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膜生物反应器（Membrane bio-reactor，简称MBR）是将膜分离装置和生物反应器结合而成的一种污水处理系统。
1、膜生物反应器的基本原理与特点
传统活性污泥法一般采用重力式沉淀池作为固液分离部分，这就使曝气池内混合液的污泥深度不能太高，限制了活性污泥反应的容积负荷，而且不可避免地会有污泥流失，出水中含有较多悬浮物。膜生物反应器中，以膜组件取代传统生物处理技术末端二沉池，泥水混合液通过膜设备，在压差作用下，清水被分离出来，微生物被截留并回流到反应器，反应器中保持高活性污泥浓度，提高生物处理有机负荷，从而减少污水处理设施占地面积，并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量。
膜生物反应器的优点：
在膜生物反应器中，由于用超滤膜组件用途代替传统活性污泥工艺中的二沉池，可以进行高效的固液分离，克服了传统活性污泥工艺中出水水质不够稳定、污泥容易膨胀等不足，从而具有下列优点：
(1)能高效地进行固液分离，出水水质良好且稳定，可以直接回用;
(2)由于膜的高效截留作用，可使微生物完全截留在生物反应器内,使运行控制更加灵活稳定;
(3)生物反应器内能维持高浓度的微生物量，处理装置容积负荷高，占地面积省;
(4)有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留和生长，系统硝化效率得以提高。
(5)膜-生物反应器一般都在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低，降低了污泥处理费用;
(6)易于实现自动控制，操作管理方便。
膜生物反应器的缺点：
（1）膜堵塞和膜污染问题很难彻底解决是膜生物反应器广泛应用的主要障碍。活性污泥中的纤维、杂物、一些大分子物质、金属离子、微生物胞外聚合物等都可能造成膜堵塞和膜的污染。目前膜堵塞和膜污染都还没有办法彻底解决，只能采用膜清洗的方法来缓解，但不能完全恢复膜的通量。
（2）造价高 膜材料价格，特别是用于生活和工业污水处理的抗污染膜的价格很高，从而导致膜生物反应器工艺造价偏高。
（3）运行成本高 膜生物反应器的运行成本主要体现在膜维护和更换的费用以及能耗两方面。为了保持膜的通量，要经常对膜进行清洗，消耗化学药剂，并且由于膜污染和机械损坏等问题，膜的寿命一般不超过3～5年，甚至更短，造成膜更换频繁，增加水处理的平均成本；动力费用主要是为了保证膜表面错流流速和过滤压力的动能消耗、污泥回流以及曝气设备的能耗。
2、膜生物反应器的分类
膜生物反应器主要由膜组件、泵和生物反应器三部分组成。生物反应器是污染物降解的主要场所，膜组件中的膜根据膜材料化学组成的不同可分为有机膜和无机膜，根据膜孔径大小的不同可分为微滤膜和超滤膜，按膜的形状的不同可分为平板膜、管式膜和中空纤维膜。泵是系统运行的动力来源，根据泵与膜组件的相对位置不同可分为加压泵和抽吸泵。
（1）根据膜组件所起作用分类
根据膜组件所起作用不同，通常将MBR分为三种：固液分离MBR、膜曝气MBR和萃取MBR。研究和应用现状而言，固液分离MBR在污水处理中占绝对优势。
（2）根据膜组件和生物反应器的组合位置，可将膜生物反应器分为一体式和分置式两大类。
一体式膜生物反应器
一体式膜生物反应器主要用于处理生活污水和粪便污水，其工艺流程如图1所示，膜组件直接置于生物反应器中，膜表面的错流是由空气搅动产生的。曝气器设置在膜组件的正下方，混合液的气流搅动在膜表面产生剪切应力，在这种剪切应用的作用下，膜表面的浓差极化层变薄，积累的胶体颗粒减少，从而减缓膜的堵塞。
图1 一体式膜生物反应器工艺流程
一体式膜生物反应器的优点：
a. 结构紧凑，体积小；
b. 设备简单，只需要水泵、曝气器，不需要混合液回流泵；
c. 运行成本低 节省了液体循环至膜分离以及截留的固体返回到生物反应器的费用；
d. 过膜压力小，沿着纤维长度方面基本分布均匀，堵塞率低；
e. 一体式膜生物反应器的膜通量低于分置式的膜通量。
一体式膜生物反应器的缺点：由于膜表面的流速小，因而膜污染相对严重，膜清洗频率高，更换周期短成为一体式膜生物反应器的最大问题。
分置式膜生物反应器
分置式膜生物反应器是指膜组件与生物反应器分开设置，两者通过泵与管线连接构成。在反应器内设有循环管路，混合液经泵增压后进入膜组件，在压力作用下混合液中的液体透过膜，成为系统处理水排出系统，而包括活性污泥在内的悬浮物、大分子物质等被膜截留，随浓缩液回流到生物反应器内，其工艺流程如图2所示。
图2 分置式膜生物反应器工艺流程
分置式膜生物反应器具有以下特点：
a. 膜组件与生物反应器分开设置，相对独立运行，易于调节控制；
b. 膜组件置于反应器外，易于膜的清洗、更换及增设；
c. 为了减轻悬浮物在膜面的沉积，采取高速错流过滤，动力消耗较高；
d. 分置式MBR比较适合处理难生物降解、高有机浓度以及有毒的污水，在工业废水处理中应用较多。
（3）按需氧方式分类
根据生物反应器中微生物生长需氧情况的不同分为好氧和厌氧两大类。好氧MBR主要是针对城市污水和生活污水的处理；厌氧MBR主要是针对高浓度有机废水的处理。厌氧过程可提高高浓度有机废水的可生化性，改变难降解有机物的分子结构，利于后续好氧MBR处理，显著提高有机物去除率。
3、膜生物反应器的控制条件
（1）MLSS浓度
膜生物反应器最主要的特征之一就是在高污泥浓度下运行，高污泥浓度对容积负荷、处理效果、污泥产率都有有利影响，但是过高的污泥浓度会加速膜污染，增大混合液黏度，进而降低膜通量。MLSS对通量的影响很复杂，同时受到操作压力、曝气强度、温度等众多因素的影响。
（2）曝气强度
在一般的好氧生物反应器中，曝气的主要目的是为了反应器内的微生物的生命活动提供充分的氧，在一体式膜生物反应器中曝气强度与膜通量有着密切关系：当曝气强度足够大时，MLSS由10g/L变化到35g/L时，MLSS与膜通量没有明显的相关性，但如果降低曝气强度，MLSS对膜通量产生一定的影响，因此增加曝气强度有利于减缓膜污染。
（3）操作压力
操作压力和膜通量是膜组件在一定条件下的固有特性，也是膜分离系统的重要运行参数。操作压力对膜通量和膜污染都有影响，当操作压力低于临界压力值时，膜通量随压力的增大而增加，高于此值则会引起膜表面污染加剧，而且膜能量随压力的变化并不明显。不同的膜具有不同的临界压力值，且随膜孔径的增大而减小。
4、膜生物反应器的应用范围
（1）工业废水
各类饮料工厂、酒厂、食品厂、畜牧、屠宰废水处理、 染整、皮革、纸浆厂、制药业、石油化工、高浓度有机等废水处理、旧有污水厂制程改善、反渗透系统之前处理。
（2）污水回收
大型市政废水处理及再利用、生活中水回用、百货、办公大楼中水回用、餐厅或风景区废水处理及再利用、地表水净化处理、洗车厂船舶污水回收再利用。
