薄膜生物反應器介紹

薄膜生物反應器 (Membrane bioreactor, MBR) 乃傳統活性污泥法與 薄膜單元結合之一廢水處理技術。傳統活性污泥法因具有經濟性之優點，

因此在處理廢污水上是常見之處理程序，然而微生物容易受到環境的影 響而改變污泥內菌相的分佈情形，造成污泥膨化或壓實的現象，使沈降 性或生物處理效率變差，出流水品質因此降低。薄膜生物反應器結合傳 統活性污泥程序與薄膜單元，透過薄膜單元，可提高污泥及滲透液的分 離效率，除了節省了沈澱池的建造之外，出流水質也更為優秀。

2.4.1 薄膜生物反應器之優缺點

透過薄膜過濾可有效將水中懸浮粒子分離，並將污泥截留在反應槽 中，出流水質不受污泥沉降性的影響。透過較小孔徑之薄膜，更可將 致病菌分離，達到一般傳統程序之消毒效果。

2. SRT 與 HRT 可獨立操作

一般傳統活性污泥程序，需等污泥成長至足夠沉降之粒徑 (> 50 µm) 才可沈澱並去除水中懸浮粒子，而這需要極長之 HRT 以利微生物 生長，然太長的 HRT 處理廢水量便減少。在 MBR 中，污泥只需比孔 徑大即可有效被分離，如此一來 SRT 可彈性控制，並維持較長之 SRT，

以利生長較為緩慢之硝化菌增殖，進而在處理營養鹽時效率提高。

3. 可維持高 MLSS 濃度

濃度高之 MLSS 可減小反應槽所需體積，並利於硝化菌的生長，加 強氨氮的去除率。

4. 污泥產量低

由於 MBR 可維持較長之 SRT，而越長之 SRT 其污泥排放量就越

將薄膜單元應用在傳統活性污泥法中，取代了後續的沈澱池與砂 濾池，而只需將薄膜放至於原有的生物反應槽中，如此大大節省了佔 地空間。

MBR 雖然可提高出流水之品質，但仍有可改善的地方，將分敘如 下幾點

1. 模組設備及操作成本較高

MBR 的薄膜模組價格在其設備當中較為昂貴，且薄膜有一定的使 用壽命，當薄膜因長期使用導致通量下降或透膜壓力 (Trans-membrane pressure, TMP) 上升，且經化學藥洗仍無法回復，則需更換新的膜組。

曝氣亦為 MBR 主要的花費之一，特別是沉浸式 MBR。曝氣率為 MBR 重要的一項操作參數，適當的曝氣可將薄膜上的附著物予以刮除 (Scouring)，進行簡單的物理性清洗，如此可維持薄膜的通透性。另外，

曝氣可提高反應槽內的溶氧，提供微生物所需之氧氣。

MBR 乃利用泵浦將滲透液透過薄膜抽出，此處便有動力費用產生。

另外污泥的迴流亦為另一動力花費。而與沈浸式 MBR 相比，旁流式在 動力花費上較高。

2. 較複雜的操作程序

雖然適當的曝氣可刮除薄膜表上的的一些積垢，但當 MBR 操作一 段時間後，仍會發生通量下降或透膜壓力上升，此時薄膜需要進行化 學藥洗。化學藥洗為 MBR 操作時必要的一項程序，固定的藥洗可延長 薄膜使用的壽命。

在薄膜阻圔的控制及改良，Judd (2006) 提出幾點建議：1. 進流水 作適當的前處理。2. 薄膜作適當的定期物理及化學清洗。3. 降低通量。

4. 增加曝氣量。5. 使用化學或生物方式改善污泥性質。

2.4.2 應用現況與未來趨勢

MBR 技術首次實際應用在廢水處理始於 1969 年。爾後，歐洲各國 及美國等陸續有 MBR 的實廠建立。從 1998 到 2008 短短十年之間，全 歐洲 MBR 設廠已從不到一百間的數量上升到近六百家，其中工業廢水 又比都市污水多出一倍以上。目前全球 MBR 市場預計每年有 10.5% 的 成長率，其產值將由 2008 年的 2.96 億美元增加至 2013 年的 4.88 億美 元 (Kraume and Drews, 2010; Santos and Judd, 2010)。

近年來，為了使 MBR 去除效能更為提昇，除了傳統活性污泥法外，

許多其他廢水處理技術也與 MBR 作結合，例如生物膜 MBR (Biofilm MBR, BF-MBR) (Leiknes and Odegaard, 2007; Sun et al., 2010)；好氧顆 粒性污泥 MBR (Aerobic granular sludge MBR, AGMBR) (Tay et al., 2007)；間歇曝氣式 MBR (Intermittently aerated membrane bioreactor, IAMBR) (Yeom et al., 1999; Choi et al., 2008) ； 薄 膜 蒸 餾 反 應 器 (membrane distillation bioreactor, MDBR) (Phattaranawik et al., 2008) 及滲 透壓薄膜反應器(Osmotic membrane bioreactor, OMBR) (Cornelissen et al, 2011) 等。