姜文斐，徐 琳

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

1 PAC-MBR 組合工藝原理及運(yùn)行

1.1 PAC-MBR 組合工藝原理

PAC-MBR 技術(shù)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(jī)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(xié)同作用，生成了生物活性碳，提高了對有機(jī)物的降解去除率，并促進(jìn)了PAC 的再生。另外，大部分學(xué)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(shù)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(yùn)行

與常規(guī)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(jìn)行了優(yōu)化。合理的PAC 投加量對膜污染程度、出水質(zhì)量有重要影響，是影響生產(chǎn)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(qiáng)度等是否處于有利的狀態(tài)有關(guān)。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(chǎn)生競爭。PAC 對易降解的低分子材料進(jìn)行吸附，增加了反應(yīng)器中難以生物降解的物質(zhì)，加速了細(xì)菌自身的分解，并增加了EPS（細(xì)胞外聚合物）的數(shù)量，加劇了環(huán)境的污染。

1.2.2 曝氣量

目前，MBR 技術(shù)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(jìn)后的PAC-MBR 工藝不但可以提高出水的質(zhì)量，還可以有效地減少廢水中的小分子物質(zhì)在膜表面的吸附、膜中的阻塞，從而提高了膜的結(jié)構(gòu)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(tǒng)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(xué)者將生物活性炭膜生物反應(yīng)系統(tǒng)（BACSMBR）與傳統(tǒng)的活性污泥膜生物反應(yīng)系統(tǒng)（AS-SMBR）進(jìn)行了對比，結(jié)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(guān)學(xué)者指出，PAC 的加入能保持MBR 系統(tǒng)在較低的膜壓下保持高流量，而PAC-MBR 技術(shù)對發(fā)酵廢水進(jìn)行了處理，結(jié)果表明，加入PAC后，臨界流量提高了23%左右。有關(guān)學(xué)者的試驗(yàn)結(jié)果表明，在MBR中投入少量PAC 后，可以實(shí)現(xiàn)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(xué)者為了達(dá)到高通量、高脫除效率或更穩(wěn)定的操作性能，對PAC-MBR 的合成工藝進(jìn)行了改進(jìn)。有關(guān)研究人員將粉狀活性碳PAC 技術(shù)與動態(tài)膜生物反應(yīng)器聯(lián)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(xué)者將PAC 作為預(yù)涂劑，與工業(yè)過濾膜組合在一起，形成了預(yù)涂的動態(tài)膜生物反應(yīng)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(nèi)部擴(kuò)散，減少了膜的污染，同時，通過刷洗，膜流量就能恢復(fù)，無須使用任何化學(xué)藥劑。

另外，在此基礎(chǔ)上，采用生物陶粒柱和粉狀活性碳復(fù)合膜生物反應(yīng)器構(gòu)成的生物陶粒柱PAC-MBR 系統(tǒng)，不但克服了膜生物反應(yīng)器中氨氮脫除能力差、消除亞硝酸鹽積聚的缺點(diǎn)，同時膜生物反應(yīng)器的有機(jī)物負(fù)載也得到了顯著的改善，對高錳酸鹽指數(shù)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(xué)者先將PAC 預(yù)處理到常規(guī)的聚酯纖維濾布上，以取代常規(guī)的微濾膜，建立了一種預(yù)處理的動態(tài)薄膜。經(jīng)過一個月的運(yùn)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(yàn)證明，采用PAC 預(yù)涂的動態(tài)薄膜工藝可以明顯地改善體系的穩(wěn)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(dǎo)致膜孔阻塞，膜表面污染物沉積，導(dǎo)致膜通量急劇下降，膜間壓力急劇增大。膜污染本質(zhì)上是由于膜表面和膜內(nèi)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(diào)節(jié)其特性是一個非常有意義的、切實(shí)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(zhì)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(xiàn)在：提高了污泥的粒度分布、提高了絮體的抗壓強(qiáng)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(yīng)用

20 世紀(jì)90 年代后期到現(xiàn)在，MBR 技術(shù)的研究重點(diǎn)是城市和生活污水，目前MBR 技術(shù)的應(yīng)用范圍已經(jīng)從難降解工業(yè)廢水和高污染廢水兩個方向發(fā)展。

3.1 城市及生活污水

MBR 技術(shù)在城市和生活污水中的應(yīng)用最為廣泛，許多學(xué)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(xué)者們的意見不一。

一些學(xué)者認(rèn)為，加入PAC 可以有效地改善有機(jī)物的脫除。在PAC-MBR 復(fù)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(xì)胞、酶、有機(jī)物和氧，為微生物的代謝創(chuàng)造了有利的條件，微生物酶能夠進(jìn)入活性碳的微孔中，降解有機(jī)物，并將其分解，形成空隙，使其進(jìn)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(jī)物的脫除效果。

也有其他學(xué)者對PAC 污泥進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，認(rèn)為PAC 污泥具有較大的顆粒尺寸，有利于形成好氧、缺氧環(huán)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(shù)量和活力，并提高了脫氮效果。但有學(xué)者提出，加入PAC 后，雖能有效地改善有機(jī)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(xué)者則認(rèn)為，添加PAC 對提高出水質(zhì)量沒有顯著的效果。有學(xué)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(yōu)越性也隨之下降。也有學(xué)者通過試驗(yàn)證實(shí)，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(zhì)被有機(jī)物污染，某些指標(biāo)超出衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)量龐大，污染物濃度較低，而且污染物類型多樣，性質(zhì)復(fù)雜，特別是某些難降解、易生物積累、三致效應(yīng)的重點(diǎn)污染物。因此，對微量污染廢水進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、高效的治理，是目前國內(nèi)外有關(guān)科研與管理的一個重要課題。近年來，PAC-MBR 技術(shù)已成為許多學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。有關(guān)研究人員利用MBR 技術(shù)和PAC-MBR技術(shù)對阿特拉津進(jìn)行了治理。研究發(fā)現(xiàn)，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(yàn)，發(fā)現(xiàn)PAC-MBR 法處理有機(jī)污染物的去除效率比單純MBR 提高50%以上[4]。

4 結(jié)語

PAC-MBR 技術(shù)在廢水治理中的應(yīng)用已經(jīng)有20 多年的歷史了，人們普遍認(rèn)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(jī)物質(zhì)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(jìn)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(tài)平衡狀態(tài)，使PAC 的吸附量增大，硝化菌的數(shù)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(wěn)定、高質(zhì)量。

在PAC-MBR 復(fù)合工藝中，EPS 的吸附與降解機(jī)制以及EPS的轉(zhuǎn)化機(jī)制仍需進(jìn)一步探討。此外，本技術(shù)在高濃度、難于生物降解的工業(yè)廢水及特種行業(yè)的廢水中，仍需探索出適合于各種廢水的工藝運(yùn)行參數(shù)，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(yīng)用范圍。目前，微生物廢水的治理技術(shù)已經(jīng)得到了迅速的發(fā)展，PAC-MBR 技術(shù)在廢水治理中的應(yīng)用與研究具有廣泛的前景。