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在傳統(tǒng)的污水生物處理技術中，泥水分離是在二沉池中靠重力作用完成的，其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分離效率越高。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運行狀況，改善污泥沉降性必須嚴格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。由于二沉池固液分離的要求，曝氣池的污泥不能維持較高濃度，一般在1.5~3.5g/L左右，從而限制了生化反應速率。水力停留時間（HRT）與污泥齡（SRT）相互依賴，提高容積負荷與降低污泥負荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運行過程中還產生了大量的剩余污泥，其處置費用占污水處理廠運行費用的25%~40%。傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)還容易出現污泥膨脹現象，出水中含有懸浮固體，出水水質惡化。

MBR工藝通過將分離工程中的膜分離技術與傳統(tǒng)廢水生物處理技術有機結合，不僅省去了二沉池的建設，而且大大提高了固液分離效率，并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌（特別是優(yōu)勢菌群）的出現，提高了生化反應速率。同時，通過降低F/M比減少剩余污泥產生量（甚至為零），從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的許多突出問題。

像在任何其他反應堆中一樣，MBR膜內的流體動力學（或混合）在確定MBR內的污染物去除和結垢控制中起著重要作用。它對MBR的能量使用和尺寸要求有重大影響，因此MBR的整個生命周期成本很高。