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膜生物反应器(Membrane bio-reactor, MBR)是将废水生物处理技术与膜分离技术相结合的一种高效、实用的新型污水处理技术。但是膜污染成为MBR广泛应用的瓶颈,它会导致膜通量下降,增加膜组件更换和清洗的频率,从而增加了MBR的运行费用。因此,解决膜污染问题是今后研究的重点和难点。本文通过平行对比研究的方法,考察了投加粉末活性炭(Powdered activated carbon,PAC)对长期运行的MBR处理效果及反应器中污泥混合液特性的影响,并探讨加入PAC减缓膜污染的原因。试验结果表明:1)本试验条件下,两个反应器对COD、NH4+-N和浊度的去除效果显著,平均去除率都在95%以上,出水COD<15mg/L,NH4+-N<1.0mg/L,浊度<2NTU,其中PAC-MBR的去除效果要优于MBR。说明PAC的投加可以提高膜生物反应器的处理效能。2)PAC的投加改善了微生物的生存环境,使污泥浓度(mixed liquor suspended solids, MLSS)增长的更快。PAC的引入增强了污泥絮体抗曝气剪切力的能力,使污泥絮体平均粒径增大了9.21%,污泥黏度减小了15.92%,从而减缓了泥饼层的形成并使泥饼层比较疏松、透水性好。因而减缓了过膜压力的增长,减轻膜污染,延长了膜组件的使用周期。3)比较两个反应器上清液中有机物相对分子质量分布特征发现,PAC的投加能有效减少上清液中的有机物含量,尤其是对相对分子质量较小的有机物的去除率更高,提高了5.5%;从反应器出水相对分子质量分布观察得知,PAC对改善出水水质起到一定作用;同时还发现膜组件对相对分子质量较大物质的截留作用更加明显,从而保证了出水的稳定性。4)对膜组件使用一个周期内的膜阻力进行分析发现,总过滤阻力(total resistance, Rt)、膜表面滤饼层阻力(cake resistance, Rc)和膜孔堵塞阻力(pore blocking resistance, Rp)均随着SRT的增加而增大。Rc/Rt(26.32%~63.16%)始终大于Rp/Rt(7.89%~35.32%),说明Rc是膜污染的主要因素;投加PAC对控制Rc的作用大于对Rp的减缓作用。因此,PAC的投加主要是减缓Rc,从而减轻膜污染。5)混合液中胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)含量与污泥比阻(Specific resistance to filtration, SRF)之间具有很好的相关性,MBR和PAC-MBR中两者的关系式分别为:y=630496x-2E+07和y=268792x+945830,结果表明,投加PAC可降低混合液中EPS含量,从而降低污泥比阻值;Rc随污泥比阻值的增加呈指数增长趋势,MBR和PAC-MBR中两者关系式分别为:y=0.1972e0.653x和y=1.0381e0.2125x,说明污泥比阻值减小,泥饼层透水性增强,Rc的增加速度就会减慢,从而达到控制膜污染的目的。6)拟合上清液中溶解性微生物产物(soluble microbial products, SMP)的浓度与Rp的关系,得出MBR与PAC-MBR中两者关系式分别为:y=0.1424e0.3336x和y=0.1129e0.337x。结果表明,上清液中SMP浓度越大,Rp的增加速度越快。PAC的投加,降低了上清液中SMP的浓度,减轻了膜孔堵塞程度,增加了膜的透过性,减缓了Rp的增长速度,从而减轻膜污染。