留活性污泥，使得反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度很高，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器內(nèi)水力停留時(shí)間(HRT)和污泥停留時(shí)間(SRT)的完全分離，即使進(jìn)水量突然增大，整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)部的生物性狀也能保持在一個(gè)比較穩(wěn)定的狀態(tài);同時(shí)，由于污泥濃度的提高，強(qiáng)化了活性污泥的吸附作用;而且，在膜的截留作用下，來不及被生物降解的污染物也不會隨著出水排除?；谝陨蠋c(diǎn)，整個(gè)反應(yīng)器運(yùn)行控制將會更加靈活穩(wěn)定。因此，膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)克服了當(dāng)系統(tǒng)水力負(fù)荷和有機(jī)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)傳統(tǒng)水處理工藝出現(xiàn)污泥膨脹等問題。

  (3)污泥排放量小

  膜生物反應(yīng)器水處理技術(shù)除了作為污水深度處理及資源化技術(shù)之外，還可以作為一種污泥減量的重要技術(shù)和避免常規(guī)污水廠大量剩余污泥處置難題的一種有效手段。膜生物反應(yīng)器的污泥排放量很小，甚至可以做到不產(chǎn)泥。污泥自降解和污泥水解可降低傳統(tǒng)水處理系統(tǒng)的效率，但對膜生物反應(yīng)系統(tǒng)卻非常有益。傳統(tǒng)的活性污泥法通常采用的是穩(wěn)定期末尾至衰亡期初始時(shí)的活性污泥，而由于膜生物反應(yīng)器中的高污泥濃度，有機(jī)物被大量消耗，同時(shí)會有相當(dāng)一部分處于衰亡期的微生物依靠自身的內(nèi)源呼吸進(jìn)行代謝分解，在保持出水污染物低濃度的同時(shí)，消耗了污泥生長過程中的剩余量。膜分離使得污水中的大分子難降解物質(zhì)，在體積有限的膜生物反應(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，大大提高了難降解物質(zhì)的降解效率。反應(yīng)器在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷、長泥齡的情況下運(yùn)行，完全可以實(shí)現(xiàn)較長周期內(nèi)(如6月或者更長時(shí)間)不排泥或者排泥量很小，剩余污泥排放量很小，甚至不產(chǎn)泥。

  (4)工藝流程短，系統(tǒng)設(shè)備簡單緊湊，占地省

  由于膜生物反應(yīng)器無需在好氧污泥系統(tǒng)產(chǎn)生絮體以便之后二沉池的泥水分離，因此生物反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度可以比傳統(tǒng)工藝高許多，而生化反應(yīng)速率又與反應(yīng)物濃度有關(guān)。反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)速率越大，因此膜生物反應(yīng)器的容積負(fù)荷可高達(dá)5kgCOD/(m3d)，而傳統(tǒng)工藝通常只有0.4～0.9kgBOD/(m3d)，處理生活污水時(shí)水力停留時(shí)間(HRT)可減至2h，生物反應(yīng)池的容積可以大大減小，根據(jù)國外研究資料顯示，相同規(guī)模的污水量，膜生物反應(yīng)器好氧池體積為傳統(tǒng)處理工藝好氧池體積的三分之一。同時(shí)膜生物反應(yīng)器省去了二沉池、濾池及污泥回流系統(tǒng)等輔助設(shè)備，甚至污泥處理設(shè)備及費(fèi)用。幾乎所有的MBR工藝都對病菌有較好的去除作用，出水中腸道病毒、總大腸桿菌、糞鏈球菌、糞大腸桿菌等都低于檢測限，這表明如果MBR出水直接排放或無余氯要求回用的話甚至可以省去消毒設(shè)施，因此膜生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單緊湊。

  (5)易實(shí)現(xiàn)自動化控制，維護(hù)簡單，節(jié)省人力

  在傳統(tǒng)活性污泥法中，由于運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)波動和不穩(wěn)定，為了確保良好的出水水質(zhì)，必須對運(yùn)行管理投入大量的人力、財(cái)力和物力。而膜生物反應(yīng)器采用膜分離技術(shù)，做到了穩(wěn)定的出水水質(zhì)，同時(shí)省去了泥水分離設(shè)施，因此用微機(jī)可以很容易的實(shí)現(xiàn)膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)從進(jìn)水到出水的全程自動化控制。

  (6)系統(tǒng)啟動速度快，水質(zhì)可以很快達(dá)到處理要求

  由于可以很好的保持水中的污泥濃度，在反應(yīng)池啟動期，不同于傳統(tǒng)曝氣池需要通過沉淀排除上清液來提高污泥濃度。由于膜分離作用對污泥顆粒的完全截留，能夠在曝氣及營養(yǎng)物質(zhì)的共同作用下迅速的提高系統(tǒng)內(nèi)的污泥濃度，使整個(gè)膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)快速啟動，水質(zhì)可以很快達(dá)到處理要求。

  2、平板MBR與中空纖維MBR相比又具有以下明顯優(yōu)勢：

  (1)更好的抗污染性能

  相比中空纖維膜生物反應(yīng)器，平板膜生物反應(yīng)器可以在更高的活性污泥濃度下保持高通量的穩(wěn)定運(yùn)行。在實(shí)際使用的過程中，盡管預(yù)處理設(shè)施中會有格柵，除毛機(jī)等設(shè)備，但好氧池中還難免進(jìn)入一些諸如毛發(fā)之類的物體，這些絲狀物纏繞在膜絲上，當(dāng)污泥濃度達(dá)到一定程度，就會出現(xiàn)泥坨，使越來越多的膜絲纏繞在一起，大大減少了中空纖維絲的有效膜面積，引起膜通量的急劇下降，而且此類問題也很難修復(fù)，通常只能更換。平板膜生物反應(yīng)器的適用活性污泥濃度(MLSS)范圍在10000-15000mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中空纖維膜生反應(yīng)器(約6000mg/L左右)，平板膜的特殊結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)膜片之間間隙可控，便于氣液混流對膜面進(jìn)行在線清洗，抗污染性能優(yōu)越。此外，平板膜生物反應(yīng)器可以通過調(diào)節(jié)組件底部的曝氣強(qiáng)度，通過氣水混合物在膜片表面的沖刷作用，很好的清除膜表面的附著物，即便是由于某種不可知因素在膜表面產(chǎn)生了淤積的情況，也可以將膜片取出，通過低壓水槍沖洗的方法去除，使得膜能長期有效的運(yùn)行，而中空纖維則不可能通過這種方法清洗。

  (2)良好的機(jī)械穩(wěn)定性、無斷絲現(xiàn)象

  在實(shí)際使用過程中，中空纖維膜組件不可避免的會發(fā)生斷絲現(xiàn)象，其中包括兩種原因，一是由于紡絲過程中的缺陷導(dǎo)致的壁厚不均勻，當(dāng)然這種情況比較少發(fā)生，且可以通過購買優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品等手段進(jìn)一步避免;二是紡絲材料疲勞引起的根部斷裂，我們知道由于曝氣的原因，中空纖維在工作狀態(tài)下始終會處于幅度較大的振動現(xiàn)象，長此以往會在其根部引起材料的疲勞，而由于這種材料疲勞所導(dǎo)致的斷絲一旦發(fā)生，往往是規(guī)模性的，而這對于膜生物反應(yīng)器來說，傷害是致命的，使得出水水質(zhì)變差。而平板膜的材料強(qiáng)度比中空纖維高出許多，根本不會出現(xiàn)類似的現(xiàn)象，能完全保證優(yōu)質(zhì)的出水水質(zhì)。

  (3)清洗方法更加便捷，清洗周期更長。

  平板膜生物反應(yīng)器可通過控制組件底部的曝氣系統(tǒng)的曝氣量，對膜片進(jìn)行有效的水力沖刷，在運(yùn)行過程中就對膜表面的污染起到控制作用，而平板膜組件的化學(xué)清洗(在線清洗)也更加簡單，只需要把調(diào)配好的藥劑從抽吸口回灌入膜片中，浸泡一段時(shí)間即可，不像中空纖維膜組件，需頻繁地將膜組件取出進(jìn)行反沖洗。同時(shí)，相對于中空纖維-膜生物反應(yīng)器，平板膜生物反應(yīng)器的清洗周期更長，清洗周期可達(dá)3個(gè)月以上，且如果工作壓力始終處于比較低的狀態(tài)，甚至可以不清洗。平板膜組件還可以通過物理清洗的方法使膜通量得到恢復(fù)，而這對于中空纖維膜幾乎是不可能的。

  (4)壽命長，運(yùn)行費(fèi)用低

  據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在市場上的中空纖維膜平均壽命為2年左右，意味著2年就會有很大的膜更換率。而市場上平板膜的平均壽命都在5-7年，不需頻繁的更換膜片，相對來說運(yùn)行費(fèi)用大大降低，且保證了良好的運(yùn)行狀況。平板膜具有高強(qiáng)度的支撐體，膜損傷程度低，更換率低;同時(shí)平板膜可以實(shí)現(xiàn)單張更換，更換成本也相對降低。

  (5)膜片更換過程簡單

  由于平板膜組件獨(dú)特的設(shè)計(jì)，使得在膜片損壞更換過程中，膜片可單張更換，無需更換支架。而中間纖維膜絲斷絲達(dá)到一定數(shù)量，整個(gè)組件就報(bào)廢，需更換整個(gè)膜組件，費(fèi)用就將大大增加。

  3、上海斯納普膜分離科技有限公司(SINAP)簡介

    上海斯納普膜分離科技有限公司（ 簡稱SINAP ）是上海市高新技術(shù)企業(yè)，中國膜工業(yè)協(xié)會常務(wù)理事單位，平板膜專業(yè)制造商。斯納普平板膜在市政污水、印染皮革廢水、食品廢水、鋼廠乳化液、煤化工廢水、造紙廢水處理等方面得到應(yīng)用，部分替代了進(jìn)口。