處理污水廠尾水的MBR/PAC 組合工藝中試研究

姜文斐，徐 琳

（1.重慶泓泰和正生態環境科技有限公司，重慶 401120；2.重慶市生態環境科學研究院，重慶 401147；3.重慶匯天環保工程有限公司，重慶 400084）

1 PAC-MBR 組合工藝原理及運行

1.1 PAC-MBR 組合工藝原理

PAC-MBR 技術是將PAC 作為載體，在MBR 污泥中加入PAC，通過對污泥中EPS、微膠體、可溶性有機物的吸附和絮凝，可以增加污泥的粒徑、抗壓性能、增加膜表面的孔隙率、壓密性，從而減小膜的過濾阻力和污染程度，增加了膜的通量，同時，PAC污泥的吸附與生物降解協同作用，生成了生物活性碳，提高了對有機物的降解去除率，并促進了PAC 的再生。另外，大部分學者相信，通過對PAC 污泥的阻隔作用，以及對PAC 污泥的吸附與承載作用，可以使其在水中的硝化菌數量和活力有所增加，同時還可以在一定程度上改善諸如渾濁等污染因素。

1.2 PAC-MBR 組合工藝的運行

與常規的AS-MBR 相比，PAC-MBR 工藝在曝氣量、通量、膜壓差、膜清潔周期等方面進行了優化。合理的PAC 投加量對膜污染程度、出水質量有重要影響，是影響生產安全的重要因素。

1.2.1 PAC 投加量

PAC 的加入與污泥的組成、粒徑、強度等是否處于有利的狀態有關。PAC 的投加量太小，其效果不顯著，而PAC 的吸附量太大，PAC 的吸收速率較高，會使其在吸收和降解之間產生競爭。PAC 對易降解的低分子材料進行吸附，增加了反應器中難以生物降解的物質，加速了細菌自身的分解，并增加了EPS（細胞外聚合物）的數量，加劇了環境的污染。

1.2.2 曝氣量

目前，MBR 技術的推廣受到了限制，其主要原因是為了保持高的膜通量，必須使用更大的曝氣量，從而增加了操作成本。改進后的PAC-MBR 工藝不但可以提高出水的質量，還可以有效地減少廢水中的小分子物質在膜表面的吸附、膜中的阻塞，從而提高了膜的結構和性能，從而可以在低空氣比的情況下保持低膜的阻力和高的膜通量，從而大大減少了系統的能耗。

1.2.3 臨界通量和跨膜壓力

加入PAC 后，生物活性炭渣在膜表面形成了一種多孔、疏松的絮凝劑，其抗壓性能得到了提高，膜過濾壓力升高速度顯著下降，臨界流量增大。有學者將生物活性炭膜生物反應系統（BACSMBR）與傳統的活性污泥膜生物反應系統（AS-SMBR）進行了對比，結果顯示，BAC-SMBR 的臨界流量比AS-SMBR 高出32%；同樣的恒流流量下，BAC-SMBR 的膜壓上升得更慢。相關學者指出，PAC 的加入能保持MBR 系統在較低的膜壓下保持高流量，而PAC-MBR 技術對發酵廢水進行了處理，結果表明，加入PAC后，臨界流量提高了23%左右。有關學者的試驗結果表明，在MBR中投入少量PAC 后，可以實現較大流量、較長的工作周期[1]。

1.3 PAC-MBR 組合工藝的特殊變型

由于一些特定的處理需求，一些學者為了達到高通量、高脫除效率或更穩定的操作性能，對PAC-MBR 的合成工藝進行了改進。有關研究人員將粉狀活性碳PAC 技術與動態膜生物反應器聯合用于城市污水的治理，比單純DMBR 具有更好的處理效果。此外，也有學者將PAC 作為預涂劑，與工業過濾膜組合在一起，形成了預涂的動態膜生物反應器，不但能有效地去除污染物，還能有效地阻止污染物和微生物在膜的表面和內部擴散，減少了膜的污染，同時，通過刷洗，膜流量就能恢復，無須使用任何化學藥劑。

另外，在此基礎上，采用生物陶粒柱和粉狀活性碳復合膜生物反應器構成的生物陶粒柱PAC-MBR 系統，不但克服了膜生物反應器中氨氮脫除能力差、消除亞硝酸鹽積聚的缺點，同時膜生物反應器的有機物負載也得到了顯著的改善，對高錳酸鹽指數的平均去除率為76.97%，對氨氮、亞硝酸鹽的去除率分別為95.50%和99.15%。

有學者先將PAC 預處理到常規的聚酯纖維濾布上，以取代常規的微濾膜，建立了一種預處理的動態薄膜。經過一個月的運行，廢水COD 和NH3-N 的脫除率分別為97.5%和76.1%，而膜的過濾壓力只上升到0.27MPa。試驗證明，采用PAC 預涂的動態薄膜工藝可以明顯地改善體系的穩定性[2]。

2 PAC-MBR 組合工藝膜污染

膜污染是由于液相中主要成分與膜表面的相互作用，導致膜孔阻塞，膜表面污染物沉積，導致膜通量急劇下降，膜間壓力急劇增大。膜污染本質上是由于膜表面和膜內的孔隙污染物，而這些污染物的源頭是活性污泥的混合物，所以調節其特性是一個非常有意義的、切實可行的方法。

在PAC-MBR 中添加了粉狀活性碳后，污泥混合液的性質得到了明顯的改善，同時也減少了膜的污染。PAC 對污水處理的效果主要體現在：提高了污泥的粒度分布、提高了絮體的抗壓強度、減少了EPS、微膠體、溶解性污染物等。

3 PAC-MBR 組合工藝在各種污水處理中的應用

20 世紀90 年代后期到現在，MBR 技術的研究重點是城市和生活污水，目前MBR 技術的應用范圍已經從難降解工業廢水和高污染廢水兩個方向發展。

3.1 城市及生活污水

MBR 技術在城市和生活污水中的應用最為廣泛，許多學者都同意加入PAC 可以有效地控制膜污染，但對于添加PAC 的效果如何，學者們的意見不一。

一些學者認為，加入PAC 可以有效地改善有機物的脫除。在PAC-MBR 復合工藝中，加入PAC 可使生物活性碳在PAC-MBR中生成，具有良好的吸附和生物降解作用。PAC 的加入，增加了固體和液體的接觸面積，并在其表面吸附微生物細胞、酶、有機物和氧，為微生物的代謝創造了有利的條件，微生物酶能夠進入活性碳的微孔中，降解有機物，并將其分解，形成空隙，使其進行生物再生，極大地改善了碳的吸附性能，并在一定程度上改善了有機物的脫除效果。

也有其他學者對PAC 污泥進行了大量的試驗研究，認為PAC 污泥具有較大的顆粒尺寸，有利于形成好氧、缺氧環境；PAC絮體污泥是硝化菌的主要吸附形式，因此PAC 絮體污泥能有效地吸收硝化菌，使其在一定程度上增加了硝化菌的數量和活力，并提高了脫氮效果。但有學者提出，加入PAC 后，雖能有效地改善有機物的脫除效果，但對脫除NHN、濁度的作用并不明顯。還有一些學者則認為，添加PAC 對提高出水質量沒有顯著的效果。有學者指出，PAC-MBR 法處理初期的污染效果明顯，但隨著處理時間的推移，其吸附性能下降，其優越性也隨之下降。也有學者通過試驗證實，加入PAC 后，無論有無添加PAC，COD 和NH3-N 的去除率均大于95%，且主要依賴于生物處理[3]。

3.2 微污染水

微污染水一般是指水質被有機物污染，某些指標超出衛生標準，數量龐大，污染物濃度較低，而且污染物類型多樣，性質復雜，特別是某些難降解、易生物積累、三致效應的重點污染物。因此，對微量污染廢水進行經濟、高效的治理，是目前國內外有關科研與管理的一個重要課題。近年來，PAC-MBR 技術已成為許多學者關注的焦點。有關研究人員利用MBR 技術和PAC-MBR技術對阿特拉津進行了治理。研究發現，采用PAC-MBR 工藝處理阿特拉津廢水，其脫除率為16%，顯著高于MBR 法處理后的20.22%。與MBR 相比，PAC-MBR 體系的微生物量增加了2 個量級，且對污染物的抵抗能力和入口水流的沖擊能力也有所提高。通過比較試驗，發現PAC-MBR 法處理有機污染物的去除效率比單純MBR 提高50%以上[4]。

4 結語

PAC-MBR 技術在廢水治理中的應用已經有20 多年的歷史了，人們普遍認為PAC-MBR 工藝中加入1g/L 的PAC，以PAC粒子作為載體，將EPS、微膠體、溶解性有機物質等吸附在污泥中，可以增大污泥的粒徑、抗壓能力、增加膜表面的孔隙率、過濾和沉淀性能，進而減小膜的過濾阻力、污染程度、膜通量。同時，加入PAC 后，生成了生物活性碳，使其具有吸附與生物降解的雙重作用，并使其在整個過程中處于動態平衡狀態，使PAC 的吸附量增大，硝化菌的數量和活性增加，在一定程度上改善了廢水的脫除效果，確保了出水的穩定、高質量。

在PAC-MBR 復合工藝中，EPS 的吸附與降解機制以及EPS的轉化機制仍需進一步探討。此外，本技術在高濃度、難于生物降解的工業廢水及特種行業的廢水中，仍需探索出適合于各種廢水的工藝運行參數，以得到更好的處理效果，從而更大程度上拓寬該組合工藝的應用范圍。目前，微生物廢水的治理技術已經得到了迅速的發展，PAC-MBR 技術在廢水治理中的應用與研究具有廣泛的前景。