李 娟

（南京城建環(huán)保水務股份有限公司，江蘇 南京 210000）

在國內近年的飛速發(fā)展中，水資源的利用愈加受到重視。在城市內的給水排水系統(tǒng)，也已成為大自然水循環(huán)中重要的組成部分。作為自然循環(huán)和社會循環(huán)的重要聯(lián)系點，污水深度處理在城市排水系統(tǒng)擔任著重要的角色。

在眾多的污水處理工藝中，膜分離工藝是近二十年內快速進步的一項新型凈水技術，相對較早的傳統(tǒng)工藝，其設備更為簡單，操作方便且凈水效率極高。膜生物反應器MBR（Membrane Bio-Reactor）就是把膜分離工藝和生物反應原理有效聯(lián)系，從而對水質進行處理[2]。在生物反應器內存在數量眾多的微生物，其與容器內的基質進行充分的反應，通過微生物的呼吸作用將有機物降解。之后膜組件對這些部分處理后的水進一步篩分，將富含微生物的污泥截留于生物反應器中，防止微生物的流失。

在MBR膜的工作過程中，物料內的微粒如膠體顆粒和溶質大分子在膜表面或孔洞內堆積，導致膜通量和膜的分離特性發(fā)生變化，產生膜污染的現象。膜污染的發(fā)生原理如下：較膜孔徑更小的顆粒在?？變炔课蕉逊e，經由濃縮結晶以及沉淀，造成堵塞從而導致膜污染；物料中的膠體，微生物被膜阻攔，通過吸附等作用相互結合，在膜的表層形成了沉積，降低了膜通量；膜的穿透壓力和膜孔的堵塞導致膜的表層發(fā)生濃差極化的現象，當其處于極限濃度時，溶液內析出難降解的小分子，其與污泥中部分固態(tài)物質相吸附，產生凝膠層，導致膜污 染[3]。

對于膜技術的運用而言，擁有可靠的操作性是最為關鍵的。而在微濾的過程中，膜污染又是操作可靠性中的關鍵點。本次研究就是對幾類由不同材質的MBR膜進行探討，對其不同工作環(huán)境下投入活性炭，研究其工作特性，盡可能保證MBR膜的工作穩(wěn)定性。

1 實驗方案

1.1 實驗裝置

本次實驗采用兩組裝置，其運用的膜組件分別為水廠常用的聚偏氟乙烯（PVDF）超濾膜組件和聚氯乙烯（PVC）超濾膜組件。

單個的反應器中有效容積是16 L，其中包括缺氧區(qū)和好氧區(qū)兩個部分，容積分別為4 L和12 L。在曝氣區(qū)里有內循環(huán)的導流板，用于加強水流在膜面的沖刷能力。實驗中的來水是用水泵抽送至裝置中，PVC超濾膜和PVDF超濾膜的膜生物反應器中都設有兩組簾式膜。對于該實驗裝置，其出水也是模仿水廠工作環(huán)境，用抽吸泵抽出。實驗中采用的兩類膜組件的參數見表1。

表1 膜生物反應器內的實驗膜的參數

1.2 實驗用水的水質

兩個容器的水源都為同一水箱，內裝有人工調制的生活污水，BOD5與N、P三者的比例為100：5：1，其主要的成分是無水硫酸鈉、氯化銨、硫酸二氫鉀。詳細參數見表2。

表2 模擬生活污水的成分表

1.3 監(jiān)測項目和監(jiān)測方法

在本次研究過程里，我們通過對裝置內的各類數據進行測量，從而對MBR膜的運行情況進行分析，實驗的監(jiān)測項目和監(jiān)測方案如表3所示。

表3 監(jiān)測項目與監(jiān)測方案

2 未投加活性炭時MBR膜的處理效果實驗

2.1 活性污泥的培養(yǎng)

本次實驗中采用的接種污泥源于南京市江心洲污水處理廠二沉池，其顏色是深褐色，通過鏡檢可以檢測到污泥內含有纖毛蟲與鐘蟲。把污泥曝氣36個小時后進行靜置，去除上清液，再通過篩網進行過濾除去其內所含的大顆粒雜質。用5 g/L的初始濃度接種于兩膜生物反應器內，先以低濃度的模擬生活污水馴服，直至COD濃度達到500 mg/L。

2.2 膜組件的處理效果

我們在實驗參數里選擇進水處COD，測得污泥濃度為9～10 g/L，水體溫度則處于25攝氏度左右，而在反應容器內，我們采取間歇空曝氣的方法運行60 d進行數據測量，對比不同類型的膜組件對出水水質狀態(tài)的作用。

我們從實驗中可得出如下結論，在進水情況較穩(wěn)定的情形下，兩組膜生物反應器的出水COD濃度并沒有太大的差距。在凈水工藝中，我們常把膜生物反應器對有機物的去除分成兩個步驟，前者為生物反應器對有機物的降解和去除作用，后者則是膜對有機物去除的作用過程。在膜生物反應器內，由于膜組件的存在，容器內部的活性污泥不會丟失，微生物濃度一直處于較高的水平，從而大大提升了活性污泥與污染物的接觸時間，加強了該流程中有機物的去除水平。

在另一方面，針對溶解性的有機物，膜對其的去除作用主要分為三個方面，首先是膜通過其自身所含的膜孔對有機物進行篩分截留；其次是膜的表層已經膜孔處的吸附作用；最后則是在膜表面堆積出的沉淀層，對有機物的篩分與吸附。根據含有不同的特性的污泥以及不同材質特性的膜組件，膜生物反應器對有機污染物的凈化能力各有差異，三種作用在其凈化流程系統(tǒng)內所占權重各有不同。

在本次實驗過程中，兩組膜生物反應器采用的是兩種材質不同的膜組件，而膜絲孔徑也有所差異，PVC超濾膜的孔徑是0.01微米，PVDF超濾膜的孔徑則為0.02微米，但從圖二的實驗數據中我們可以看出，兩者出水的COD濃度相差極小。

3 投加活性炭對反應器凈化規(guī)律的影響

本次實驗主要研究的是投加活性炭后對膜污染的控制作用。在實驗過程內，外來顆粒物的投加可能使污染物原有的降解規(guī)律產生相應的影響，故而在接下來的實驗中，在投加等量活性炭后，我們除了對水體COD方面去除規(guī)律影響的相關數據外，再增添對膜通量的衰減速率的比較實驗，通過分析這些數據研究活性炭的投加對膜污染的影響。

3.1 COD的去除

我們對兩個生物反應器取同等的進水與操作條件，兩者在工作過程中的COD去除效率基本都處于90%以上，而總去除效率更是超過95%，出水處COD數值處于10 g/L以下。至于兩容器的生物去除率，只在開始的半月內有所波動，之后穩(wěn)定保持于90%的數值。

兩生物反應器都擁有，對COD的較高去除率，但是反應器2號的處理效果并非十分優(yōu)越。通過分析可得出其原因。首先由于PVC超濾膜的孔徑較PVDF超濾膜更小，而本次實驗中所使用的污水為模擬配置用水，可生化性相對較高，有機物濃度相對不是太高。其次，本實驗中我們所使用的是A/O工藝，在缺氧區(qū)，通過不完全厭氧處理水體內有機物的方法，提升廢水水體的可生化性。在膜組件工作過程中，其篩濾作用只能截留溶解性有機物里分子體量大于膜的截留能力的有機物。而針對那些小分子有機物，則是通過膜和沉積物的吸附作用。

3.2 膜通量衰減速率的比較

膜通量的物理意義為在單位時間內單位膜面積上所通過滲透液的體積，是MBR性能評價的重要指標，其反映的就是膜污染的狀況。

為盡可能減少溫度對膜通量的影響，本次實驗中所有實驗數據都折算成25攝氏度時的通量

公式內的J25指折算為25攝氏度時的膜通量，JT則指溫度為T時所測得的實際流通量，ηT指溫度為T時純水的粘度，η25代表的是25攝氏度下純水的粘度。

又通過達西方程我們可以得知，膜的固有阻力計算式為

在該公式中，R表示過濾的總阻力，ΔP指作用于膜兩側的壓強，μ代表的是透過液的粘度，J指的是膜通量。

經過六個月的運行測量后我們可以得出如下結論，膜通量的衰減處于一個較快的狀態(tài)，正常新膜的清洗周期是2～4個月。在同一個清洗的周期內，兩容器內的膜組件有著相類似的通量變化規(guī)律。在一個清洗周期內，我們比較了兩生物反應器膜通量的衰減速率，得出下表：

表4 一個清洗周期內膜通量衰減速率比較

由表中可知，投加了活性炭的PVDF超濾膜較PVC超濾膜的膜通量衰減速率更小，由此我們可知，在利用活性炭投加解決MBR膜的膜污染問題上，PVDF超濾膜運用該方案解決膜污染的性價比更高。

4 結語

總之，在未來的水處理過程中，我們還要將研究重點放在MBR膜如何更好地處理膜污染問題上，推廣新型污水處理技術，合理利用好水資源。