膜生物反应器可分为三类：膜分离生物反应器，膜-曝气生物反应器，萃取-膜生物反应器。
一、膜分离生物反应器
膜生物反应器是膜分离技术与生物处理工艺的结合，简称MBR工艺。膜生物反应器与传统活性污泥法相比，主要区别是用膜组件代替二沉池，利用膜组件进行固液分离，截留的污泥回流到（或仍存在于）反应器中，透过水排放或回用。
膜分离生物反应器按膜组件与生物反应器的相对位置可分为一体式膜生物反应器、分置式膜生物反应器和复合式膜生物反应器三种。
1、一体式膜生物反应器
一体式膜生物反应器，将膜组件置于生物反应器中，以此代替传统活性污泥法的二沉池，利用真空泵或其他类型的泵进行抽吸，得到过滤液，成为系统的处理水。
一体式NBR利用曝气产生的气液向上剪切力实现膜面的错流效应，也有在膜组件附近进行叶轮搅拌或通过膜组件自身旋转来实现错流效应。一体式NBR的最大特点是运行能耗低。但一些学者认为，一体式NBR在运行稳定性、操作管理方面和膜清洗更换上不及分置式。
2、分置式膜生物反应器
在分置式膜生物反应器中，膜组件设在反应器外，反应器中的混合液由泵加压后进入膜组件，在压力的作用下过滤液成为系统的处理水，活性污泥、大分子等物质被膜截留，回流到生物反应器。分置式NBR采用的膜组件一般为平板式和管式。
分置式MBR通过混合液循环产生错流效应，其特点是：运行稳定、操作简单、易于膜的清洗和更换。为了减少膜的污染，循环泵提供的混合液流速很高，动力消耗较大。
3、复合膜生物反应器
复合膜生物反应器在形式上仍属于一体式膜生物反应器，主要特征是在生物反应器内加装填料，从而改变了膜生物反应器的某些性质，成为生物膜法与膜分离技术相结合的生物处理工艺，称之为复合膜生物反应器。
常用于NBR工艺的膜有微滤膜（MF）和超滤膜（UF）。目前大多数MBR工艺采用的膜孔径均在0.1~0.4μm之间，用来截留以微生物絮凝体为主的活性污泥，完全可以达到目的。
二、膜-曝气生物反应器
采用透气性致密膜（如硅橡胶膜）或微孔膜（如疏水性聚合膜），以板式或中空纤维式组件，在保持气体分压低于泡点的情况下，实现向生物反应器的无泡曝气。无泡曝气-MBR由于传递的气体含在膜系统中，因此增加了接触时间，极大地提高了氧的传递效率。因为供氧面积一定，所以该工艺氧的传递不受气泡大小和接触时间的影响，只与供氧面积有关。同时由于气液两相被膜分开有效地将曝气和混合功能分开，有利于曝气工艺的更好控制。
三、萃取-膜生物反应器
萃取MBR工艺是膜萃取和生物降解技术的结合，利用膜将工业废水中有毒、溶解性差的优先污染物从废水中萃取出来，然后利用专性菌对其进行单独的生物降解，从而使专性菌不受废水中离子强度和pH值的影响，生物反应器的功能得以优化。
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