膜生物反應器（Membrane Bioreactor,MBR）與傳統(tǒng)的活性污泥法（Conventional Activated Sludge,CAS）相比，有更可靠的出水水質和簡便的操作方式[1，2]，被認為是最有前途的水處理技術和中水回用技術之一。但是，膜面的膜孔堵塞和凝膠層及濾餅層等形式的膜污染[3]易造成膜通量的下降，它就象在原有的膜面上

再敷上了一層膜[4]，一些學者稱之為動態(tài)膜（Dynamic Membrane）或次生膜（Second Membrane）[5,6]，把利用這種膜做成的生物反應器稱之為動態(tài)膜生物反應器[6]。盡管膜污染會導致膜通量的下降，但它有助于對小粒子的截留，提高過濾分離性能，而且與相同孔徑的非動態(tài)膜相比，它的滲透性也更好。國內已有部分高校和科研機構在研究動態(tài)膜生物反應器應用于生活廢水的試驗研究[6-9]。他們在研究上均采用了孔徑在100 微米左右的微網材料制成平板式的膜組件。管式膜組件在反應器單位容積過濾面積和操作等方面比平板膜更有優(yōu)勢，本文在實驗室小試基礎上初步考察了管式動態(tài)膜對垃圾滲濾液的處理。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗用水

實驗用垃圾滲濾液取自北京六里屯垃圾填埋場調節(jié)池， 水質為： COD=4058~9151mg/L, BOD5=2800~5700 mg/L, BOD5 /COD=0.63~0.71，NH3-=598~1104mg/L，pH=7.78~8.00。由于該滲濾液含有較高的氨氮和較高的有機物，在進入膜生物反應器之前進行了稀釋和水解處理。實際的膜生物反應器的進水水質為：COD=625.8~1420mg/L, NH3-N=598~1104mg/L, pH=8.14~8.35。

1.2 膜組件

實驗采用的膜材料為PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)細絲材料制成的編織管，管外徑4mm，壁厚0.4mm。實驗采用自制簾式膜組件，膜組件高20cm，有效面積為0.04m2。圖1 是無污染新膜片顯微鏡下放大40倍照片。

1.3 實驗裝置與流程

實驗裝置如圖2 所示。

整個實驗系統(tǒng)有兩部分組成，水解池和動態(tài)膜生物反應器（DMBR），反應器由有機玻璃制成，DMBR是實驗的主反應區(qū)。其中水解池為長方柱形，有效容積24L（0.2×0.15×0.8m），HRT=7d。水解池在工作時有攪拌器（J1-100W）的攪動加強傳質，轉速為500rpm/min。水解池的進水由蘭格蠕動泵（BT-100M）從原水池供給，原水池的垃圾滲濾液經過了適當稀釋，使得水解池的實際進水水質為:COD=2100~3400mg/L,NH3-N=410~620mg/L ，pH=7.86~8.05。DMBR 外型也是長方柱型，有效容積為9L（0.20×0.15×0.30m）。DMBR 內設置擋板將反應器隔為生化區(qū)和膜池。在生化區(qū)和膜池內均設有穿孔曝氣管，生化區(qū)曝氣為 DMBR 內混合液供氧和推動混合液循環(huán)之用，曝氣強度為0.4m3/h，混合液DO=3~5 mg/L；膜池曝氣管的反曝氣強度為1.0m3/h。DMBR 的HRT=3d，MLSS 控制在4.2g/L 左右。DMBR 的進水水質為：

COD=625.8~1420mg/L, NH3-N=598~1104mg/L, pH=8.14~8.48。系統(tǒng)在運行的50 天時間內沒有排泥。膜出270 水利用膜池的液面和膜組件集水管出口間的壓力水頭△H（圖2 所示）自流出水。

1.4 試驗方法

試驗對COD、BOD5、氨氮、濁度、MLSS、DO、pH、粘度等運行參數(shù)進行了測定，方法及所用儀器見表1。

2 結果和討論

2.1 膜通量

2.1.1 清水通量

清水通量實驗用水為自來水。由圖3 可以看出，PET 膜在低壓力下就有著很大的通量，在H △ =0.2cm時，膜通量是37L/m2·h；當H △ 增加到1.0cm 時，膜通量更是達到170L/m2·h。另外，從圖3 可以看到一個有意思的現(xiàn)象，清水通量曲線在y 軸的截距并不是零，而是大于零。范彬[7]也發(fā)現(xiàn)了這個截距不為零的現(xiàn)象，但是他的結論是小于零，他分析認為是膜材料尼龍篩絹的疏水性所致。本實驗所用實驗材料也是疏水性的PET 高聚物[10]，但為什么卻有著相反的結果呢？筆者認為，從圖1 的顯微鏡照片可以看出，膜的單根編織線是由很多細絲組成，在清水過濾時，這些細絲間的孔道很窄，再加上膜的壁厚較大，使得在清水實驗時形成毛細作用，并且和膜的疏水性對水的阻抗作用相比占據(jù)優(yōu)勢地位，這就是在沒有壓力水頭作用下能形成清水出流的原因。

2.1.2 混合液過濾通量

　
圖4 是在H = △ 30cm 時混合液過濾時的膜通量曲線，可以看到在開始過濾時，膜的通量僅為4.5L/m2·h，半小時后，通量降到3.75L/m2·h，并且能長時間的維持在這個水平上，這和清水實驗的高通量形成巨大的反差。這是否是由于PET 聚酯編織膜的疏水性所導致有待研究。據(jù)文獻，聚酯分子結構對稱，結晶度較高，結構中又沒有高極性基團，因此親水性較差[10]。當過濾混合液時，膜表面附近的水分子的Gibbs 自由能（G）取決于水分子和蛋白質之間以及水分子和膜表面之間的氫鍵和極性作用，疏水性、非極性膜表面與水無這種相互作用，結果使膜表面水分子的G 值高于主體溶液中水分子的G 值，使得水溶液中疏水性的蛋白質優(yōu)先迅速吸附于膜表面[11，12]。其次，垃圾滲濾液的營養(yǎng)配比不合理及含有大量不易生物降解的有機物，使得混合液中的生物難以適應，混合液的粘性較大，大量的胞外聚合物（EPS）生成。這樣，PET 聚酯編織膜在混合液過濾時，大量EPS、壞死的生物細胞和其它蛋白質類物質會瞬間吸附在膜表面，阻塞了過水通道，蛋白質和膜的疏水性使得水分子很難靠近膜表面，細絲的編制結構和膜壁較厚加劇了這一過程。當PET聚酯膜在清水實驗時，由于水中沒有或極少蛋白質，難以對水分子的通過構成阻礙。這樣，PET 聚酯膜在應用于清水實驗和混合液過濾時就會形成巨大的反差。實驗發(fā)現(xiàn)：膜絲在混合液中抖動能提高膜通量和增強透水穩(wěn)定性，曝氣沖刷不會對膜造成傷害和斷絲現(xiàn)象，并且對出水水質影響很小。本實驗的膜下反曝氣管一直處于工作狀態(tài)，曝氣強度為1.0m3/h。

由于膜通量較低，客觀上增加了混合液的水力停留時間，HRT=3d 左右，較高的水力停留時間符合生物法處理高濃度有機廢水的要求，能比較充分的實現(xiàn)對污染物的降解，實驗結果表明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，對濁度、COD 和氨氮等都有很好的去除效果。

2.2 混合液MLSS 的變化

DMBR 的接種污泥來自實驗室氣升循環(huán)膜生物反應器的生物池，接種量為3.45g/L。前十天，DMBR污泥的馴化采用了人工配水和水解池出水按2：1 的比例投加的方式，此間的污泥濃度有所上升，到第12天，污泥濃度最大到5.4g/L。此后，膜生物反應器的進水完全該為水解池出水，混合液污泥濃度開始下降，第35 天降至最少2.9g/L，這與垃圾滲濾液的成分復雜不適合微生物正常生長需要有關，通過顯微鏡鏡檢可明顯看出生物相遠不及普通膜生物反應器豐富，而且數(shù)量也相對較少，申歡在研究膜生物反應器處理城市垃圾滲濾液時也發(fā)現(xiàn)了生物量減少和污泥活性降低的現(xiàn)象[13]。隨后，補加接種了8g/L 污泥約1.5L，混合液污泥濃度有所回升。

2.3 對濁度的去除效果6月9日對膜片進行了化學清洗，隨即對膜出水濁度變化情況進行了檢測，檢測結果如圖6 所示。

初始膜出水濁度為21.8，跟其它動態(tài)膜實驗結果[6，9]相比明顯低很多，并且在系統(tǒng)運行過程中沒有出現(xiàn)泄漏[6]導致濁度回升現(xiàn)象，這可能是混合液中蛋白質類物質易于被膜絲吸附的結果，很少能透過膜，印證了前面的推斷的合理性。在半個小時內，濁度迅速降到5 度以下，并且能長時間的維持在1 度以下。正常運行期間的膜出水濁度在常規(guī)檢測中也都在1 度以下。
 

2.4 對COD 的去除效果

圖7 是DMBR 在實驗期間對COD 的去除情況。從圖上可以看出DMBR 的進水COD 變化幅度較大，在625.8625.8~1420mg/L 之間，平均值為974.4mg/L。出水COD 在136.5~428.9mg/L 之間，平均值300.44mg/L，DMBR 對COD 的平均去除率為69.23%。從圖上可以看出，DMBR 在前一段時間的出水COD 相對較低，并且去除率呈下降趨勢，這和這段時間的進水采用人工配水和垃圾滲濾液的混合投加有關系，一方面有易生物降解的人工配水的存在使得出水COD 較低，另一方面垃圾滲濾液對混合液生物相的沖擊使得COD 去除率有所下降。當系統(tǒng)補加了部分污泥后，COD 的去除率又有了回升。此外，通過對DMBR 上清液和膜出水COD 的監(jiān)測，膜對上清液COD 有部分截留作用，平均值為18.27%，但卻不及其它動態(tài)膜[6]，究其原因，可能是PET 膜對有機物吸附性更強，膜絲更密集有機物更難通過的結果。

2.5 對NH3-N 的去除效果

DMBR 的HRT 較長，使得世代時間較長的硝化細菌能夠大量繁殖生長，達到了對氨氮穩(wěn)定良好的去除效果，如圖8 所示。DMBR 的進水氨氮都在400 mg/L 以上，平均值為509.33mg/L，DMBR 出水氨氮均在20mg/L 以下，并且氨氮的去除率都在94%以上，平均去除率高達98.11%。

3 結論

采用新型疏水性PET 聚酯材料的管式動態(tài)膜生物反應器處理垃圾滲濾液，利用重力自流出水。系統(tǒng)穩(wěn)定連續(xù)運行50 天，過濾壓力水頭為30cm，膜通量維持在3.75L/m2·h 左右。動態(tài)膜通量較低的原因，文章分析認為，膜材料的疏水性及膜的編織結構是這一現(xiàn)象的可能因素。疏水性膜在過濾時優(yōu)選吸附混合液中的蛋白質并排斥水分子的通過，膜的細絲編織結構和膜壁較厚加劇了這一過程，確切的原因有待于深入的研究。

系統(tǒng)對濁度，COD 和氨氮有著很好的處理效果。正常運行時濁度在1 度以下，COD 和氨氮的平均去除率分別在69%和98%以上，并且動態(tài)膜對混合液中COD 還有一定的截留作用，平均截留率為18.27%。

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