膜生物反应器的发展及应用

前言

膜生物反应器（MBR）是一种相对新型的污水处理

技术。膜生物反应器中的膜组件能将污水中所有的生物

菌种截留在反应器内，在长泥龄和高悬浮固体浓度下处

理废水中的有机物质。MBR技术主要应用于城市污水

的处理、净化、回收，还可以联合其它方法处理特殊行

业的高浓度有机废水，其处理后的出水悬浮物和浊度接

近零，水质良好且稳定。MBR技术因其具有能够自动

控制、操作管理方便、对旧工艺改造简单等优点，已在

全球多个国家、多个城市、多个水处理领域广泛应用。

1 MBR的主要类型

MBR技术已发展了近20年的时间，随着科学技术的进

步，MBR实际应用经验的积累，MBR组件的形式不断变化。按照不同的分类方法，MBR主要有以下的形式：

（1）按照膜材料不同划分

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）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性MBR和厌氧性

MBR。好氧性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。

（3）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。目前采用这些膜组件的主要提供厂商如下，中空纤维式：三

菱丽阳（Mitsubishi Rayon）、GE、Zenon和Siemens Memcor 等；平板式：久保田（Kubota）、东丽（Toray）和Huber

等；管式：NORIT X-FLOW、Berghof等。

（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。

（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。

2 MBR膜的污染及清洗

MBR处理工艺拥有占地面积小、处理效果好、利于

对旧工艺改造等众多优点，但是同其它膜一样，无法避

免膜污染问题。当污水过滤污泥的浓度达8~18g/L时，

膜很容易被污染，膜污染的问题已成为限制MBR快速发

展的重要因素。通常来说，一体式和分置式膜生物反应

器有其各自最佳的生物反应器和膜组合形式，当生物填

料的体积较大时，一体式膜生物反应器的膜污染最重，

复合式膜生物反应器次之，活性污泥膜生物反应器的膜

污染最轻。

总体来说，膜的污染分为三种类型：无机污染、浓

差极化污染以及生物污染。这三种膜污染的形式在废水

处理过程中都无法避免，只能通过控制废水处理过程，

减缓污染程度以延长膜清洗周期。

膜的清洗方式有多种，一般可分为物理清洗和化学

清洗。物理清洗包括反冲洗和膜松弛。反冲洗是液流反

向流动，膜松弛时停止过滤，用空气不断冲刷滤膜，很

多时候反冲洗和膜松弛结合使用。物理法主要包括水外

洗、水反冲洗、空气反吹、空曝气等。化学清洗主要采

用无机或有机酸、氢氧化钠、次氯酸钠对MBR膜原位清洗，也可加入一定的低浓度化学清洗剂。

3 MBR的应用

3.1 生活污水的处理

MBR处理技术最早应用于生活污水的处理，国内外

已有成熟的工程技术经验。

久保田公司和泽能公司

[1]

是目前世界上占有城市

污水处理工程市场份额最大的企业。久保田平板膜

技术在世界多个国家已有成功的工程项目。如柏林

的CoiLL Dubh污水厂，2004年建成MBR处理工艺并

运行至今。其设计污水处理量为50m

3

/h，总膜通量

约为27LMH，出水水质BOD<5mg/L、SS<5mg/L、

NH

3

-N<0.5mg/L、TP<0.05mg/L，出水水质稳定。泽能公

司的中空纤维膜MBR技术，在污水处理领域拥有成熟的

技术经验，其在意大利布雷西亚污水厂的MBR设计处理

量达到42,000m

3

/d，HRT为7~8h，SRT为17d，污泥保持

浓度8~10mg/L，从运行至今，MBR系统未出现任何差错。东丽公司MBR目前在全世界大约有25项正在运行的工程，其中3项的日处理量为500m

3

/d。如其2006年在比

利时建成的MBR平板膜生活污水处理装置，处理量已达

到2400m

3

/d，并且从建成至今，运行稳定。

我国MBR技术处理生活污水已有众多工程实例。北

京市密云县再生水厂处理采用MBR技术，使用中空纤维

膜组件和模块化设计与安装，运行全部实现自动控制。

密云县再生水厂设计规模4.5万m

3

/d（现运行3万m

3

/d），处

理成本0.67元/t，目前出水COD<30mg/L、BOD<4.8mg/L、NH

3

-N<0.28mg/L、SS<6mg/L、TP<0.06mg/L，出水水质

良好。

常颖

[2]

等人研究了复合式膜生物反应器（HMBR）

工艺对小区生活污水进行处理和回用，工艺设计的特点

为通过曝气对水流的循环作用实现膜表面截留的污泥与

硝化液的自动回流，简化A/O系统的运行。杨娜

[3]

等研

究了复合淹没式MBR深度处理生活污水，工艺的特点是

实现了固体停留时间与水力停留时间的分离，减少了剩

余污泥的产量，解决了传统工艺中二者关联的问题。汪

传新

[4]

等使用改良的MBR技术处理高氨氮生活污水并对

其做了回用的中试研究，工艺的特点是在常规MBR的基

础上增加水解区及泥水回流装置，并将其用于处理高氨

氮生活污水。以上MBR技术处理生活污水其出水水质均