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进入90年代中后期，膜--生物反应器在国外已进入了实际应用阶段。加拿大Zenon公司首先推出了超滤管式膜--生物反应器，并将其应用于城市污水处理。为了节约能耗，该公司又开发了浸入式中空纤维膜组件，其开发出的膜--生物反应器已应用于美国、德国、法国和埃及等十多个地方，规模从380m3 /d至7600m3/d。日本三菱人造丝公司也是世界上浸入式中空纤维膜的知名提供商，其在MBR的应用方面也积累了多年的经验，在日本以及其他国家建有多项实际MBR工程。日本Kubota公司是另一个在膜--生物反应器实际应用中具有竞争力的公司，它所生产的板式膜具有流通量大、耐污染和工艺简单等特点。国内一些研究者及企业也在MBR实用化方面进行着尝试。
膜--生物反应器已应用于以下领域：
城市污水处理及建筑中水回用
1967年第一个采用MBR工艺的废水处理厂由美国的Dorr-Oliver公司建成，这个处理厂处理14m3/d废水。 1977年，一套污水回用系统在日本的一幢高层建筑中得到实际应用。1980年，日本建成了两座处理能力分别为 10m3/d 和50m3/d的MBR处理厂。90年代中期，日本就有39座这样的厂在运行，最大处理能力可达500m3 /d，并且有100 多处的高楼采用MBR将污水处理后回用于中水道。1997年，英国Wessex公司在英国Porlock建立了当时世界上最大的MBR系统，日处理量达2000m3，1999年又在Dorset的Swanage建成了13000m3/d的MBR工厂。
1998年5月，清华大学进行的一体式膜--生物反应器中试系统通过了国家鉴定。2000年初，清华大学在北京市海淀乡医院建起了一套实用的MBR系统，用以处理医院废水，该工程于2000年6月建成并投入使用，运转正常。2000 年 9 月，天津大学杨造燕教授及其领导的科研小组在天津新技术产业园区普辰大厦建成了一个MBR示范工程，该系统日处理污水25t，处理后的污水全部用于卫生间的冲洗及绿地浇洒，占地面积为10平方米，处理每吨污水的能耗为0.7kW·h。
工业废水处理
90年代以来，MBR的处理对象不断拓宽，除中水回用、粪便污水处理以外，MBR在工业废水处理中的应用也得到了广泛关注，如处理食品工业废水、水产加工废水、养殖废水、化妆品生产废水、染料废水、石油化工废水，均获得了良好的处理效果。90年代初，美国在Ohio建造了一套用于处理某汽车制造厂的工业废水的MBR系统，处理规模为151m3/d，该系统的有机负荷达6.3kgCOD/m3·d ，COD去除率为94%，绝大部分的油与油脂被降解。在荷兰，一座脂肪提取加工厂采用传统的氧化沟污水处理技术处理其生产废水，由于生产规模的扩大，结果导致污泥膨胀，污泥难以分离，最后采用Zenon的膜组件代替沉淀池，运行效果良好。
微污染饮用水净化
随着氮肥与杀虫剂在农业中的广泛应用，饮用水也不同程度受到污染。LyonnaisedesEaux公司在90年代中期开发出同时具有生物脱氮、吸附杀虫剂、去除浊度功能的MBR工艺，1995 年该公司在法国的Douchy建成了日产饮用水400m3的工厂。出水中氮浓度低于0.1mgNO2/L，杀虫剂浓度低于0.02μg/L 。
粪便污水处理
粪便污水中有机物含量很高，传统的反硝化处理方法要求有很高污泥浓度，固液分离不稳定，影响了三级处理效果。MBR的出现很好地解决了这一问题，并且使粪便污水不经稀释而直接处理成为可能。
日本已开发出被称之为NS系统的屎尿处理技术，最核心部分是平板膜装置与好氧高浓度活性污泥生物反应器组合的系统。NS系统于1985年在日本琦玉县越谷市建成，生产规模为10kL/d，1989年又先后在长崎县、熊本县建成新的屎尿处理设施。NS系统中的平板膜每组约0.4m2共几十组并列安装，做成能自动打开的框架装置，并能自动冲洗。膜材料为截流分子量20000的聚砜超滤膜。反应器内污泥浓度保持在15000~18000mg/L范围内。到 1994 年，日本已有1200多套MBR系统用于处理4000多万人的粪便污水。
土地填埋场/肥渗滤液处理
土地填埋场/堆肥渗滤液含有高浓度的污染物，其水质和水量随气候条件与操作运行条件的变化而变化。 MBR技术在1994年前就被多家污水处理厂用于该种污水的处理。通过MBR与RO技术的结合，不仅能去除SS、有机物和氮，而且能有效去除盐类与重金属。美国Envirogen公司开发出一种MBR用于土地填埋场渗滤液的处理，并在新泽西建成一个日处理能力为40万加仑（约1500m3/d）的装置，在2000年底投入运行。该种MBR使用一种自然存在的混合菌来分解渗滤液中的烃和氯代化合物，其处理污染物的浓度为常规废水处理装置的50 ～ 100倍。能达到这一处理效果的原因是，MBR能够保留高效细菌并使细菌浓度达到50000g/。在现场中试中，进液COD为几百至40000mg/L，污染物的去除率达90%以上。
国内外 MBR 主要应用领域及相应百分比率： 污水类型 所占百分比率（%） 工业污水 27 城市污水 12 建筑污水 24 垃圾 9 家庭污水 27
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