我们知道村庄的住户分布呈现稀疏的散点分布，对于生存资源丰富的自然环境来说，水对于农村住户来说是取之不尽的，如果家门口正好有一条小溪那么这家人一辈子都不用担心用水。然而人类社会在发展过程中产生了城市，顾名思义就是有具有像城墙一样的范围划定的人类大型聚集地，在地小人多的城市来说，用水自由成了奢侈的事情，不仅需水量大而且产生的生活废水也是一个大问题，如果生活废水不能得到净化处理，直接排入河流中还将污染城市的生活用水，因此生活废水的有效处理对于一个城市来说至关重要。

人类产生的生活废水主要污染物就是有机物，因此生活废水处理的主要对象是有机物。长期以来，城市生活污水的二级生物处理多采用活性污泥法，即将具有分解作用的微生物以淤泥的方式与废水接触，这是传统的低成本处理方法，是当前世界各国应用最广的一种二级生物处理工艺，但是该方法易出现污泥膨胀现象，而且淤泥与污水混合后管理较复杂，使用后还会产生大量的剩余污泥，增加了污泥无害化处理的投资。

因此为了改善传统生物法的不足，能将微生物固定的生物膜反应器随之发展起来，特别是能以更少的传氧能耗处理更多的污水的膜曝气生物反应器(MABR)，这是一种将传统的生物膜工艺与膜无泡曝气的供氧方式联合起来而诞生的新型污水处理工艺，这个概念最早是在1978年被提出的，之后经历验证、研究、中试等阶段，现在的MABR技术日益完善化和全面化。

膜曝气生物反应器主要由两大部分组成，一个是曝气膜组件，一个是生物膜组件，曝气膜组件承担着提供氧气和作为微生物生长载体的作用，而生物膜就是在曝气膜上生长起来的微生物活性膜层，承担着“吃掉”有机物净化废水的作用。当曝气膜组件投入使用后，氧气可以在常压下从曝气膜组件的空心柱中通入，然后从膜壁表面的众多膜丝中溢出与废水接触，由于膜壁表面的氧气含量最高，废水中的好氧菌优先在膜壁上生长并分泌胞外聚合物(EPS)， EPS具有粘性，使得越来越多的微生物聚集并牢牢附着，随着时间膜壁表面的生物膜逐渐变厚，并且从膜壁一侧到废水一侧的微生物分布，根据氧气浓度梯度呈现好氧菌、兼性厌氧菌和厌氧菌的菌层顺序。

在处理废水时，由于氧气来自膜壁一侧，有机污染物来自废水一侧，因此MABR在运行过程中可以实现氧气和有机污染物的异向传质，大大提高除碳和脱氮过程的降解效率和生物膜的寿命。在除碳过程中，废水中的含碳有机物先进入厌氧层，由于厌氧菌氧化分解速度较慢，因此未降解完的含碳有机物和初步降解的有机小分子会继续进入好氧层，由于好氧微生物的氧化降解能力很强，加上厌氧微生物初步降解的辅助作用，可以完全“吃掉”进入的全部有机物并且转化为二氧化碳气体排到废水中；而在脱氮过程中，则有废水中的氨氮先进入好氧层，在氧气条件下进行硝化反应，亚硝酸盐细菌先将氨氮转化为亚硝酸盐，然后硝酸盐细菌再将亚硝酸盐氧化为硝酸盐，随后硝酸盐在厌氧层进行反硝化反应，最终还原成氮气排入废水中。

总之生物膜和废水相互作用使得膜曝气生物反应器能稳定运行，其中生物膜通过自身降解净化作用实现废水的除碳脱氮过程，而废水的提供的碳氮“食物”使得生物膜能够活着，并且通过食物的合理分配让好氧层细菌能保持健康状态，使得好氧层能牢固的附着在曝气膜组件的膜壁上。

由分析完膜曝气生物反应器的工作原理后我们可以发现，这种生物膜反应器具有众多优点，首先可以实现无泡常压的氧气供应，而且直供好氧层，大大提高了氧气的利用率几乎能达到100%；其次该反应器生长得到的生物膜附着稳定性好，即生物膜可以安稳的“住在”膜壁上，提高了生物膜反应器的使用寿命；最后该反应器生长得到的生物膜能形成从膜壁一侧到废水一侧的好氧层、兼性厌氧层和厌氧层的分层分布，实现氧气和有机污染物的异向传质，大大提高了除碳脱氮的效率。

随着人类社会的发展，MABR作为高效的生物膜处理技术，未来在处理生活废水领域将发挥重要作用。