综述：好氧膜生物反应器在废水深度处理与回用中的研究进展

本综述系统探讨了膜生物反应器（MBR）技术在处理废水并实现资源回用中的核心价值。文章详细解析了MBR的构型设计、膜污染控制策略、数学模型模拟及经济可行性，强调其作为高效固液分离技术在水资源循环利用（包括直接回用水质标准达成）中的关键作用，为废水处理领域提供了重要技术参考。

　　

好氧膜生物反应器（AeMBR）技术因其能够高效处理废水并实现水资源回用，在当前全球淡水短缺的背景下受到广泛关注。随着排放标准日益严格、处理成本上升及用地限制加剧，寻求可持续且高效的废水处理方案成为当务之急。本综述从多个维度展开对AeMBR的系统性分析，涵盖技术原理、运行参数、污染防控策略以及技术经济可行性，为该技术的进一步研究和应用提供理论依据与实践参考。

Abstract

随着淡水资源的日益减少，水的回收、再利用和循环利用逐渐成为关注焦点。此外，严格的废水排放法规、持续增长的处理费用以及有限的用地空间，都促使人们寻找替代性解决方案。膜技术因其广泛的适用性，在与生物处理方法结合时受到了高度重视。数十年间，大量研究证明了膜系统具有令人满意的运行性能。本文全面回顾了膜生物反应器（MBR）的操作，深入探讨其配置方式、设计特性、膜污染现象及其控制策略。同时，探讨了MBR作为可行废水处理方案的潜力和实际应用情况。通过整理工艺参数与出水水质的相关数据，评估了好氧膜生物反应器（AeMBR）的主要研究成果，并对关键影响因素如负荷率、停留时间、错流流速、膜的类型、膜污染及反冲洗等进行了综述。研究还进一步探讨了用于预测MBR效率的现代数学模型与模拟方法，重点聚焦于膜作为固液分离核心单元在实现出水直接回用所需水质方面的重要作用。最后，本文还涵盖了技术经济分析内容，为基于经济可行性的工艺选择提供依据。

Configurations and design attributes

MBR系统主要分为分置式和一体式两种构型。分置式MBR将生物反应器与膜模块分开设置，通常通过外部循环泵维持混合液流过膜表面，该方式较易进行膜清洗和更换，但能耗较高。一体式MBR则将膜组件直接浸没于生物反应器内，依靠抽吸泵产生负压使水透过膜，结构更紧凑、能耗相对较低，是目前应用较广的类型。膜材料方面，常见的有聚偏氟乙烯（PVDF）、聚乙烯（PE）和聚醚砜（PES）等有机聚合物膜，也包括陶瓷膜等无机类型，各具不同的化学稳定性、机械强度和亲疏水性。膜孔径通常在微滤（MF）或超滤（UF）级别，能有效截留悬浮物、细菌及部分大分子有机物。

Membrane fouling and control strategies

膜污染是影响MBR稳定运行与经济效益的核心问题。污染可分为物理污染、化学污染和生物污染，其中生物污染因微生物代谢及胞外聚合物（EPS）的积累而尤为复杂。污染导致膜通量下降、跨膜压差（TMP）上升，增加清洗频率和能耗。为控制污染，通常采取以下策略：优化空气冲刷强度以增强膜面剪切力；定期进行反冲洗（Backwashing）及化学清洗（如采用NaClO或柠檬酸）；添加混凝剂或吸附剂改善污泥性状；以及通过膜表面改性提高抗污染性能。智能控制策略如基于TMP或通量的自动反冲也在现代MBR系统中得到应用。

Process parameters and effluent quality

AeMBR运行中的关键参数包括有机负荷率（OLR）、水力停留时间（HRT）、污泥停留时间（SRT）和污泥浓度（MLSS）。较长的SRT有助于富集慢生菌种，提升系统抗冲击能力及脱氮除磷效果，但过高的MLSS可能加剧膜污染。研究表明，AeMBR系统能稳定达到较高的化学需氧量（COD）、氨氮（NH₃-N）和总氮（TN）去除率，出水浊度低，可直接用于绿化、地下水回灌及某些工业用途。此外，系统对微量有机物和病原体也表现出良好去除能力。

Mathematical modeling and simulation

为优化MBR设计与操作，多种数学模型被用于模拟系统性能。这些模型包括基于活性污泥模型（ASM）的生化过程模拟、计算流体动力学（CFD）用于描述流体分布及膜污染动力学，以及人工神经网络（ANN）等数据驱动方法用于预测膜通量或污染趋势。通过模型分析，可在不同进水条件和操作参数下预测出水水质与能耗，为实际工程提供理论支持。

Financial analysis and feasibility

MBR技术的经济可行性是决定其推广应用的重要因素。虽然初始投资（包括膜组件与配套设备）和运行成本（能耗与膜更换）高于传统活性污泥法，但其出色的出水水质、较小的占地面积以及水资源回用所带来的环境与经济收益，使MBR在区域水资源短缺背景下仍具备显著竞争力。全生命周期成本分析（LCCA）和效益风险综合评价有助于在水处理项目中选择最适合的工艺路线。

Graphical abstract

综述图像摘要直观呈现了AeMBR系统的组成及其在废水处理与回用中的流程，包括污水流入、生物降解、膜分离、出水回用及污染控制等关键环节，突出了技术集成性与资源可持续性。