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已有的关于OMBR的研究均是采用HTI生产的三醋酸纤维(cellulose triacetate , CTA)材质的FO膜。最近面世的另一种材质的FO膜一聚酞胺复合薄膜(thin film composite polyamide , TFC)的稳定性和亲水更好,且反向盐渗透更低,具有更好的应用前景。因此,本文选取HTI公司生产的TFC材质的FO膜构建MFO-MBR,并从运行通量、出水水质、盐度积累、污泥性质和膜污染等方面来考察MFO-MBR处理生活污水的运行性能。
实验接种污泥取自连续处理模拟生活污水3个月以上的浸没式MBR,混合液悬浮固体浓度(mixedliquor suspended solids,MLSS)为5.5 -7.0 g / L,混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)为3. 85 -5. 95 g / L,MLVSS/MLSS为0. 70 - 0. 85。本实验采用的实验用水为人工配制的模拟生活污水,其中,葡萄糖、碳酸氢钱和磷酸二氢钾分别为其主要的碳源、氮源和磷源。浸没式MBR的介绍和模拟生活污水的配方见文献。
为考察MFO-MBR中FO膜污染情况,本实验采用膜污染评价装置进行评价。如图2所示,该装置主要由原料液池、FO膜组件和汲取液系统等组成。原料液池的有效容积为0. 9 L。FO膜组件分为上下相同的两室,上侧通汲取液,下侧过进料液,每室尺寸均为:宽40 mm、长85 mm、深20 mm。测试原料液为去离子水,汲取液为1. 0 mol / L氯化钠,浓盐为5. 0 mol / L氯化钠,实验在25℃恒温室中进行,每30 min测定一次通量,连续运行8 h。
实验使用的MF膜为聚偏氟乙烯( polyvinylidene fluoride , PVDF)材质的平板膜,其平均孔径为0. 2 um。FO膜为HTI公司生产的TFC材质的平板膜。所用FO膜为非对称膜,分为活性层和支撑层,且已有研究表明膜污染物更易于在支撑层沉积,因此本实验所采用的膜的朝向为“活性层朝向原料液”。FO膜和MF膜元件的有效面积分别为0. 057 m2和0. 060 m2。MF膜的通量控制在(11士1)LM H。
近年来,膜生物反应器(membrane bioreactor, MBR)由于具有出水水质好、占地面积小、剩余污泥少、操作管理方便等优点,在污水处理与回用领域得到了快速的推广应用。然而,目前MBR仍然面临着膜污染较重的问题,影响了工艺的经济性和稳定性。2008年,国外学者提出了一种新型的MBR替代工艺,正渗透膜生物反应器( osmotic membrane bioreactor, OMBR)。OMBR采用正渗透(forward osmosis , FO)膜代替传统MBR中使用的微滤( micro-filtration, MF)膜或超滤( ultra-filtration , OF)膜来实现泥水分离。由于FO过程借助两侧的渗透压差而不是外加压力作为驱动力,与MBR相比,OMBR具有工艺能耗低、膜污染趋势小、出水水质可靠等优点。作为一种新型的污水处理方法,OMBR目前仍处于研究阶段,遇到的瓶颈之一就是盐度的积累。FO膜的高效截留和反向盐扩散导致OMBR内盐度大幅上升,直接造成渗透压差的减少和FO膜通量的大幅衰减,同时对微生物活性产生不利影响。
考虑到MF膜具有允许溶解性盐透过的特性,笔者在之前的研究中提出了采用MF膜来控制OMBR中盐度积累的设想,成功实现了盐度的控制。以此为基础,在本研究中提出了一种新型的污水处理与回用工艺—祸合MF的OMBR ( micro-filtration and forward osmosis membrane bioreactor, MFO-MBR)。MFO-MBR中FO膜的出水满足饮用水的标准,可以作为高品质的回用水,而MF膜的出水可以满足城市杂用水的水质标准。基于此,MFO-OMBR在今后的污水处理与回用领域应该具有良好的应用前景。
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