膜生物反應器技術(shù)起源于20世紀60年代的美國。膜生物反應器的研究與應用可分為三個階段:階段:1966年,美國的Dorroliver公司先將MBR用于廢水處理的研究;1968年,Smith等將好氧活性污泥法與超濾膜相結(jié)合的MBR用于處理城市污水;1969年Budd等的分離式MBR技術(shù)獲得了美國。20世紀70年代初期,好氧分離式MBR處理城市污水的試驗規(guī)模進一步擴大,同時,厭氧MBR研究也相繼開始進行,實驗室規(guī)模的研究與中試規(guī)模的研究均取得了較滿意的結(jié)果。這一時期MBR的應用由于受當時膜生產(chǎn)技術(shù)的限制,直到20世紀70年代后期,大規(guī)模好氧膜生物反應器才開始在北美應用。第二階段:20世紀70年代末期,日本由于國土面積小,地面水體因徑流距離較短而導致其自凈能力差、生態(tài)系統(tǒng)脆弱、易受污染。

MBR由于具有占地面積小和出水水質(zhì)優(yōu)良的優(yōu)勢,使其應用有了很快的進展。自1983年到1987年,日本有13家公司使用好氧MBR處理大樓廢水,經(jīng)處理后的水做中水回用,處理規(guī)模達50m3/d一250m3/d。日本1985年開始的“水綜合再生利用系統(tǒng)90年代計劃”把MBR的研究在污水處理對象與規(guī)模方面都大大推進了一步。目前在日本運行(包括在建)的膜生物反應器占的66%。第三階段(1995年—至今):進入20世紀90年代中后期,越來越多的歐洲將MBR用于生活污水和工業(yè)廢水的處理。目前主要有四家大公司經(jīng)營MBR,它們分別是加拿大Zenon公司,日本MitsubishiRayon公司,法國sue-LDE/IDI公司和日本Kubota公司。Zenon、MitsubishiRayon和Kubota公司生產(chǎn)一體式聚合物中空纖維膜組件,而Suez-LDE/IDI生產(chǎn)分體式管式陶瓷膜組件。加拿大的Zenon公司先推出了超濾管式膜生物反應器,并將其應用于城市污水處理。

目前,大部分應用于城市污水處理的MBR處理能力范圍為不大于378.5m3/d,但處理能力高378.5m3/d-1892.5m3/d的MBR數(shù)量在逐步增加。在膜生物反應器的應用中,98%以上是好氧膜生物反應器。其中55%以上是一體式膜生物反應器。好氧膜生物反應器主要是針對城市廢水及生活污水的處理,厭氧膜生物反應器主要是針對高濃度有機廢水的處理。HRT(水力停留時間)、SRT(污泥齡)和污泥負荷對好氧膜生物反應器去除城市和工業(yè)廢水的CODcr和BOD5影響不大,但污泥齡和污泥負荷對硝化效率有明顯的影響。好氧膜生物反應器處理城市污水,曝氣分別占分體式和一體式MBR總能耗的20%～50%和80%～99%。污泥濃度、污泥負荷和水力停留時間對MBR的CODcr去除效果影響不明顯。污泥產(chǎn)率和污泥活性隨著污泥齡的降低而增加,但污泥降解污染物的能力不太受污泥齡變化的影響。同常規(guī)活性污泥法中的污泥相比,好氧膜生物反應器中的污泥顆粒小,粘度高,泡沫多,結(jié)構(gòu)疏松,活性低,并且污泥的沉降和脫水性能差,在常規(guī)活性泥法中較長的污泥齡有助于高一級微型動物(原生和后生動物)的產(chǎn)生,但現(xiàn)有的研究表明,當膜生物反應器長時間不排泥時,污泥中很少或沒有原后生動物出現(xiàn),遺憾的是至今并不清楚為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。采用熒光原位雜交(FISH,Fluorescentinsituhybridization)對膜生物反應器中的污泥進行分析,結(jié)果表明:膜生物反應器中微生物群落含有的細菌細胞遠少于常規(guī)活性污泥法,并且膜生物反應器的低污泥產(chǎn)率來自于微生物的內(nèi)源呼吸而不是生物捕食。