隨著水資源的13益緊缺和人們環保意識的增強，廢水的處理要求日益提高，傳統的水處理方法存在著處理裝置容積負荷低、占地面積大、出水水質不穩定、管理操作復雜等問題。針對上述問題，各種新型的廢水處理技術應運而生，其中最引人注目的是將膜技術應用于廢水處理中所形成的膜生物反應器(Membrane Bioreactor簡稱MBR)技術。針對MBR技術的特點，近年來不斷有學者將MBR技術引入造紙廢水的處理，并取得了一定的成就。

1MBR形式及特點

1.1膜生物反應器的形式

根據MBR中膜組件與生物反應器的組合方式不同，可將MBR分為內置式和外置式兩種類型，見圖1、2。
內置式MBR是將膜組件置入反應器內，在泵的負壓抽吸作用下濾出液透過膜組件，為減少膜面污染，延長運行周期，一般采用間歇出水方式運行。外置式MBR是指膜組件與生物反應器分開設置，反應器內混合液通過泵進入膜組件，在壓力作用下混合液濾出液透過膜組件，濃縮液則返回反應器。

膜組件的形式可分為中空纖維式、平板式、管式、螺旋式等。在外置式MBR中，平板式、管式應用較多；在內置式MBR中，多采用中空纖維膜和平板膜。目前在全球能源危機的大背景下，內置式MBR的研究和應用遠超過了外置式MBR(內置式MBR占65％、外置式MBR占35％)。

1.2MBR的特點

MBR可在緊湊的空間內同時實現微生物對污染物質的降解和膜對污染物質的分離，而降解與分離之間又存在著協同作用，是一種高效、實用的污水處理技術，該工藝具有出水水質好、運行維護簡單、結構緊湊、占地面積少等優點，在水資源Et趨緊張的現實條件下，在污水處理及回用方面有著非常廣闊的應用前景。

MBR工藝具有以下特點：

(1)MBR與傳統污水處理工藝相比，最大的區別是使用膜組件替代了沉淀池，泥水混合液采用膜過濾出水方式，可以大幅降低出水中的懸浮物。

(2)膜的高效截留作用可防止各種有效微生物菌群的流失，高濃度微生物有利于有機污染物的徹底降解，并且解決了污泥膨脹的問題。

(3)MBR工藝使用了標準化、系列化的膜組件(膜塊)設計。MBR的自動化程度高，易于實現從進水到出水的全程自動控制，保證系統的穩定運行。

(4)產生剩余污泥量少。因SRT較長，污泥性質較為穩定，MBR工藝產生的剩余污泥量大大減少，排放量比傳統工藝減少2／3，明顯降低了污泥處理費用和二次污染威脅。

2MBR處理造紙廢水的研究

目前國內大部分造紙廠采用堿法制漿，而堿法制漿所產生的“黑液”污染最為嚴重，占整個造紙行業污染的90％，產生“黑液”的主要成分是木質素和碳水化合物的降解產物等，其次“黑液”提取后漿料在洗滌篩選和漂白過程中排出的廢水成分與制漿廢水相近但濃度低，而且富含漂白階段產生的對環境危害大的氯苯酚、氯化脂肪酸等有機氯化物，不同工段產生的主要污染物大相徑庭，所以一般分別采用不同的處理工藝，而MBR技術由于它工藝上的優勢和特點逐漸被引入不同工段的造紙廢水處理中。

2.1國外研究進展

上世紀60年代美國開始了其在廢水領域的應用研究，最初主要用于處理生活污水。70年代后日本等國對膜分離技術進行了大力開發和研究，在90年代，國外在MBR處理效果與運行穩定性方面已具備了一定的理論基礎，從此國外開始逐步將MBR技術應用到廢水處理工程中。

采用了移動床膜生物反應器處理新聞紙廠的生產廢水，當水力停留時間為4～5h時，COD和BOD去除率分別達到65％～75％和85％一95％，在適當延長水力停留時間的條件下，COD和BOD的去除率可分別提高到80％和96％。Du~esn.R等分別采用MBR與傳統的活性污泥法處理制漿廢液，結果表明：MBR法比活性污泥法更能有效地去除漿料中的COD及固體懸浮物，二者去除率分別為99％和88.6％～90.0％。VanDijk、L.等人¨研究一種耐熱膜生物反應器并成功應用于荷蘭、德國的3個不同造紙廠，能有效地去除廢水中的膠狀物和高分子溶解物；對膜生物反應技術處理造紙廢水進行的研究表明：在COD負荷為0.5kgCOD／(kgVSS?d)、溶解氧濃度大于2mg／L、反應器中的pH值為7.9、反應溫度為53℃時，COD含量由700mg／L下降至30.0mg／L。

對膜生物反應技術在處理造紙廢水過程中的膜分離操作條件如操作壓力、膜種類、流量、溫度等進行了初步優化研究。結果表明：在操作壓力為0.15MPa、流量在2～4m／s之間時處理效果都可以，當流量為3.5m／s時，膜通量可達100L／(m?h)。對于特定條件下的膜污染機理、膜污染的預防和清洗等，文中沒有涉及，還有待進一步的研究。

2.2國內研究進展

在上世紀90年代，國內開展了MBR工藝的相關研究，近些年來才逐漸被引入到造紙工業廢水處理中。如今，MBR工藝在中國開始逐漸得到廣泛的應用，實踐證明，MBR不僅能有效處理生活污水和工業廢水，而且對于一些高濃度有機廢水和難降解工業廢水，如造紙廢水、印染廢水、化工廢水及制藥廢水、垃圾滲濾液等的處理，更是具有其獨特的優勢。

對MBR法與傳統活性污泥工藝進行了比較研究。結果表明，MBR法較活性污泥法具有更強的有機物去除能力(COD去除率達85％以上)和更為穩定良好的出水水質，透明，無色，排放達到國家指標。韓懷芬等使用MBR處理造紙綜合廢水(黑液中段廢水和白水的混合液)并與傳統的活性污泥法與生物接觸氧化法進行比較。實驗結果表明，用MBR處理造紙廢水，通過增加污泥濃度，在HRT為18h的條件下，出水COD可以降低到100mg／L以下，整個反應器的總去除率最高可達90％以上。而與之相對應的活性污泥法和接觸氧化法控制HRT近40h后，出水COD還是達不到MBR的出水效果，分別為149.3mg／L和197.3mg／L。這充分說明了MBR對難降解廢水的處理效果比活性污泥法和生物接觸氧化法要好得多。

采用中空纖維膜生物反應器處理造紙廢水的試驗結果表明：MBR在處理造紙廢水這種難降解有機廢水方面有其明顯的優勢，廢水的COD去除率較高，可達到85％以上，處理后的水可回用，出水穩定性較好。2009年，采用移動床生物膜反應器(MBBR)深度處理造紙中段廢水，結果表明：MBBR工藝可進一步削減經過生化處理的中段廢水中的有機污染物，運行穩定且處理效果良好。胡維超針對造紙行業的中段廢水和白水的特點，分別采用浸沒式與外置式膜生物反應器來處理造紙廢水，結果表明：在相同原水和條件下，浸沒式MBR系統運行更加穩定可靠，出水水質也明顯優于外置式MBR。浸沒式膜生物反應器系統COD去除率可穩定在90％～95％，而外置式在運行期間則存在較多問題，并且能耗較高。

采用中試規模的MBR系統對某造紙廠的造紙廢水進行了處理，研究了MBR處理造紙廢水的效果，并與造紙廠原有污水處理系統進行了對比。實驗結果表明，在同樣的進水條件下，MBR出水水質明顯好于原有系統二沉池出水水質。在污泥濃度9000mg／L、水力停留時間22h的條件下，MBR出水COD平均66.4mg／L，COD去除率達94.6％。

3MBR組合工藝處理造紙廢水的研究進展

從實際研究結果可以看出，膜生物反應器在COD和色度去除方面有較大的優勢，同時還具有較強的抗沖擊負荷的能力，因此能夠有效處理造紙廢水。但也有一些問題在一定程度上制約了MBR的應用與發展，如能耗高、投資大、易引起膜污染等。另外，造紙廢水中含有難生物降解的有機物，在運行過程中容易引起膜污染，造成膜通量下降，影響反應器的處理效果。在這種情況下，研究者開始將MBR與其他處理工藝有效結合起來處理造紙廢水，這樣既可以減小能耗、減緩膜污染，還可以提高系統的處理效果，以滿足日益提高的環保要求，并且實現廢水的高效處理及回收利用的目標。

采用混凝協同好氧生物膜技術深度處理造紙廢水，結果表明：以氯化鐵為絮凝劑協同好氧生物膜技術效果最為顯著，色度去除率高達69.3％，且各項指標均超過一級排放標準，出水可回用。采用浸沒式MBR作為反滲透進水前的預處理系統，初步進行了浸沒式MBR處理后出水滿足RO系統進水條件的可行性研究。

在浸沒式MBR與反滲透組合處理造紙中段廢水和白水的實驗中，結果表明：浸沒式MBR出水SDI值穩定在3以內，可以滿足后續反滲透組件穩定運行的要求，并且在原水COD值為1500mg／L的情況下，最后RO系統出水COD可降至10mg／L。采用電解一MBR組合工藝處理造紙廢水，利用電解產生的自由基、過氧化氫和氫氧化物的絮凝等物質將廢水中難降解的有機物吸附去除，從而有效降低COD并提高廢水可生化性，實驗結果表明：處理后出水COD降至80mg／L左右，色度降至4O倍，去除率分別達到95％和75％。而單獨采用MBR工藝處理后出水COD和色度分別為200mg／L和140倍。

利用光催化氧化一MBR的組合工藝處理難降解有機廢水，結果表明：經組合工藝處理，廢水COD、濁度、色度降解率分別達到93.5％、99.9％和98.9％。還有研究表明，采用水解酸化一MBR工藝可有效去除有機物及色度，這是由于水解酸化將有機大分子化合物降解成小分子有機物，提高了廢水的可生化性，為后續MBR生化處理創造了條件，處理后廢水平均脫色率可達到81.58％，COD和氨氮去除率則分別為83.53％和80.39％。
很多研究表明，將不同的膜分離技術(如：微濾、超濾、納濾等)相組合，或者將MBR與其他技術(如催化氧化技術、電化學等)組合已成為造紙廢水深度處理的一個重要研究及應用方向。

4前景展望

膜生物反應器具有無相變、占地面積小、操作靈活等優點，已被廣泛地應用于污水處理、中水回用等領域，并已取得良好的效果。造紙廢水污染嚴重，對其有效處理已經成為中國廢水處理的一個重要方面。傳統的造紙廢水處理方法不僅投資高、能耗大，而且很難持續滿足國家環保排放的要求。此時，高效的膜生物反應器以其獨特的優勢應用于造紙廢水的處理已引起國內外同行的廣泛關注。

膜生物反應器在推廣應用過程中還存在著一些不足，如膜初期投資費用較高、操作不當容易引起膜污染等問題。但在水資源日益缺乏的今天，隨著膜加工生產技術、工藝優化、過程控制等研究的深入展開，我們堅信MBR必將在中國造紙廢水處理領域發揮越來越大的作用，同時帶來良好的環境效益、經濟效益和社會效益。