mbr工藝研究現(xiàn)狀
80年代以來，膜生物反應(yīng)器愈來愈受到重視，成為研究的熱點之一。目前該技術(shù)己應(yīng)用于美國、德國、法國和埃及等十多個國家，規(guī)模從6m3／d至 13000m3／d不等。
國內(nèi)對mbr的研究大致可分為幾個方面：
（1）探索不同生物處理工藝與膜分離單元的組合形式，生物反應(yīng)處理工藝從活性污泥法擴展到接觸氧化法、生物膜法、活性污泥與生物膜相結(jié)合的復(fù)臺式工藝、兩相厭氧工藝；
（2）影響處理效果與膜污染的因素、機理及數(shù)學(xué)模型的研究，探求合適的操作條件與工藝參數(shù)，盡可能減輕膜污染，提高膜組件的處理能力和運行穩(wěn)定性；
（3）擴大mbr的應(yīng)用范圍，mbr的研究對象從生活污水擴展到高濃度有機廢水（食品廢水、啤酒廢水）與難降解工業(yè)廢水（石化污水、印染廢水等），但以生活污水的處理為主。
mbr工藝有哪些組成？
1.固液分離型膜
固液分離型膜--生物反應(yīng)器是在水處理領(lǐng)域中研究得廣泛深入的一類膜生物反應(yīng)器，是一種用膜分離過程取代傳統(tǒng)活性污泥法中二次沉淀池的水處理技術(shù)。
其通過膜組件將固體有機物回流至反應(yīng)器中，再將處理過的有機水排出。膜分離生物反應(yīng)器的類型可以根據(jù)膜組件與生物反應(yīng)器位置進行分類有一體式膜生物反應(yīng)器、分置式膜生物反應(yīng)器、復(fù)合式膜生物反應(yīng)器。
在傳統(tǒng)的廢水生物處理技術(shù)中，二次沉淀池中的泥水分離靠重力作用完成的，其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分離效率越高。
而污泥的沉降性取決于曝氣池的運行狀況，改善污泥沉降性必須嚴格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。
由于二沉池固液分離的要求，曝氣池的污泥不能維持較高濃度，一般在 1.5~3.5g/l左右，從而限制了生化反應(yīng)速率。
水力停留時間（hrt）與污泥齡（srt）相互依賴，提高容積負荷與降低污泥負荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運行過程中還產(chǎn)生了大量的剩余污泥，其處置費用占污水處理廠運行費用的25% ～40% 。
針對上述問題：
mbr將分離工程中的膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)廢水生物處理技術(shù)有機結(jié)合，大大提高了固液分離效率；
并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中菌（特別是優(yōu)勢菌群）的出現(xiàn)，提高了生化反應(yīng)速率；
同時，通過降低f/m比減少剩余污泥產(chǎn)生量（甚至為0），從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的許多突出問題。
1.曝氣膜
曝氣膜--生物反應(yīng)器（ambr）采用透氣性致密膜（如硅橡膠膜）或微孔膜（如疏水性聚合膜），以板式或中空纖維式組件，在保持氣體分壓低于泡點（ bubble point）情況下，可實現(xiàn)向生物反應(yīng)器的無泡曝氣。
該工藝的特點是提高了接觸時間和傳氧效率，有利于曝氣工藝的控制，不受傳統(tǒng)曝氣中氣泡大小和停留時間的因素的影響。
2.萃取膜
萃取膜生物反應(yīng)器，又稱為embr（extractive membrane bioreactor）。
因為高酸堿度或?qū)ι镉卸疚镔|(zhì)的存在，某些工業(yè)廢水不宜采用與微生物直接接觸的方法處理；
當廢水中含揮發(fā)性有毒物質(zhì)時，若采用傳統(tǒng)的好氧生物處理過程，污染物容易隨曝氣氣流揮發(fā)，發(fā)生氣象，不僅處理效果很不穩(wěn)定，還會造成大氣污染。
為了解決這些技術(shù)難題，英國學(xué)者livingston研究開發(fā)了emb。廢水與活性污泥被膜隔開來，廢水在膜內(nèi)流動，而含某種專性細菌的活性污泥在膜外流動，廢水與微生物不直接接觸，有機污染物可以通過選擇性透過膜被另一側(cè)的微生物降解。
由于萃取膜兩側(cè)的生物反應(yīng)器單元和廢水循環(huán)單元是各自獨立，各單元水流相互影響不大，生物反應(yīng)器中營養(yǎng)物質(zhì)和微生物生存條件不受廢水水質(zhì)的影響，使水處理效果穩(wěn)定。
mbr工藝集合
根據(jù)膜組件和生物反應(yīng)器的組合方式，可將膜--生物反應(yīng)器分為分置式、一體式以及復(fù)合式三種基本類型。（以下討論的均為固液分離型膜--生物反應(yīng)器）
1.分置式
把膜組件和生物反應(yīng)器分開設(shè)置。
生物反應(yīng)器中的混合液經(jīng)循環(huán)泵增壓后打至膜組件的過濾端，在壓力作用下混合液中的液體透過膜，成為系統(tǒng)處理水；固形物、大分子物質(zhì)等則被膜截留，隨濃縮液回流到生物反應(yīng)器內(nèi)。
2.一體式
把膜組件置于生物反應(yīng)器內(nèi)部。進水進入膜--生物反應(yīng)器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在外壓作用下由膜過濾出水。
這種形式的膜--生物反應(yīng)器由于省去了混合液循環(huán)系統(tǒng)，并且靠抽吸出水，能耗相對較低；占地較分置式更為緊湊，近年來在水處理領(lǐng)域受到了特別關(guān)注。
但是一般膜通量相對較低，容易發(fā)生膜污染，膜污染后不容易清洗和更換。
3.復(fù)合式
形式上也屬于一體式膜--生物反應(yīng)器，所不同的是在生物反應(yīng)器內(nèi)加裝填料，從而形成復(fù)合式膜--生物反應(yīng)器，改變了反應(yīng)器的某些性狀。
4.mbr組合工藝
為了使廢水達到更好的凈化效果，常常將a2o工藝和mbr工藝組合成新的系統(tǒng)。
（1）ao-mbr工藝
在ao-mbr系統(tǒng)中，被隔除了懸浮物和雜物的廢水流入調(diào)節(jié)池，均衡水質(zhì)水量，然后進入沉淀池進行固液分離。
上流清夜流入mbr處理池，mbr處理池設(shè)計為ao系統(tǒng)：在前段，進段的會流水充分混合進行生物反硝化脫氮，在后段進行生物降解和硝化，同時加堿，處理后的廢水直接排放。
（2）a2o-mbr工藝
在該工藝中設(shè)置有兩段回流，一段是膜池的混合液回流至缺氧池實現(xiàn)反硝化脫氮，另一段是缺氧池的混合液回流至厭氧池，實現(xiàn)厭氧釋磷。傳統(tǒng)的生物脫氮工藝通常采用前置反硝化或后置反硝化來實現(xiàn)氮的去除，而設(shè)置了厭氧、缺氧和好氧反應(yīng)器的a2o工藝則可以實現(xiàn)同步除碳和脫氮除磷功能。
a2o-mbr工藝中高濃度的mlss、獨立控制的水力停留時間和污泥停留時間、回流比及污泥負荷率等都會產(chǎn)生與傳統(tǒng)a2o工藝不同的影響，具有較好的脫氮除磷效率。由a2o工藝與膜分離技術(shù)結(jié)合而成的具有同步脫氮除磷功能的a2o-mbr工藝，可進一步拓展mbr的應(yīng)用范疇。
（3）a2o/a-mbr工藝
a2o/a-mbr工藝是一種強化內(nèi)源反硝化的新型工藝，該工藝利用mbr內(nèi)高濃度活性污泥和生物多樣性來強化脫氮除磷效果，工藝流程依次為厭氧、缺氧、好氧、缺氧和膜池。a2o/a-mbr工藝是針對進水碳源不足，而同時又有較高脫氮要求的污水處理項目所開發(fā)，也是強化脫氮的mbr脫氮處磷工藝。
該工藝在普通a2o工藝后再設(shè)一級缺氧池，在利用進水快速碳源完成生物除磷和脫氮后，再利用第二缺氧池進行內(nèi)源反硝化，進一步去除tn，之后，再利用膜池的好氧曝氣作用保障出水。
（4）3a-mbr工藝
該工藝的內(nèi)部流程依次是缺氧池、厭氧池、第二缺氧池、好氧池和膜池，膜池混合液分別回流至缺氧池和第二缺氧池。3a-mbr工藝合理地組合了有機物降解和脫氮除磷等各處理單元，協(xié)調(diào)了各種生物降解功能的發(fā)揮，達到了同步去除各污染指標的目的，具有較高的推廣應(yīng)用價值。
3a-mbr是依據(jù)生物脫氮除磷機理，結(jié)合膜生物反應(yīng)器技術(shù)特點而形成的具有高效脫氮除磷性能的新型污水處理工藝。其基本原理是，膜生物反應(yīng)器內(nèi)的高濃度硝化液和高濃度活性污泥經(jīng)過回流系統(tǒng)形成良好的缺氧、厭氧條件，實現(xiàn)系統(tǒng)的高效脫氮除磷。
缺氧池利用進水碳源和回流硝化液進行快速反硝化，接著混合液進入?yún)捬醭剡M行厭氧釋磷，減少了硝酸鹽對釋磷的影響，第二缺氧池再利用污水中剩余的碳源和回流的硝化液進一步反硝化脫氮，好氧池內(nèi)同步發(fā)生有機物降解、好氧釋磷和好氧硝化等多種反應(yīng)，去除污水中的污染物，混合液再a經(jīng)膜過濾出水，實現(xiàn)了對污水中有機物和氮磷的去除。
（5）a(2a)o-mbr工藝
生物脫氮所用碳源一般有3類：原水碳源、外加碳源和內(nèi)源碳源。利用原水碳源的前置反硝化工藝一般總氮去除率不高，如果要進一步提高脫氮效率，則需要外加碳源進行反硝化。
a(2a)ombr工藝生物池兩段缺氧的設(shè)計正是借鑒了這個原理。生物反硝化需要有機碳源作為電子供體，用于產(chǎn)能和細胞合成。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)污泥中含有的碳水化合物(50.2%)、蛋白質(zhì)(26.7%)、脂肪(20.0%)均屬于慢速可生物降解碳源，如果將這些物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物降解碳源用于脫氮系統(tǒng)。
a(2a)o-mbr工藝是兩段缺氧a2o工藝與mbr工藝的結(jié)合，其特點是在傳統(tǒng)的a2o工藝中設(shè)置了兩段缺氧區(qū)（缺氧區(qū)ⅰ和缺氧區(qū)ⅱ），在缺氧區(qū)內(nèi)從好氧區(qū)回流的no3-被還原，實現(xiàn)反硝化；而在第二缺氧區(qū)內(nèi)實現(xiàn)內(nèi)源反硝化，節(jié)省外加碳源的投加，則可大大提高污水的生物脫氮效率，同時避免了外加碳源，節(jié)約運行費用，因此具有很高的價值。
（6）sbr-mbr工藝
該工藝集進水、厭氧、好氧、沉淀于一池，不但可以為實現(xiàn)生物脫氮除磷提供條件，還可以靈活變換運行方式以適應(yīng)不同類型污水的處理要求，便于自動控制等。
此外，sbr式的工作方式為除磷菌的生長創(chuàng)造了條件，同時也滿足了脫氮的需要，使得單一反應(yīng)器內(nèi)實現(xiàn)同時高效去除氮磷及有機物成為可能。與傳統(tǒng)sbr系統(tǒng)相比，sbr-mbr在反應(yīng)階段利用膜分離排水，可以減少傳統(tǒng)sbr的循環(huán)時間。
將sbr與mbr相結(jié)合形成的sbr-mbr工藝，除了具有一般mbr的優(yōu)點外，對于膜組件本身和sbr工藝兩種程序運行都互有幫助。
序批式反應(yīng)器（sbr）作為一種改良型的活性污泥處理工藝，利用時間上的推流代替空間上的推流，即以時間換空間的概念。
由于膜組件的截留過濾作用，反應(yīng)中的微生物能限度地增長，利于世代時間較長的硝化及亞硝化細菌的生長繁殖，因此，污泥的生物活性高，吸附和降解有機物的能力較強，同時也具有較好的硝化能力。同時，序批式的運行方式可以延緩膜污染。