Membran biyoreaktörler (MBR), klasik aktif çamur sistemlerinin geliştirilmiş şekli olup, biyolojik reaktörler ile membran teknolojisinin birleştirilmiş halidir. Biyolojik arıtmadan sonra, çöktürme havuzu yerine ultrafiltrasyon (UF) veya mikrofiltrasyon (MF) membranları kullanılarak, katı/sıvı ayırma işlemi gerçekleştirilmektedir.
Membran biyoreaktörlerde elde edilen süzüntü suyu, askıdaki maddeler, bakteri ve virüslerden arındırılmış, geri kullanılabilecek mertebede temiz sulardır. Membran biyoreaktörlerin iki değişik tarzı vardır. Bunlardan birincisinde, ayrışma ve ayırma işlemi aynı tankta, ikincisinde ise ayrı tanklarda gerçekleşmektedir. Şekil’de görüldüğü üzere, iki işlemin aynı tankta gerçekleştiği birleşik sistemde, plaka ve çerçeve veya boşluklu elyaf membranlar kullanılmaktadır. Bu sistemlerde, süzüntü akımı vakum ile çekilmektedir. Ayrık sistemde, tübular, spiral sargılı veya boşluklu elyaf membranlar kullanılmaktadır. Biyolojik sistemden çıkan atıksu bir pompa ile membranlara gönderilmektedir. Membranda akım ikiye ayrılmakta, süzüntü kısım uzaklaştırılmakta, konsantre akımı ise biyolojik reaktöre geri devir ettirilmektedir. Evsel atıksuların arıtımında son yıllarda, birleşik sistem MBR sistemleri yaygın hale gelmiştir. Ayrık sistem ise daha çok endüstriyel atıksuların arıtımında kullanılabilmektedir.
MBR’ler özellikle debisi az olan, otel ve tatil köyü gibi yerleşim yerleri için çok uygun bir sistemdir. Evsel atıksuların geri kazanılmasında yaygın kullanımı söz konusu olduğu gibi endüstriyel atıksuların arıtılmasında da bir çok alanda kullanılmaktadır. Son zamanlarda büyük kapasiteli tesislerde de kullanılmaya başlanmıştır
Membran biyoreaktörlerin en önemli özelliği, yüksek organik yükleri karşılayabilmesidir (10 kg KOİ/ m3. gün’e kadar). Membranın tipine bağlı olarak, havalandırma havuzunda biyokütle miktarı, 40000 mg/L mertebesine çıkabilmektedir. Bundan dolayı, havalandırma havuzunun hacmi ile oluşan çamur miktarı çok azalır. Biyokütleye dönüşüm oranı, klasik aktif çamur sistemlerinde, 0.5 kg AKM/kg KOİgiderilen mertebesinde iken, membran biyoreaktörlerde bu değer, 0.05-0.2 kg AKM/kg KOİgiderilen civarındadır.
MBR prosesinin optimum tasarımı oldukça komplekstir. Zira membran performansı ve maliyeti, enerji tüketimi ve çamur arıtımı gibi birçok faktör göz önünde tutulmalıdır. Ayrıca, bunların çoğunluğu birbiri ile alakalı olup yatırım ve işletme masraflarını olumsuz yönde etkileyebilmektedir. MBR'nin avantajı, yüksek biyokütle konsantrasyonunda sistemi kullanabilme imkanıdır. Bu nedenle, hacimsel yükü arttırmak da mümkündür. Yüksek biyokütle konsantrasyonu ise oksijen transferi ve çamur viskozitesini, dolayısıyla enerji masraflarını etkilemektedir.
Membran seçimini etkileyen en önemli faktör, membranın akısıdır. Diğer önemli bir faktör de, membranın maliyetidir. Atıksuyun türüne bağlı olarak, membran seçimi değişebilir. Arıtılacak atıksu geri kazanılacaksa, daha iyi kalitede su üreten membranlar seçilebilir. Ayrıca, membranların tıkanma eğilimi az olmalı (hidrofilik) ve kolay temizlenebilmelidirler.
MBR sistemlerinin boyutlandırılmasında kullanılan en önemli parametre akıdır. Boyutlandırmada, boşluklu elyaf membranlar için akı değeri olarak 10-25 L/m2.sa (ortalama 13 L/m2.sa), levha halindeki membranlar için ise 10
