作者：黄建元
出版社：化学工业出版社
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MBR新工艺设计试读：
前言
中国是贫水大国。30多年来由于经济的高速发展、人口膨胀对水资源的透支，“水荒”困局愈加严峻。虽然“十一五”以来，城市污水处理行业得到了重视和迅速发展，新增处理能力约为6475万吨/日，大部分污水处理厂排放达到国家的相关标准，但还是不能改变我国水环境恶化的现实。面对更加艰巨的节能减排任务，以及水资源日益紧缺的形势，水资源再生及回用必然是今后水务行业的最主要发展方向之一，污水处理也将真正实现由量转向质的提高。
膜生物反应器（Bio-Membrane Reactor,MBR）工艺将物理、生物、化学等学科已有的技术融为一体。它出水效果好、占地面积小，是污水处理厂追求更大容量、更高排放标准、更有效去除氮氧化物及磷酸盐的最佳选择，它是对现有技术的有效改进，拥有不可比拟的优势。其技术核心不仅在于膜材料的开发水准，还与前端的生物处理密切关联，两者良好结合才会实现更好的处理效果。而膜材料本身通量、强度、亲水性、抗污能力的提高以及膜成本、膜清洗频率、运行成本等费用的降低也是在使用过程中亟待解决的课题。
自2006年6月第一个市政领域MBR项目投运以来，我国相继投入运行的万吨以上项目在世界上首屈一指，但目前MBR在我国整个污水市场的份额不足5％。MBR技术还没有像传统方法那样大规模、长时间的应用，水处理行业对MBR在大规模市政污水，尤其是在工业废水处理中的应用经验还远远不足，相关的技术参数也需要深入评估。而MBR应用的覆盖面及规范程度，在一定程度上反映了一个国家的工程技术、资源利用及环境保护的水平。因此，更期待一批国内膜厂家能脱颖而出，使MBR具有更高的性价比，技术更富有本土化特点。
为了更好地总结MBR在市政及工业领域的应用经验，更好地规范MBR的工艺设计及系统布局，使这项在我国开花并结果、包含中国元素多项自主产权在内的新兴技术越趋完善和成熟，全国各地产学研专家自发共同编写了这本《MBR新工艺设计》。此书在调查研究了我国MBR污水处理厂建设、运行、管理经验的基础上，仔细阐述了MBR技术的基础原理、应用和研究现状，系统介绍了膜污染的影响因素与清洗方法、大型市政污水处理厂再生水回用工程设计，详细列举了MBR在中小城镇污水、厕所废水、建筑中水、医院污水、制药工业、石油化工工业、炼焦化学工业、垃圾处理场渗滤液、农化工业、造纸工业、纺织印染工业、食品饮料工业、电镀工业废水中的设计工艺及工程实例，还介绍了膜技术在公共卫生等领域的应用前景、MBR系统设备采购强制性要求、国家相关水质标准及分析方法。这是一本力图推进我国MBR污水处理工艺科学设计管理的专业工具书。
此次编写人员共有30余位，分属：无锡市高新水务有限公司、清华大学环境学院膜技术应用与研究中心，中国人民大学环境学院、中国科学院生态环境研究中心、北京市市政设计研究总院、同济大学环境工程设计研究院、浙江清华长三角研究院、水木清环（北京）膜技术有限公司、浙江双益环保科技发展有限公司、北京汉青天朗水处理科技有限公司、杭州天创环境科技股份有限公司、上海稻王环保科技有限公司、龙源（北京）碳资产管理技术有限公司、北京碧水源科技股份有限公司（原沁园集团膜科技事业部）、宁波水艺膜科技发展有限公司和浙江源程环保科技有限公司等单位。两年多来，他们无私奉献，在没有任何科研经费资助的背景下，仍在百忙之中利用业余时间整理编写；特别是国家海洋局杭州水处理技术开发中心膜与膜过程实验室主任高从堦工程院院士、哈尔滨工业大学教授李圭白工程院院士、中国科学院生态环境研究中心樊耀波研究员和（公益社团法人）日本下水道协会国际秘书（已故）小关真由美女士等国内外专家的大力支持，编写工作才得以最终完成，谨在此向他（她）们敬表真诚的感谢。在编写过程中，还得到了国内外相关科研设计机构、水务集团公司及环保设备企业和化学工业出版社的大力协助，在此一并致以衷心感谢。
18世纪美国著明科学家本杰明·富兰克林曾提言“我们在享受他人的发明给我们带来的巨大益处，我们也必须乐于用自己的创新创造去为其他更多人服务。”虽然全体编委同仁做了大量多方面的努力，但由于编写人员时间和水平有限，书中疏漏之处在所难免，敬请读者批评指正，一起来推动MBR技术的新提高与新发展。全体编委代表2014年10月末于杭州湾新区第1章概述1.1膜生物反应器（MBR）技术简介
膜生物反应器是膜技术和污水生物处理技术有机结合产生的废水处理新工艺，是污水资源化利用的一种重要手段。污水处理中的MBR法是将膜分离技术中的超、微滤技术和活性污泥法有机结合的污水处理高新技术，主要由膜组件、生物反应器、物料输送三部分组成。其运行原理是利用反应器内大量的微生物有效地降解污水中的各种有机物，使水质得到净化，并通过膜分离装置代替传统工艺中的二沉池，提高固液分离的效率，从而得到优质的出水。基本解决了传统的活性污泥法存在的污泥膨胀、污泥浓度低等因素造成的出水水质达［1］不到中水回用要求的问题。
随着研究和开发的深入，MBR技术已经显示出良好的发展前景，在污水处理领域正在受到广泛的重视，并孕育着极大的发展潜力，其应用范围和规模将不断扩大和增加。1.1.1 膜生物反应器发展的历史沿程
MBR最早用于酶制剂工业，Blatt等在1965年提出了用膜分离技术进行微生物浓缩，该技术现已形成工业化规模。美国的Smith于1969年创造性地把MBR技术引进到废水处理中来，他利用一个外部循环的板框式组件实现了膜过滤，并在生活污水处理中获得了极佳的处理效果。该工艺最引人瞩目的是用膜分离技术取代常规的活性污泥二沉池，用膜分离技术作为处理单元中富集生物的手段。在生活污水3的处理中，获得了极佳的处理效果，系统处理能力为10～100m/d，出水BOD<1mg/L,COD=20～30mg/L。1970年Hardt等用一个10L的好5氧生物反应器处理合成废水，采用死端超滤膜过滤来实现泥水分离，其中MLSS浓度高达30000mg/L，是常规好氧处理的10～20倍，膜通2［2］量为7.5L/m，COD去除率高达98％。尽管这些工艺取得了良好的出水水质，但是由于当时膜技术发展相对落后，膜材料单一，价格昂贵，使用寿命短，限制了该工艺的推广应用，污水MBR仍然处于初级研究阶段。
1970年美国的Dorr-Oliver公司和日本的Sanki Engineering有限公司达成合作协议，使得该工艺首次进入日本市场。20世纪70～80年代，日本开始大力研究，1983—1987年，有13家公司使用MBR处理大楼中的生活污水。1989年日本政府联合许多大公司共同投资进行了为期6年的20世纪90年代水复兴计划科研项目，其目的是解决水污［3］染，并从污染物中获取能量来满足中长期水量需求。
厌氧生物反应器与膜技术组合研究在20世纪80年代初受到重视。80年代末以后，研究更是方兴未艾。一体式MBR在1989年推出，由于其运行条件优化，处理废水对象的多样化，推广应用更为广泛，在英国、德国、荷兰、美国、日本、法国、南非和澳大利亚等国［4］已得到很多应用。
近年，欧盟MBR项目提出以下研发内容：加快以城市污水净化为目标的膜技术发展，降低基建与运行成本；城市污水深度处理的MBR技术，过程优化与膜污染控制技术；分散处理工艺及节能技术。1.1.2 膜生物反应器运行形式变革
在发展过程中，第一代MBR是分置式流程（20世纪60～80年代），使用板式超滤膜（聚丙烯腈）和管式超滤膜（有机及无机），由于膜成本高，运行费用大，应用受到限制。
第二代MBR采用一体化浸没式流程（20世纪80年代末以后），浸没式MBR的特点是：浸没放置，低压（抽吸或重力）出水，气液两相流扰动，间歇运行，稳定运行时间长，运行能耗低。浸没MBR的形式有内浸没（与好氧反应器一体）和外浸没（与好氧反应器分置）［5］。
MBR的基本结构包括四个环节：进水系统、生物反应池、膜组件、自控系统。由于各个环节的多样性，MBR有着不同的分类。
①按膜组件和生物反应器的相对位置，MBR又可以分为一体式MBR、分置式MBR和复合式MBR三种。
分置式MBR［图1-1（a）］通过料液循环错流运行，其特点是操作管理容易，易于膜的清洗、更换及增设。图1-1 MBR示意图
一体式MBR［图1-1（b）］组合最简单，直接将膜组件置于生物反应器内，通过真空泵或其他类型的泵抽吸，得到过滤液。为减少膜面污染，延长运行周期，一般泵的抽吸是间断运行的。与分置式相比，一体式的最大特点是运行能耗低。
复合式MBR（图1-2）在形式上也属于一体式MBR，所不同的是在生物反应器内加装填料，从而形成复合式MBR，强化了MBR的一些功能。图1-2 复合式MBR1—填料；2—膜组件；3—生物反应器；4—抽吸泵
②根据膜组件的类型可以分为中空纤维MBR、管式MBR、板框式（平片式）MBR、卷式MBR和毛细管式MBR。
从表1-1可以看出，中空纤维式MBR有较大优势和应用前景，它不易污染，使用寿命长，膜可清洗更换，可节省运行成本，适用处理规模可大可小，能满足不同行业不同规模的污水处理需求。表1-1 各种膜组件的特征比较
③从整体上来讲，MBR分类有以下几种：
分离式MBR，用于污水处理中的固液分离。
曝气式MBR，膜被用于气体质量传递，通常为好氧工艺供氧，可以实现生物反应器的无泡曝气，大大提高反应器的传氧效率。
萃取式MBR，主要用于工业中优先污染物的处理，选择性透过膜被用于萃取特定的污染物。
④按照MBR是否需氧可分为好氧MBR和厌氧MBR。好氧MBR一般用于城市和工业水处理，用于城市污水处理通常是为了使出水达到回用的目的。厌氧MBR中，通过膜的高效截留，不仅解决了厌氧污泥容易从MBR流失导致出水水质降低的问题，同时膜分离的作用还体现在对厌氧反应器的构造与处理效果的强化方面。1.1.3 目前膜生物反应器的主要利好点
MBR由于采用了膜分离技术与生物反应器相结合的方式，有机物的最终去除仍然是通过微生物细胞的新陈代谢作用，只是膜高效的固液分离作用强化了这种生物处理作用，故MBR具有许多其他生物处理工艺无法比拟的明显优势，主要有以下几点。
①能够高效地进行固液分离，分离效果远好于传统的沉淀池，出水水质良好，出水悬浮物和浊度接近于零，可以直接回用，实现了污水资源化。
②膜的高效截留作用，使微生物完全截留在反应器内，实现了反应器水力停留时间（HRT）和污泥龄（SRT）的完全分离，使得运行更加灵活稳定。
③反应器内的微生物浓度高，耐冲击负荷。
④MBR有利于增殖缓慢的微生物的截留、生长和繁殖，使硝化效率得以提高。通过运行方式的改变也可以具有脱氮和除磷的功能。
⑤污泥龄可随意控制。膜分离使污水中的大分子难降解成分在体积有限的生物反应器内有足够的停留时间，大大提高了难降解有机物的降解效果。反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄的条件下运行，可以实现基本无剩余污泥的排放。
⑥系统由可编程序控制器（PLC）控制，可以实现全程自动化控制。
⑦占地面积小，工艺设备集中。
另外，表1-2显示了MBR具有许多其他常规污水处理方法所不具有的优点，特别是出水水质可以满足目前最严格的污水排放标准。表1-2 MBR污水处理方法与传统污水处理方法比较1.2膜生物反应器的应用和研究现状1.2.1 膜生物反应器好氧工艺在有机废水处理中的应用
MBR以出水可以直接回用、节省占地面积、处理效果好等优点，使其在国外已经有了许多成功的应用实例。经过近40年的发展，MBR在国土狭小的日本得到了发展，率先将这一技术用于建筑［3］物等中水道系统并取得成功。
在生活污水方面，MBR主要涉及城市污水、楼寓污水、公厕污水、污水厂升级改造以及其他有回用要求的污水处理场合。MBR对生活污水的处理特性一直是研究的重点，其工艺形式多采用好氧MBR。在欧洲、美国、日本等国家和地区，其研究的目的在于一方面改造污水处理厂，使其达到深度处理的要求；另一方面，用于废水的处理，使其达到回用的目的。目前在北美，MBR处理生活污水的3应用主要是流量在10～200m/d的小型处理装置，已有50余座此类设施正在运行。
MBR作为一种强化的生物处理工艺，在工业废水的处理中也受［6］到重视。目前好氧MBR工艺已经成功应用于下列行业的工业污水处理：医药、纺织、化妆品、食品、造纸与纸浆、饮料、炼油工业与化工厂，在欧洲垃圾填埋场渗滤液的好氧MBR处理厂也正在兴建。MBR在不同种类废水中的应用比例见表1-3。表1-3 MBR在不同种类废水中的应用比例
近年来MBR在国内也已进入了实用化阶段。从目前的趋势看，中水回用将是MBR在我国推广应用的主要方向。1.2.2 膜生物反应器厌氧工艺在有机废水处理中的应用
厌氧生物法以其能耗低、可回收利用沼气能源、负荷高、产泥少等诸多优点成为了处理高浓度有机废水的首选方法。但由于厌氧微生物的生长速率比好氧微生物的生长速率小得多，污泥流失对厌氧生物法造成的不利影响远大于对好氧生物法的影响，因此如何减少污泥流失就成为厌氧生物法所必须面临的一个重要问题，同时也是新型厌氧生物反应器开发的一个主要出发点。
将膜分离与厌氧生物处理相结合组成的厌氧膜生物法，一方面可以完全避免厌氧污泥的流失，使反应器内有充足的厌氧微生物，保证处理效果的稳定性；另一方面膜自身良好的截留作用还可以进一步改善厌氧出水的水质，提高处理效果。除此之外，膜分离作用还体现在对厌氧反应器的构造和处理效果有特殊的强化作用。而对于两相厌氧MBR，膜分离作用可以使产酸反应器中的产酸细菌浓度增加，提高水解发酵的能力，同时膜将大分子有机物截留在产酸反应器中使之水［7］解发酵，可以使系统保持较高的酸化率。1.2.3 膜生物反应器在有机废水处理中脱氮方面的应用
由于膜可以有效截留细菌，避免污泥的流失，因此可以使生长缓慢的硝化细菌在最短的时间里获得最大的增殖，并且维持较高的浓度，为NH-N的顺利硝化提供必要的保证。另外，MBR中过高的污泥3浓度易于使污泥絮体形成表面好氧、内部缺氧的状态，可以在同一反应器中实现硝化和反硝化。因此在脱氮方面的效能逐渐成为MBR的［8］一个研究热点。
对MBR脱氮来讲，目前多数是建立在传统的硝化和反硝化机理上的两级或单级脱氮工艺，但也有一些新的脱氮理念渗透到MBR系统中。传统硝化和反硝化的两级MBR脱氮工艺对TN的去除效率多数在60％～80％之间；间歇曝气MBR脱氮工艺对TN的去除效率大于80％，说明改进型脱氮工艺的效果更好；某些单一的好氧硝化过程同时可实现反硝化作用，并对TN的去除率在46％～60％之间，说明MBR工艺具有一定程度的同时硝化反硝化作用，各种处理系统氮的［9］负荷都比较低。1.2.4 膜生物反应器在国内的应用现状
我国MBR技术的发展几乎与国外接近，在部分领域里处于世界领先水平，与此同时，我国对于MBR污水处理技术的需求远比国外迫切且市场潜力巨大。
20世纪90年代初至2000年，MBR应用研究处于实验室、小试、中试阶段；2000—2005年，MBR开始进入小规模应用阶段，在工业废水处理及生活污水处理、市政污水、中水回用方面得到了初始应用，单体处理量在百吨/天至千吨/天；2005—2006年，工业废水处理及市政污水处理也有每天万吨级规模的工程项目实施；2006年之后，工业污水处理及市政污水处理每天数万吨规模的工程项目，进入了大型化阶段。
北京密云污水厂（4.5万吨/天，中国第一个万吨级MBR项目）、北京怀柔污水厂、北京高碑店污水厂、北京清河污水厂、北京延庆污水厂、无锡硕放污水厂、无锡梅村污水厂、无锡新城污水厂、无锡城北污水厂等上万吨级污水厂MBR工程的应用，把中国MBR市场推向了新的高潮。1.2.5 膜生物反应器的发展趋势
从MBR日益广泛的应用状况来看，目前MBR的发展趋势表现在以下几个方面。
①进行新型膜组件集装式、密集式模块化的优化设计。
②研究新的制膜方法，研制性能优越的膜材料。
③研制新型的MBR，研究MBR能长期稳定运行的适宜的运行工艺条件。
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如下。
①应用于高浓度、有毒、难降解工业污水的处理。高浓度有机废水是一种较普遍的污染源，全国造纸、制糖、酒精、皮革、合成脂肪酸等行业每年高浓度有机物水的排放量很大，这类污水采用常规活性污泥法处理尽管有一定作用，但是出水水质难以达到排放标准的要求。而MBR在技术上的优势，决定了它可以对常规方法难以处理的污水进行有效的处理，并且出水可以回用。
②现有的城市污水处理厂的更新升级。特别是在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下。
③应用于有污水回用需求的地区和场所，如洗车业、宾馆、流动公厕等，充分发挥MBR占地面积小、设备紧凑、自动控制、灵活方便的特点。
④垃圾填埋渗滤液的处理及回用。
⑤在小规模的污水处理厂的应用，这由膜的价格所决定。
⑥应用于无排水管网系统的地区，如小居民点、度假区、旅游风景区等。［10］
⑦现有自来水厂饮用水水源中微量污染物去除的应用。
总而言之，MBR集生物反应器的生物降解和膜的高效分离于一体，是膜技术和污水生物处理技术有机结合产生的新型高效污水生物处理工艺。其工作原理是利用反应器的好氧微生物降解污水中的有机污染物，同时，利用反应器内的硝化细菌转化污水中的NH-N。最后，3通过中空纤维膜进行高效的固液分离。这种工艺有效地达到了泥水分离的目的，具有传统工艺不可比拟的优点。另外，对于去除地下水和饮用水源中的环境激素等微污染物质，可以结合MBR技术和活性炭吸附的综合处理工艺达到有效去除微污染物的目的。
因此，MBR原理大大提升了传统活性污泥处理工艺的功能，在水处理多个领域中的应用受到了广泛的关注。在21世纪材料、生物、信息三大科学领军和横跨的创新时代，MBR被誉为全球范围最有发展前途的水处理新技术之一，当之无愧。参考文献［1］邢传宏，钱易，Tardieu Eric.超滤膜生物反应器处理生活污水及其水力学研究.环境科学，1997,18（s）：19-22.［2］汪诚文，钱易，刘锐.膜-好氧生物反应器处理生活污水的实验研究.给水排水，1996,22（12）：18-21.［3］藤田賢二，山本和夫，滝沢智.急速濾過·生物濾過·膜濾過.东京：技報堂出版，1994：290-293.［4］王文浪.一体式膜生物反应器的设计及其运行的研究.哈尔滨：哈尔滨工程大学硕士学位论文，2007.［5］刘鸿亮，韩国刚，严济民等.中国水环境预测与对策概论.北京：中国环境科学出版社，1998：35-55.［6］樊耀波，王菊思.水与废水处理中的膜生物反应器技术.环境科学，1996,16（5）：79-81.［7］黄霞，桂萍，范晓军等.膜生物反应器废水处理工艺的研究进展.环境科学研究，1998,11（1）：40-44.［8］彭跃莲，刘忠洲.膜生物反应器在废水处理中的应用.水处理技术，1999,25（4）：63-69.［9］黄霞，曹斌，文湘华，魏春海.膜-生物反应器在我国的研究与应用新进展.环境科学，2008,28（3）：417-432.［10］邵嘉慧，何义亮，顾国维.膜生物反应器在污水处理中的研究和应用.第二版.北京：化学工业出版社，2012：109-111.第2章膜生物反应器原理
MBR是一种以生物处理技术和膜分离技术结合产生的新型废水处理系统，主要由生物反应器和膜组件两个单元设备组成。废水进入生物反应器后，污染物在生物反应器中被微生物同化和异化，异化产物多为无害的CO和HO，同化物质成为微生物的组成部分。膜组件22主要用于截留微生物和过滤出水，由于膜的截留过滤作用，微生物可以被有效地截留在反应器中，从而控制反应器中的污泥浓度和停留时间（污泥龄）。MBR系统中活性污泥的浓度可以提高到10000mg/L左右，甚至更高；污泥停留时间可以延长至少30d。
在污水回用处理、水资源再生利用领域，MBR是一种生物处理单元和膜分离单元相结合的新型水处理系统技术，也是近年全球发展较快的一种污水处理与回用新工艺。但是，其工艺过程非常复杂，而且各相关设计参数既相互制约又变化无常。因此，正确理解MBR工艺过程、设定适宜的运行参数，以及建立实用的机理及膜污染模型，对MBR今后的研究与发展至关重要。2.1膜生物反应器概论2.1.1 膜生物反应器构成与分类
MBR是一种新型高效的污水处理工艺，主要由生物反应器和膜组件两部分组成，由于这两部分操作单元自身的多样性，MBR也必然有多种形式，见表2-1。表2-1 MBR基本分类2.1.2 膜的结构
膜的结构不同决定着膜的性能也有所不同，简单地说，按照膜孔径大小划分，可以把膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。
从膜的构型来说，膜孔径尺寸可以根据膜截留分子质量定义［单位：道尔顿（dalton,Da），1Da代表一个氢原子的质量］，也可以根据有效当量孔径定义。
不同孔径或工艺中膜的选择透过性和分离机理可能不同，但都会产生净化出水和截留浓水。2.1.3 膜的性能指标（1）膜通量
膜通量是指在一定压力下，单位面积的膜在单位时间内的产水232量，即过滤速度，单位是L/（m·h）或m/（m·d）。膜通量是MBR设计最重要的参数。（2）膜通量衰减
膜通量衰减是指膜通量随着时间的衰减，是表示膜的产水量降低的主要参数。（3）膜污染
在所有膜工艺中，膜对污染物的截留最终会对其造成根本性限制。浓缩液中被截留的组分容易沉积在膜表面，产生各种不良现象，导致在既定跨膜压差（Trans-Membrane Pressure,TMP）下膜通量减小，或在既定膜通量下TMP增大，这种现象称之为膜污染。膜长期运行的通量衰减主要是由于膜污染引起的。一般来说，膜截留相对分子质量越大，通量衰减幅度越大，化学清洗恢复率越低。（4）膜的孔径分布
膜的孔径分布表示某一孔径的孔体积占整个孔体积的百分数，呈正态分布。孔径分布常用来判断膜质量的好坏，孔径分布窄的膜通常被认为比孔径分布宽的膜更好。
图2-1为浙江省某膜科技发展公司PVDF产品的孔径分布测试。图2-1 浙江省某膜科技发展公司PVDF产品的孔径分布测试（5）拉伸强度
拉伸强度是指单位截面薄膜在拉伸断裂时的拉力，表示物质抵抗拉伸的能力，反映了膜材料的基本性质，单位是N（牛顿）。如增强型PVDF膜的拉伸强度可达到300N以上。（6）亲水性
亲水性膜材料是由于其中某些官能团对水有较强的亲和力，导致其膜材料表面具有一定的湿润特性。研究表明，当材料相同的情况下，亲水性膜在通量和通量恢复能力上均优于疏水性膜。膜的亲水性高，则膜的透水量变大，但亲水量过高，膜不仅易溶解，而且会失去机械强度。因此，巧妙地平衡膜的亲水性和机械强度，是制作膜的关键。（7）膜的化学稳定性
膜的化学稳定性主要是膜的抗水解性和抗氧化性。针对不同的工业废水，MBR膜应有良好的化学稳定性，保证其在室温下耐酸、碱、氧化剂和卤素等。
图2-2为浙江省某膜科技发展公司PVDF产品的化学稳定性分析。图2-2 浙江省某膜科技发展公司PVDF产品的化学稳定性分析2.1.4 膜生物反应器的应用利弊
MBR用膜组件代替传统工艺中的二沉池，可以进行高效的固液分离，克服了传统工艺中出水水质不够稳定、污泥容易膨胀的不足，具有很大的优越性。
但是，MBR也存在一些不足，主要表现在以下几个方面。
①膜造价较高，使得MBR的基建投资较高。
②容易出现膜污染而引起处理水量减少，给操作管理带来不便，也使运行费用提高及稳定性下降。2.1.5 膜生物反应器的膜污染
自MBR开始应用至今，膜污染一直都是研究者非常关注的课题，尽管研究取得了一定成果，但问题始终没有从根本上得到很好的解决。因此，进一步深入解析膜污染机理，了解膜污染的影响因素，对于探索膜污染控制方法，保证MBR的稳定运行和促进MBR的广泛应用具有十分重要的意义。
膜污染是指混合液中的溶解性有机或无机盐、凝胶粒子、污泥絮体等由于与膜表面存在物理化学相互作用或机械作用而沉积在膜表面，或在膜孔内被吸附，造成膜孔径变小或堵塞，从而导致水的过膜阻力增加、过滤性下降的现象。
广义的膜污染包括表面沉积、膜孔堵塞、浓差极化等。影响膜污染的主要因素分为膜材料、活性污泥混合液的特性及操作条件。
膜材料对膜污染有很大的影响。疏水性材料通常具有良好的化学和热稳定性，但若不改性处理则无法让水快速浸润，且更容易发生膜污染。目前，用于污水处理及回用的MBR大多采用经过亲水改性的疏水性膜材料。膜本身的特性如孔隙率、膜孔径、表面电荷、粗糙度以及亲疏水性对膜污染有直接影响。膜孔径大，通量高，但易形成膜孔堵塞；粗糙的膜表面虽然使附近的水流扰动程度增加，但与此同时增大的膜比表面积使其对污染物吸附的可能性增加，二者同时对膜通量造成影响。［1,2］
操作条件对膜污染也有着重要影响。研究表明，对于一个特定的MBR系统，存在一个“临界膜通量”，当实际运行通量高于“临界膜通量”时，膜表面的浓差极化层很快转化成致密的泥饼层，导致反应器本身的曝气作用无法去除，因此膜会因迅速发生污染而停止运行。当运行通量低于“临界膜通量”，膜清洗周期可以延长。同样，若采用恒压运行，存在一个“临界操作压差”。实际应用的MBR大多采用恒通量运行模式，因为采用该模式，能在运行初期避免膜表面过度污染，更有利于膜的长期稳定运行。2.2膜生物反应器工艺研究2.2.1 膜生物反应器生物处理的原理
MBR工艺是将生化降解过程和膜分离过程相结合，水中的污染物首先经过生化降解过程被去除，活性污泥混合液在压力差的作用下，微生物及大分子溶质被膜截留，水和小于膜孔径的小分子溶质透过膜，成为处理出水，从而替代常规生物处理工艺中的沉淀池完成污泥与水的分离。膜过滤过程分为恒压过滤和恒流过滤。
恒压过滤是在恒定压差下进行的过滤，恒压过滤的过程中，滤饼厚度随着过滤的进行逐渐增加，膜过滤阻力也会随之上升，过滤速度不断下降，因此，产水量也随之减少。
恒流过滤是在恒定的出水流速下进行的过滤，在恒流过滤的过程中，过滤阻力随着过滤的进行不断增大，为维持过滤速度不变就需要提供更大的压差，增大过滤的推动力。TMP将随着运行时间逐渐增加，此时通过定期的气体擦洗或反洗可以清除污染层，在一定程度上通量可以恢复。
与恒压过滤相比，恒流过滤的优点不仅体现在容易控制膜污染，延长膜的清洗周期，还能保持比较高的膜通量，使系统得以长时间稳定运行，因此大多浸没式MBR工艺通常采用恒流过滤。
生物降解是指有生物催化的复杂化合物的分解过程。生物处理就是在设计的工程设施内，利用生物降解与转化作用去除水、废水、固体废物、废气等介质中的污染物质。生物处理的主体是微生物，对生物降解有机物机理认识的不断深入，促进了生物处理技术的发展。
有机物的转化广义上可以定义为两种：矿化（Mineralization）和共代谢（Co-metabolism）。矿化是将有机物完全无机化的过程，是与微生物生长包括代谢分解与合成代谢过程相关的过程。被矿化的化合物作为微生物生长的基质及能源。通常只有部分有机物被用于合成菌体，其余部分形成代谢产物，如CO、HO、CH等。矿化也可以224通过多种微生物的协同作用完成，每种微生物在污染物的彻底转化过程中满足自身的生长需要。共代谢通常是由非专一性酶促反应完成的。与矿化不同，共代谢不导致细胞质量或能量的增加，因此，微生物共代谢化合物的能力并不促进其本身的生长。事实上，在这种条件下微生物需要有另一种基质的存在，以保证其生长和能量的需要。通常，共代谢使有机物得到修饰或转化，但不能使其分子完全分解。关于共代谢的机理目前尚不十分清楚，但共同代谢现象的存在已得到普遍证实。
MBR处理的本质即好氧生物处理。在有氧条件下，有机物在好氧微生物的作用下，有机物浓度下降，微生物量增加（图2-3）。图2-3 有机物好氧分解图
微生物将有机物摄入体内后，以其作为营养源加以代谢，代谢按两种途径进行。一为合成代谢，部分有机物被分解成CO和HO等稳22定物质，并产生能量，用于合成代谢。同时，微生物的细胞质也进行自身的氧化分解及内源代谢或内源呼吸。在有机物充足的条件下，合成反应占优势，内源代谢不明显。有机物浓度较低时或已耗尽时，微生物的内源呼吸作用则成为向微生物提供能量、维持其生命活动的主要方式。
在有机物的好氧分解过程中，有机物的降解、微生物的增殖及溶解氧的消耗这三个过程是同步进行的，也是控制好氧生物处理成功与否的关键过程。在不同的生物处理工艺中，有机物的分解速率、生物生存方式、增殖规律，溶解氧的提供方式与分布规律均有差异，而关于好氧生物处理过程的研究及改良也针对这三个关键过程展开。
一般可生物降解物质的好氧生物降解途径，是大分子有机物首先在微生物产生的各种类胞外酶的作用下分解为小分子有机物。这些小分子有机物被好氧微生物继续氧化分解，通过不同的途径进入三羧酸循环，最终被分解为CO、水、硝酸盐和硫酸盐等简单的无机物（图22-4）。图2-4 有机物降解过程中的三羧酸循环
难降解有机物的降解历程相对要复杂得多。一般而言，难降解有机物结构稳定且对微生物活动有抑制作用，适用的微生物种类很少。不同类型难降解有机物的降解历程也不尽相同，许多难降解有机物的降解与微生物体内所携带的质粒有关。降解质粒编码生物降解过程中的一些关键酶类，抗药性质粒能使宿主细胞抵抗多种抗生素和有毒化学品。［3］
MBR已经应用于印染、焦化、制药等废水处理中。杨期勇采用水解酸化-MBR组合工艺处理碱减量废水，进水COD1000～1500mg/L，对苯二甲酸（AT）600～800mg/L，系统出水平均COD为55.9mg/L,COD平均去除率达到96％，AT去除率大于99％。陈英文等［4］采用混凝-MBR组合工艺处理印染废水，COD去除率高达［5］96.2％，出水COD低于50mg/L。宋志伟等采用A/O+MBR处理焦2化废水，工艺出水COD和酚的去除率分别达95％和99％，出水COD和酚平均浓度分别低于100mg/L和5mg/L，对NH-N去除率平均为3［6］90％，反硝化率为50％～70％。俞敏等采用混凝气浮-厌氧-好氧MBR处理制药废水，当进水COD为13000～24800mg/L时，总COD去除率高达95％～98％。
MBR还可应用于难降解、有毒、高浓度、工业污水的处理。如高浓度有机污水是一种较普遍的点源污染，全国酒精、制糖、造纸、皮革、合成脂肪酸等行业每年高浓度有机污水的排放量很大，这类污水采用常规活性污泥法出水水质难以达到排放标准，而利用MBR在技术上的优势，可以对难以处理的污水进行有效的处理，并可对出水加以回用。2.2.2 膜生物反应器对污染物的去除效果
目前，MBR能够高效去除水和废水中的有机物、氮磷、细菌病毒和难降解物质，已经成功地应用于实际废水处理工程，如污水处理、粪便污水处理、城市生活污水处理、垃圾渗滤液处理等。（1）有机物［7～10］
MBR的研究始于20世纪60年代的美国，许多研究者都证实了该系统在处理生活污水、粪便废水、食品废水和其他一些工业废水时对有机物有良好的去除效果。
日本某石化公司用MBR处理大楼生活污水，在进水BOD为3305～710mg/L时，出水BOD仅为1～5mg/L，可以作为楼房中水道用5水、草地喷水和汽车冲洗水等，达到了污水回用的目的；用MBR处理粪便污水，在进水BOD和COD分别高达为8100mg/L和9040mg/5MnL时，出水的相应值可分别小于10mg/L和240mg/L。
东京都新宿车站将MBR与隔油装置相结合处理饮食店含油废水，其出水水质完全符合中水水质标准。该装置自运转以来，取得了明显的经济效益与节水效果。
采用MBR处理小麦淀粉废水，进水COD浓度为36000mg/L时，COD去除率为75.5％。Ross等（1992）采用膜-厌氧生物反应器处理啤酒废水，进水COD为6700mg/L时，总COD去除率为96％～99％。研究了MBR处理酸菜罐头加工废水的情况，进水COD为4260mg/L时，出水只有70.8mg/L。用膜厌氧生物反应器处理淀粉废水，COD去除率可达95％以上，SS去除率可达92％以上。（2）氮磷
膜的高效固液分离作用防止了硝化细菌的流失，给生物反应器内高浓度硝化菌的保持创造了有利条件，从而大大提高了生物反应器的［11］［9］硝化效率。汪诚文和Davies对一体式MBR中的硝化特性进行了考察，结果都表明反应器有非常高的硝化效率，分别高达97％和［12］88％。佐竹纯一郎用硝化-反硝化工艺与膜分离技术相结合，使［13］系统的总氮去除率达到了85％。石田宏司用一体式MBR处理粪便污水，TN的去除率在99％以上。
在MBR中采用间歇曝气的操作方式可以加强系统对总氮的去除［14］［15］效果。Ueda、野口朋子用一体式MBR处理城市污水，考察间歇曝气时间比对硝化/反硝化作用的影响，发现污泥浓度和进水有机负荷越高，脱氮效果越好。因此要想得到好的氮去除效果，则在反硝化段进水BOD较高时连续进水；进水BOD较低时，缩短曝气时间、55间断进水。也有学者研究了MBR在不同运行温度、不同曝气开停时间比条件下的系统硝化和反硝化速率，发现在10℃和20℃时曝气开停时间比为15min:45min最有利于总氮的去除。在20℃时，曝气开停时间比对硝化速度的影响不大，只影响反硝化速度；而在10℃时，若曝气系统开10min停50min，则硝化速率显著下降。
间歇曝气时生物反应器中的溶解氧是影响MBR脱氮效果的重要因素，生物反应器中的硝化效率与曝气阶段混合液中的溶解氧浓度密［16］切相关。Chiemchaisri把曝气阶段的溶解氧从1.5～2mg/L提高到4～5mg/L，总氮去除率就可以由80％提高到90％以上。宗宫功等［17］指出，停止曝气的时间不能太短，以保证该阶段生物反应器中的溶解氧达到较低水平，从而有利于提高反硝化效率。在HRT为8h、溶解氧浓度为3～6mg/L时，间歇曝气的开停时间比控制在1:1最好。此时，总氮的去除率高于80％，COD的去除率高于95％。（3）细菌和病毒
MBR在运行一小段时间后，一些大分子的微生物产物会附着于膜的表面形成一层动态过滤膜，也称为凝胶层。这层凝胶层也能起到过滤膜的作用，且由于其截留作用大于膜本身，从而有助于提高出水［12,18,19］水质。试验结果发现，即使是微滤膜也能对细菌和病毒起到良好的去除效果。比如，用一体式中空纤维MBR（膜孔径0.1μm）处理生活污水，其膜过滤出水中大肠菌群数小于1个/mL。把孔径为0.03μm和0.1μm的膜过滤出水进行比较，发现膜孔径的大小对于病毒的去除情况影响不大，二者出水中的病毒浓度在同一个数量级上，运行稳定时病毒含量都在10PFU/mL以下。（4）难降解物质
膜的截留作用还可以延长大分子物质以及降解难降解有机物的微生物在生物反应器中的停留时间，有利于提高微生物对污染物的降解能力。［20］
采用序批式MBR处理富含重金属铬的高浓度有机制革废水，得到COD的去除率为93.7％～96.3％，Cr的去除率为95.4％～97.7％。［21］
用MBR处理纸浆废水，发现MBR对COD、SS和毒性都有更好的去除效果，MBR污泥表面吸附的单宁比普通活性污泥法多，系统出水的单宁含量却相对较少。
用MBR处理喹啉、乙二胺四乙酸二钠（EDTA）和聚乙二醇［22］20000（PEG20000）三种难降解有机物，结果发现MBR中的COD去除率、难降解有机物去除率以及抗冲击负荷能力都高于普通活性污泥法。处理喹啉废水时，系统对COD的去除率多数情况下可保持在90％以上，对喹啉的去除率高达99％。处理EDTA废水时，系统对COD的去除率高于60％，最高时可达90％；对EDTA的去除效率接近50％，比同等运行条件下普通活性污泥高15％。与普通活性污泥工艺相比，MBR对PEG20000的处理效果也有所提高。2.2.3 MBR操作条件对污染物去除效果的影响（1）水力停留时间
MBR中膜的高效截留作用大大提高了生物反应器中活性污泥的浓度，增强了微生物对污染物的去除能力，从而可降低系统的水力停留时间。［23］
用MBR处理城市污水，结果发现在水力停留时间只有2h的条件下就可以得到有机物浓度极低的优质系统出水。对10℃条件下［24］一体式MBR中水力停留时间的影响进行考察，发现水力停留时间变化于6～12h时有机物的去除效果没有明显变化，但是其缩短会影响反硝化速率，从而使总氮的去除效率下降。（2）污泥龄
膜对微生物和高分子污染物能够高效截留，从而使MBR中污泥龄的选择比普通活性污泥工艺更为方便。用MBR处理生活污水［22］，发现当污泥龄变化于5～80d时，整个系统对COD和NH-N的3去除效率始终保持在90％以上。而在不排泥条件下处理城市废水，同样获得了较好的污染物去除效果，系统对TOC的去除率高达90％。（3）温度
运行温度是影响生物处理效果的重要条件之一，其过高或过低均有可能影响系统的出水水质。部分学者开展了不同运行温度下污染物去除效果的研究。［25］
Chiemchaisri和Yamamoto用一体式MBR处理生活污水，发现短期的温度降低使异养菌的活性显著下降，但异养菌的数目基本不发生变化，有机物的去除效果也没有受到影响；而当温度低于10℃时，严格好氧的硝化细菌的数目由于氧传质速率下降而大幅度减少，硝化作用受到抑制，氮去除率显著降低。［4］
Kishino等用一体式MBR处理城市废水，指出当温度高于13℃时，BOD和NH-N去除率可分别高达98％和95％；当温度低于13℃53时，有机物BOD去除率下降不大，而TN和NH-N去除率却因硝化速53率的大幅度下降而降低很多。为此，他提出在低于13℃条件下采用硝化/反硝化工艺时，需适当延长污泥龄、降低污泥NH-N负荷或延3长水力停留时间。2.2.4 国内外膜生物反应器应用的研究
MBR的研究始于20世纪60年代的美国。早期的研究重点在于开发适合高浓度活性污泥的膜分离装置，但当时受生产技术所限，膜的使用寿命短、膜通量小，加之对排放出水的水质要求不严，因此这项技术未能投入实际应用。70年代后，日本出于污水再生利用的需要，开始重视膜分离技术在废水处理与回用中的应用。国土交通省组织日本的大学、研究所、企业开始了新型膜材料的开发、膜分离装置的构造设计以及MBR的运行等方面的研究。该研究的深入使得MBR开始在污水处理中得到应用。之后，许多学者开展了有关膜材料及加工工艺的研究，提高了膜生产技术，降低了膜生产成本；还有许多学者致力于MBR对各种污染物的去除效果、膜污染机理与控制以及操作条件的选择等方面的研究，不仅拓宽了MBR的应用领域，提高了MBR的工作性能，还降低了MBR的运行成本并延长了膜清洗周期。这些研究成果使人们对MBR的认识和把握逐步深入，推动了MBR的发展。
目前，在一些土地狭小、水资源紧张或排放水质要求严格的国家［26］和地区，MBR已经得到了应用并取得了良好的效果。在日本目前已有近100处高楼采用了MBR工艺处理生活污水，并将处理出水回用于中水道系统。如东京北千住车站大楼的污水处理系统就采用了MBR工艺，其主要技术参数为：污泥浓度6～10gSS/L，水力停留时3间1.5～2h，有机负荷0.79～1.42kgBOD/（m·d）。所采用的膜为孔5径0.01μm、切割相对分子质量20000的聚丙烯腈平板超滤膜。据报道，该系统的出水已达到深度处理标准，而且由于系统中的污泥已得到充分消化，因此产泥量很小。该系统占地小，操作管理方便，目前使用情况良好。
MBR可与隔油装置相结合处理含油的饮食店废水。如东京都新宿车站大楼中水回用设施，其出水水质完全符合中水水质标准。统计分析结果表明，该设备每年节水72000t，扣除设备折旧、电力消耗和制水成本，每年节水约合50万元人民币。
MBR的出现使粪便污水不经稀释直接处理成为可能。目前在日本已有许多地方采用了MBR工艺来处理粪便污水。开发的NS粪便污水处理新工艺，其核心部分是超滤膜组件与高浓度活性污泥法的组合系统，该系统于1985年在埼玉县越谷市建成。粪便污水经该系统处理后，出水不含固性物，COD和色度削减约50％，而反应器的污泥浓度可高达15～18g/L，系统运行稳定。
此外，MBR还成功地应用于垃圾渗滤液废水处理、高浓度有机废水处理和含油废水处理等多个领域。
有关MBR应用的研究在我国起步较晚，始于20世纪90年代初。目前大多数研究集中在城市生活污水的处理与回用方面。自1993年始，清华大学、天津大学、同济大学先后对MBR处理生活污水并用于回用的可行性、操作运行条件、膜污染机理及控制对策进行了研究和探讨，证明了MBR处理生活污水并用于回用在技术和经济上都是可行的。在这些研究结果的基础上，MBR开始逐步走向应用并呈现出良好的应用前景。2.3膜生物反应器微生物代谢研究2.3.1 微生物产物的来源、性质及影响因素（1）微生物产物的来源
微生物产物是由菌体细胞排出的或分泌的物质，能够在不破坏菌体细胞的情况下与微生物相分离，且离开该物质菌体细胞仍能存活。根据其存在状态不同可进一步分为胞外多聚物（Extracellular Polymers,ECP）和溶解性微生物产物（Soluble Microbial Products,SMP）。ECP以凝胶态存在于活性污泥絮体中的微生物细胞周围；SMP以溶解态存在于生物反应器上清液中。如图2-5所示，这两类微生物产物主要产生于基质的微生物分解过程和内源呼吸过程。在这两个过程中产生的SMP通常分别被称为底物基质（Utilization Assotiate Products,UAP）和生物基质（Biomass Associated Products,BAP），而产生的ECP在图中分别记作ECP和ECP。12图2-5 微生物的增殖及微生物产物的生成（2）基质降解和细菌生长产生的微生物产物
微生物在分解基质产生能量、进行自身生长繁殖的同时会释放出一些产物，其生成量与基质的消耗速度成正比。这类产物大部分可以被生物降解，但是降解速度较慢，需要与微生物接触足够长的时间后才能逐渐被细胞同化或者降解。（3）微生物细胞解体释放的化合物
菌体内源呼吸、细胞解体也会释放出微生物产物，其形成量只与微生物浓度有关，而与微生物增殖无关，这部分产物很难被微生物降解。
另外，细菌为维持细胞膜内外的浓度平衡也会释放出一些微生物产物，但这部分产物一般浓度较低。该现象首先在纯培养条件下观察到，而后用活性污泥进行试验观察到同样的现象。释放的产物浓度与温度和活性污泥的浓度无关，与活性污泥的种类有关。（4）微生物产物的组成和性质
分析表明，蛋白质和多糖是ECP的主要成分。通过试验表明［27］，ECP中各大分子物质所占比例随基质不同而异。以葡萄糖为单一基质时，ECP中的多糖最多，占39％；以营养肉汁为单一基质时，ECP中的蛋白质最多，占36.8％，多糖其次，占27.6％。工艺不同时ECP成分也会有一定差异。
ECP中的糖类组成有很大差别，主要有以下三种可能来源：①己糖通常出现于纯培养细菌的ECP中；②戊糖（鼠李糖和核糖）来自于细胞解体；③葡萄糖还可能来自于原水中的糖类聚合物。而ECP中蛋白质的组成则很相似，二元氨基酸、天门冬二酸和谷氨酸是ECP的重要组成，这些带负电的功能团能结合多价阳离子从而对污泥絮体结构产生影响。此外，丙氨酸、亮氨酸和甘氨酸也是非常重要的胞外蛋白质，可参与疏水键的形成。ECP的可生物降解性较差。（5）SMP的组成和性质
SMP组成非常复杂，是腐殖质、碳水化合物、蛋白质、核酸、有机酸、抗生素和硫醇等多种物质的混合体，其中前三种成分是在各种情况下均普遍存在的主要成分，如表2-2所列。表2-2 生物处理出水中SMP的组成分析
SMP的上述组成决定了其中必然含有大量高分子物质。比如测定结果表明，生物处理出水中相对分子质量高于1800的溶解性COD［31,32］占50％以上。相对分子质量10000以上的物质占二级生物出水［33］TOC浓度的30％～64％。还有许多学者得出生物处理出水的相对分子质量分布为双峰分布的结论。认为，生物处理二级出水中绝大部分物质相对分子质量低于1000或高于100000。
尽管SMP的组成复杂，但是存在构造的同一性，即构成物质的种类与初始基质的种类无关。一般来讲SMP由两大类物质组成：一大类物质在260nm处有吸收峰；另一大类物质在260nm处则没有吸收峰。这两类物质的具体特点如图2-6所示。图2-6 SMP构造的同一性
一般来讲，SMP的可生物降解性较差，但在经过长时间的运行后可被微生物部分降解。用半连续式试验装置处理以葡萄糖为基质的［34］废水，对所生成SMP的可生物降解性进行了研究，试验运行到第32天时，SMP为1570mgCOD/L；而运行到第66天时，液体中SMP降至324mgCOD/L。这说明试验初期形成的SMP一段时间之后可被部分降解。（6）影响微生物产物生成的因素
ECP的生成量取决于微生物的增殖速率和微生物生存环境中的营［35～38］养状态。许多研究者发现，在N、P、S和K元素有限的情况下，基质用于细胞增殖的比例减少，向ECP转化的比例加大。还有一［39,40］些学者发现，基质向ECP转化的比例与微生物的增殖速率成反比，在微生物的减速生长期较高，进入内源呼吸期后达到最大值。
SMP的生成速度主要与进水浓度和污泥龄有关。［41］
一些学者认为进水浓度对SMP的影响更重要些。他们指出，SMP的生成量（以COD计）可以用式（2-1）进行描述：S=αS+βμ （2-1）R0
式中，S为SMP浓度；S为进水COD浓度；α，β为回归系数；μR0为稳态比生长速率，μ=1/SRT+b；b为微生物的衰亡系数。通常情况下，β、μ的乘积很小，可以忽略。
同样在强调进水浓度的重要作用的前提下，微生物产物S还有R另外一种计算方法，见式（2-2）：S=Y（K/μ+K+Kμ）S （2-2）Rb0120
式中，Y为污泥的表观产率系数；K、K和K为常数。b012
在保持容积负荷和污泥龄不变的条件下变化进水浓度，考察连续运行的完全混合式生物反应器中SMP产量的变化情况，发现生物处理出水中SMP的浓度与初始基质浓度存在线性正比关系，该线性关系式的斜率与污泥龄有关，截距与细菌细胞解体速率有关。依据培养条件的不同，SMP占所降解基质的1％～10％。好氧条件下1g微生物通过内源呼吸平均产生15～25mgCOD的SMP。［33］
另外一些学者则在进水浓度差不多的情况下，研究了污泥龄对SMP生成特性的影响。研究结果表明，SMP生成量随污泥龄的变化是一条U形曲线。SMP浓度与进水基质浓度的比值SMP/S在污0泥龄小于1d时，随污泥龄的延长而降低；在污泥龄大于2d时，又随污泥龄的延长而增高。考察了厌氧条件下SMP的生成特性，也发现SMP/S随污泥龄的延长先降低后升高，即存在最佳污泥龄使SMP/S00最小。厌氧处理的SMP/S一般低于好氧处理。0［41］
还有一些学者以污泥负荷为指标，综合考察了进水浓度和污泥龄对SMP生成特性的影响，但这种情况多见于半连续培养的微生物系统。对于间歇培养的微生物，SMP产量与初始污泥负荷S/X00呈正比，S/X越高，SMP生成量越多。对每天进一次水的半连续式000.2986培养系统进行考察，SMP的生成量与S（S/X）呈正比。000（7）微生物产物对生物反应器运行的影响
ECP对污泥絮体的形成有重要作用。ECP中的蛋白质对阳离子有很强的静电结合力，可以使污泥絮体中的静电键均匀分布并与疏水键紧密结合。
除此之外，ECP参与化学物质的运输过程，对物质的扩散产生阻力，与废水中污染物的去除密切相关。ECP还对污泥沉降性能、污泥脱水性能和厌氧消化中污泥的生物降解性能等有影响。
SMP是生物处理出水中溶解性TOC或COD的主要组成部分。丹［42～44］保憲仁等曾经对以酚为唯一碳源的生物反应器出水进行分析，得出如表2-3所列的出水组成。表2-3 以酚为基质的出水组成
出水中有机物的浓度随进水基质浓度的升高而升高，SMP浓度一般占出水总有机物浓度的85％以上，说明SMP对出水水质影响很大。［44］
对不同来源的污水生物处理出水的组成进行调研，发现SMP一般占出水中可降解COD的60％以上。对于生活污水、食品废水等生物降解性好的进水，SMP几乎占出水COD的100％，如表2-4所列。表2-4 处理不同种类进水时出水中的SMP比例
SMP对生物反应器中微生物的活性有影响。多数学者认为SMP会抑制微生物的活性；但也有少数学者认为SMP能够刺激微生物活性，提高微生物去除污染物的能力，认为对代谢起抑制作用的成分是在260nm处有吸收峰的相对分子质量小的亲水性有机物。
另外，有些SMP含有羰基、羟基和氨基等官能团，会与有毒金属或微生物营养所需金属产生络合现象，从而一方面减少了混合液中有机金属的毒性，另一方面也有可能阻碍微生物吸收所需的金属营养元素。2.3.2 膜生物反应器中的微生物代谢特性（1）微生物代谢特性及影响因素
MBR中由于膜的高效固液分离作用，可以维持很高的污泥浓度，从而使剩余污泥产量比传统活性污泥法减少了20％；随着污泥龄的延长和生物反应器中污泥浓度的升高，污泥产量下降。
MBR中微生物的种群和活性与普通活性污泥法有所不同。其微生物有如下特点：①硝化细菌所占的比例高于普通活性污泥法；②由于膜把死菌也截留在生物反应器中，且污泥负荷很低，因此生物反应器中的微生物比硝化活性、比反硝化活性以及有机物比降解活性都较低，且有季节性变化，不稳定，但由于污泥浓度高，所以系统整体仍表现出较高的处理能力；③有明显的微小动物存在但数量很不稳定，随季节波动性较大，但不会影响处理效率；④污泥粒径随污泥浓度而变，分布相对集中，当污泥浓度较低时，污泥颗粒的尺寸集中于60μm以下的区域，而普通活性污泥法的污泥粒径分布随污泥浓度变化不大，分布很广。［45］
用MBR和普通活性污泥法处理淀粉废水，普通活性污泥系统的污泥龄为20d，MBR系统的污泥龄为30d。结果发现MBR对有机物的去除效果较好，污泥粒径较小，污泥比阻是普通活性污泥系统的3次方。MBR中活菌总数及总的污泥活性始终高于普通活性污泥系统。两种生物反应器中都含有降解进水有机物的专用酶，但由于MBR中膜把酶全部截留于生物反应器内，因此酶含量要高于普通活性污泥法。（2）微生物产物
近年来，随着对MBR认识的不断深入，人们对MBR的出水水质、运行能耗和膜污染控制方面都提出了更高的要求。一些学者开始注意到微生物产物对MBR稳定运行的重要作用，着手开展了有关研究。［46,47］
对一体式MBR中的ECP浓度变化进行考察，发现ECP在生物反应器内部和膜面上会出现积累，从而引起污泥黏度的升高和膜过
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