我們知道村莊的住戶分布呈現(xiàn)稀疏的散點分布，對于生存資源豐富的自然環(huán)境來說，水對于農(nóng)村住戶來說是取之不盡的，如果家門口正好有一條小溪那么這家人一輩子都不用擔(dān)心用水。然而人類社會在發(fā)展過程中產(chǎn)生了城市，顧名思義就是有具有像城墻一樣的范圍劃定的人類大型聚集地，在地小人多的城市來說，用水自由成了奢侈的事情，不僅需水量大而且產(chǎn)生的生活廢水也是一個大問題，如果生活廢水不能得到凈化處理，直接排入河流中還將污染城市的生活用水，因此生活廢水的有效處理對于一個城市來說至關(guān)重要。

人類產(chǎn)生的生活廢水主要污染物就是有機物，因此生活廢水處理的主要對象是有機物。長期以來，城市生活污水的二級生物處理多采用活性污泥法，即將具有分解作用的微生物以淤泥的方式與廢水接觸，這是傳統(tǒng)的低成本處理方法，是當(dāng)前世界各國應(yīng)用最廣的一種二級生物處理工藝，但是該方法易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，而且淤泥與污水混合后管理較復(fù)雜，使用后還會產(chǎn)生大量的剩余污泥，增加了污泥無害化處理的投資。

因此為了改善傳統(tǒng)生物法的不足，能將微生物固定的生物膜反應(yīng)器隨之發(fā)展起來，特別是能以更少的傳氧能耗處理更多的污水的膜曝氣生物反應(yīng)器(MABR)，這是一種將傳統(tǒng)的生物膜工藝與膜無泡曝氣的供氧方式聯(lián)合起來而誕生的新型污水處理工藝，這個概念最早是在1978年被提出的，之后經(jīng)歷驗證、研究、中試等階段，現(xiàn)在的MABR技術(shù)日益完善化和全面化。

膜曝氣生物反應(yīng)器主要由兩大部分組成，一個是曝氣膜組件，一個是生物膜組件，曝氣膜組件承擔(dān)著提供氧氣和作為微生物生長載體的作用，而生物膜就是在曝氣膜上生長起來的微生物活性膜層，承擔(dān)著“吃掉”有機物凈化廢水的作用。當(dāng)曝氣膜組件投入使用后，氧氣可以在常壓下從曝氣膜組件的空心柱中通入，然后從膜壁表面的眾多膜絲中溢出與廢水接觸，由于膜壁表面的氧氣含量最高，廢水中的好氧菌優(yōu)先在膜壁上生長并分泌胞外聚合物(EPS)， EPS具有粘性，使得越來越多的微生物聚集并牢牢附著，隨著時間膜壁表面的生物膜逐漸變厚，并且從膜壁一側(cè)到廢水一側(cè)的微生物分布，根據(jù)氧氣濃度梯度呈現(xiàn)好氧菌、兼性厭氧菌和厭氧菌的菌層順序。

在處理廢水時，由于氧氣來自膜壁一側(cè)，有機污染物來自廢水一側(cè)，因此MABR在運行過程中可以實現(xiàn)氧氣和有機污染物的異向傳質(zhì)，大大提高除碳和脫氮過程的降解效率和生物膜的壽命。在除碳過程中，廢水中的含碳有機物先進(jìn)入?yún)捬鯇?，由于厭氧菌氧化分解速度較慢，因此未降解完的含碳有機物和初步降解的有機小分子會繼續(xù)進(jìn)入好氧層，由于好氧微生物的氧化降解能力很強，加上厭氧微生物初步降解的輔助作用，可以完全“吃掉”進(jìn)入的全部有機物并且轉(zhuǎn)化為二氧化碳?xì)怏w排到廢水中；而在脫氮過程中，則有廢水中的氨氮先進(jìn)入好氧層，在氧氣條件下進(jìn)行硝化反應(yīng)，亞硝酸鹽細(xì)菌先將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，然后硝酸鹽細(xì)菌再將亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽，隨后硝酸鹽在厭氧層進(jìn)行反硝化反應(yīng)，最終還原成氮氣排入廢水中。

總之生物膜和廢水相互作用使得膜曝氣生物反應(yīng)器能穩(wěn)定運行，其中生物膜通過自身降解凈化作用實現(xiàn)廢水的除碳脫氮過程，而廢水的提供的碳氮“食物”使得生物膜能夠活著，并且通過食物的合理分配讓好氧層細(xì)菌能保持健康狀態(tài)，使得好氧層能牢固的附著在曝氣膜組件的膜壁上。

由分析完膜曝氣生物反應(yīng)器的工作原理后我們可以發(fā)現(xiàn)，這種生物膜反應(yīng)器具有眾多優(yōu)點，首先可以實現(xiàn)無泡常壓的氧氣供應(yīng)，而且直供好氧層，大大提高了氧氣的利用率幾乎能達(dá)到100%；其次該反應(yīng)器生長得到的生物膜附著穩(wěn)定性好，即生物膜可以安穩(wěn)的“住在”膜壁上，提高了生物膜反應(yīng)器的使用壽命；最后該反應(yīng)器生長得到的生物膜能形成從膜壁一側(cè)到廢水一側(cè)的好氧層、兼性厭氧層和厭氧層的分層分布，實現(xiàn)氧氣和有機污染物的異向傳質(zhì)，大大提高了除碳脫氮的效率。

隨著人類社會的發(fā)展，MABR作為高效的生物膜處理技術(shù)，未來在處理生活廢水領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要作用。