用于微污染地表水处理的膜生物反应器的中试研究
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摘要
地表水作为饮用水源水，其日益严重的污染问题已引起水处理工程师们的广
泛关注。如今，对有机物和氨氮的去除已经成为人们在水处理过程中最为关心的
两大问题。在中国，应用 MBR 进行地表水处理的研究工作已于近些年展开，但
均限于小试试验。同时，膜污染问题的存在仍是将 MBR 广泛应用于饮用水处理
的一大障碍。
在以往小试研究的基础上，本文进行了应用膜生物反应器（membrane
bioreactor，MBR）处理微污染地表水的中试研究。试验共进行了 130 天。试验
原水采用人工配制，其 CODMn 的范围为 8.08~27.26 mg/L，NH3-N 的范围为
2.48~17.79 mg/L， 原水浊度在 3.5~51.6 NTU 之间。试验中投加了粉末活性炭
（powdered activated carbon，PAC）来强化处理效果，研究发现在微滤膜分离与
生物处理和 PAC 吸附的联合作用下 MBR 取得了良好的污染物去除效果。在反应
器稳定运行阶段，浊度的平均去除率达 99.7%， CODMn、UV254 、UV410的平均
去除率分别为 84.8% ，89.1%和 99.8%，此外 97.4% 的 NH3-N 也得到了去除。
试验获得了高质量的出水，满足《生活饮用水卫生规范》（2001）的要求。同时，
反应器运行期间出现了膜通量的衰减，对污染的膜组件进行了物理、化学清洗，
就各清洗步骤对膜通量恢复的贡献进行了评价，分析了洗脱液成分并推测了膜污
染物的组成。此外，本文还针对试验过程中遇到的一些现象进行了讨论，如反应
器中贫营养环境对生物活性的影响、泥饼层的形成对 MBR 正常运行的影响等。
在文章的最后还提出了今后试验的改进建议。
Worsening micro-polluted problems in surface water used as sources of drinking
water have provoked growing concern among the water treatment engineers. The
organics and ammonia nitrogen removal in water treatment becomes an important
issue. In China, MBR (membrane bioreactor) has been studied for water treatment in
recent years. But up to now it has been mainly adopted in lab-scale experiment. And
membrane fouling is still regarded as the major obstacle to the wide application of
MBR in drinking water treatment.
In this paper, on the basis of former small-scale experiments, a pilot-scale
micro-filtration MBR for micro-polluted surface water treatment was studied. PAC
(powdered activated carbon) was dosed into the reactor and performance of the MBR
was investigated. With the combined effects of biological treatment, PAC adsorption
and micro-filtration, organic and nitrogenous compounds were eliminated efficiently
in MBR. In 130 d experiment, raw water was synthetic micro-polluted surface water
with CODMn of 8.08~27.26 mg/L, NH3-N of 2.48~17.79 mg/L and turbidity of
3.5~51.6 NTU. During the steady state period, 84.8% of CODMn, 89.1% of UV254,
99.8% of UV410, 99.7% of turbidity and 97.4% of NH3-N could be removed. The
treated water can meet the Sanitary Standard for Drinking Water Quality (2001).
Reduction of permeate flux with time was found in this process. A study was
conducted on characteristics of membrane-fouling matter and cleaning of fouled
membranes. Effectiveness of various physical and chemical techniques in membrane
cleaning was also examined in this study. Besides, a discussion was given on some
phenomenon occurred during the MBR operation in this paper, such as how to
maintain the viability of biomass in the bioreactor when the raw water is in an
oligotrophic condition and influence of MBR stable operation by the formation of
cake layer, etc. At the end of this paper, some suggestions were proposed to ensure
better operation of MBR in further studies.
泛关注。如今，对有机物和氨氮的去除已经成为人们在水处理过程中最为关心的
两大问题。在中国，应用 MBR 进行地表水处理的研究工作已于近些年展开，但
均限于小试试验。同时，膜污染问题的存在仍是将 MBR 广泛应用于饮用水处理
的一大障碍。
在以往小试研究的基础上，本文进行了应用膜生物反应器（membrane
bioreactor，MBR）处理微污染地表水的中试研究。试验共进行了 130 天。试验
原水采用人工配制，其 CODMn 的范围为 8.08~27.26 mg/L，NH3-N 的范围为
2.48~17.79 mg/L， 原水浊度在 3.5~51.6 NTU 之间。试验中投加了粉末活性炭
（powdered activated carbon，PAC）来强化处理效果，研究发现在微滤膜分离与
生物处理和 PAC 吸附的联合作用下 MBR 取得了良好的污染物去除效果。在反应
器稳定运行阶段，浊度的平均去除率达 99.7%， CODMn、UV254 、UV410的平均
去除率分别为 84.8% ，89.1%和 99.8%，此外 97.4% 的 NH3-N 也得到了去除。
试验获得了高质量的出水，满足《生活饮用水卫生规范》（2001）的要求。同时，
反应器运行期间出现了膜通量的衰减，对污染的膜组件进行了物理、化学清洗，
就各清洗步骤对膜通量恢复的贡献进行了评价，分析了洗脱液成分并推测了膜污
染物的组成。此外，本文还针对试验过程中遇到的一些现象进行了讨论，如反应
器中贫营养环境对生物活性的影响、泥饼层的形成对 MBR 正常运行的影响等。
在文章的最后还提出了今后试验的改进建议。
Worsening micro-polluted problems in surface water used as sources of drinking
water have provoked growing concern among the water treatment engineers. The
organics and ammonia nitrogen removal in water treatment becomes an important
issue. In China, MBR (membrane bioreactor) has been studied for water treatment in
recent years. But up to now it has been mainly adopted in lab-scale experiment. And
membrane fouling is still regarded as the major obstacle to the wide application of
MBR in drinking water treatment.
In this paper, on the basis of former small-scale experiments, a pilot-scale
micro-filtration MBR for micro-polluted surface water treatment was studied. PAC
(powdered activated carbon) was dosed into the reactor and performance of the MBR
was investigated. With the combined effects of biological treatment, PAC adsorption
and micro-filtration, organic and nitrogenous compounds were eliminated efficiently
in MBR. In 130 d experiment, raw water was synthetic micro-polluted surface water
with CODMn of 8.08~27.26 mg/L, NH3-N of 2.48~17.79 mg/L and turbidity of
3.5~51.6 NTU. During the steady state period, 84.8% of CODMn, 89.1% of UV254,
99.8% of UV410, 99.7% of turbidity and 97.4% of NH3-N could be removed. The
treated water can meet the Sanitary Standard for Drinking Water Quality (2001).
Reduction of permeate flux with time was found in this process. A study was
conducted on characteristics of membrane-fouling matter and cleaning of fouled
membranes. Effectiveness of various physical and chemical techniques in membrane
cleaning was also examined in this study. Besides, a discussion was given on some
phenomenon occurred during the MBR operation in this paper, such as how to
maintain the viability of biomass in the bioreactor when the raw water is in an
oligotrophic condition and influence of MBR stable operation by the formation of
cake layer, etc. At the end of this paper, some suggestions were proposed to ensure
better operation of MBR in further studies.
引文
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