考慮到MF膜具有允許溶解性鹽透過的特性，筆者在之前的研究中提出了采用MF膜來控制OMBR中鹽度積累的設想，成功實現了鹽度的控制。以此為基礎，在本研究中提出了一種新型的污水處理與回用工藝―禍合MF的OMBR 。MFO-MBR中FO膜的出水滿足飲用水的標準，可以作為高品質的回用水，而MF膜的出水可以滿足城市雜用水的水質標準。基于此，MFO-OMBR在今后的污水處理與回用領域應該具有良好的應用前景。
已有的關于OMBR的研究均是采用HTI生產的三乙酸纖維材質的FO膜。最近面世的另一種材質的FO膜一聚酞胺復合薄膜的穩定性和親水更好，且反向鹽滲透更低，具有更好的應用前景。因此，本文選取HTI公司生產的TFC材質的FO膜構建MFO-MBR，并從運行通量、出水水質、鹽度積累、污泥性質和膜污染等方面來考察MFO-MBR處理生活污水的運行性能。
1 實驗部分
1.1 實驗裝置
本實驗采用的MFO-MBR裝置如圖1所示，主要由生物反應器、空氣供給系統、進水系統、出水系統、FO膜組件、MF膜組件和汲取液系統等組成。生物反應器的有效體積為
7. 0 L，在膜元件下方連續曝氣，一方面為反應器提供氧氣，另一方面增加膜面的剪切力，減緩膜污染。
實驗使用的MF膜為聚偏氟乙烯材質的平板膜，其平均孔徑為0. 2 um。中空纖維膜紡絲機外形像纖維狀，具有自支撐作用的膜。它是非對稱膜的一種，其致密層可位于纖維的外表面／如反滲透膜，也可位于纖維的內表面(如微濾膜和超濾膜)。對氣體分離膜來說，致密層位于內表面或外表面均可。 FO膜為HTI公司生產的TFC材質的平板膜。所用FO膜為非對稱膜，分為活性層和支撐層，且已有研究（research)表明膜污染物更易于在支撐層沉積，因此本實驗所采用的膜的朝向為“活性層朝向原料液”。FO膜和MF膜元件的有效面積分別為0. 057 m2和0. 060 m2。MF膜的通量控制在LM H。
汲取液選取1.0 mol / L的氯化鈉溶液，并通過電導率儀控制濃度，當電導率儀示數小于設定值時，濃鹽泵就會將
5. 0 mol / L的氯化鈉溶液打入汲取(吸取汲取教訓)液池中，以保證汲取液濃度穩定（解釋:穩固安定；沒有變動)，從而提供穩定的滲透壓差，排除由于汲取液稀釋而引起的通量下降的影響。
整個實驗過程在℃的恒溫室內運行，HRT控制在 h, SRT為10 d,曝氣量為0. 45士0. 02 ) m3 / h，污泥濃度最終穩定在 g / L，進水為人工配置的生活污水，連續運行30 d。
1. 2 接種污泥和實驗用水
實驗接種污泥取自連續處理模擬生活污水3個月以上的浸沒式MBR,混合液懸浮固體濃度為5.5 -7.0 g / L，混合液揮發性懸浮固體濃度為
3. 85 -
5. 95 g / L,MLVSS/MLSS為0. 70 - 0. 85。本實驗采用的實驗用水為人工配制的模擬生活污水，其中，葡萄糖、碳(C)酸氫錢和磷酸二氫鉀分別為其主要的碳源、氮源和磷源。浸沒式MBR的介紹和模擬生活污水的配方見文獻。
1. 3 膜污染評價裝置
為考察MFO-MBR中FO膜污染情況，本實驗采用膜污染評價裝置進行評價。如圖2所示，該裝置主要由原料液池、FO膜組件和汲取液系統等組成。原料液池的有效容積為0. 9 L。 FO膜組件分為上下相同的兩室，上側通汲取液，下側過進料液，每室尺寸均為:寬40 m
M、長85 m
M、深20 mm。測試原料液為去離子水，汲取液為
1. 0 mol / L氯化鈉，濃鹽為
5. 0 mol / L 氯化鈉，實驗（experiment)在25℃恒溫室中進行，每30 min測定一次通量，連續運行8 h。
1. 4實驗方法
膜通量采用單位時間內通過單位面積膜的透過量表示。進水、活性污泥濾液、出水的NHQ -N濃度均用國家標準方法測定。進水、活性污泥濾液、出水的TOC用TOC分析儀測定。
活性污泥中溶解性胞外聚合物和附著性胞外聚合物的提取采用加熱離心提取法。 SMP和BEPS的含量均采用多糖和蛋白質加和的形式表征，其中蛋白質用考馬斯亮藍0250染色法測定，多糖采用苯酚一硫酸法測定。
運行結束后的污染膜組件，其中一面膜裁剪出2片
8. 5 cm x
4. 0 cm大小的污染膜，分別用來分析清洗前和清洗后的膜通量;另一面裁取
5. 0 mm x
5. 0 mm的污染膜，于38℃下烘干2h，通過SEM-EDX分析污染膜面的形態和元索種類。此外，借助多重染色結合激光（LASER)共聚焦顯微鏡的方法分析污染膜面的生物污染。結合已有文獻，使用異硫氰酸熒光索，刀豆蛋白A ，卡爾科弗盧爾熒光增白劑和總細胞核酸染劑SYTO 63四種染色劑分別對FO膜樣品的生物污染層中的蛋白質，α-D-毗喃多糖，β-D-毗喃多糖和微生物總細胞進行染色，并分別在488、 552、 405和638 nm的激發波長下通過CLSM 進行觀察，染色劑的制備以及詳細的染色過程(guò chéng)參見文獻。
2 結果與討論
2. 1 通量和鹽度的變化
通量和混合液電導率隨時間的變化如圖3所示。中空纖維膜紡絲機通過膜技術進行水處理，應用于制藥、釀造、餐飲、化工、市政污水回傭、醫院、小區污水會用、造紙等生產生活污水處理。膜分離技術是一種廣泛應用于溶液或氣體物質分離、濃縮和提純的分離技術。膜壁微孔密布，原液在一定壓力下通過膜的一側，溶劑及小分子溶質透過膜壁為濾出液，而大分子溶質被膜截留，達到物質分離及濃縮的目的。膜分離過程為動態過濾過程，大分子溶質被膜壁阻隔，隨濃縮液流出，膜不易被堵塞，可連續長期使用。膜生物反應器在污水處理，水資源再利用領域，MBR又稱膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor ）,是一種由膜分離單元與生物處理單元相結合的新型水處理技術。由圖3可知，反應器內電導率在剛加入FO膜后，即有大幅度上升，這主要是由于反向鹽滲透（Osmosis)。5d后電導率穩定在
1. 7 mS / cm左右，這表明MF的引入成功實現了MFO-MBR的低鹽度環境。FO膜通量在初始運行階段，隨著時間的推移呈明顯下降趨勢，至第13天時穩定在
6. 5 LMH左右，之后隨時間的增加通量相對穩定（解釋:穩固安定；沒有變動)。需要指出的是，在整個運行過程(guò chéng)中，MF膜的通量始終維持在11 LMH,未發生通量的衰減。在已有關于未引入MF膜的OMBR研究中，進水水質、汲取液種類及濃度和接種污泥均相同的條件下，TFC膜通量在第10天后穩定在
3. 0 LMH，反應器內電導率增加至22 mS / cm。與之相比，本研究的MFO-MBR具有更低的鹽度和更高的運行通量。這說明MF膜的引入不僅可以使反應器維持在低鹽環境，而且由于鹽度的下降造成了FO膜運行通量的大幅提高。同時，與已有采用CTA材質FO膜的禍合MF膜的OMBR相比，在相同的運行條件下，TFC膜控制的鹽度低于CTA膜，這說明TFC膜比CTA膜具有更好的鹽度控制效果。
2. 2 TOC和NH4+ -N的變化
為了考察MFO-MBR去除氨氮和有機物的性能，分別測定進水、污泥濾液、FO膜和MF膜出水的NH4+ -N和TOC濃度，結果如圖4所示。從圖4可以發現，活性污泥濾液中的NH4+ -N濃度初始階段略高，隨后呈下降趨勢，最終穩定在0. 5 mg / L 左右，而MF出水和FO出水NH4+ -N去除率始終高達98%。從圖4還可以發現，污泥上清液TOC濃度維持在18 mg / L左右，生物作用去除了88%的有機物，而FO的截留作用較MF截留效果更突出，最終FO出水TOC的去除率可達到96%以上，但是MF膜的出水TOC也始終小于10 mg / L 。綜合NH4+ -N和TOC的去除情況，MF膜的加入有效緩解了鹽度積累的問題，使反應器維持在低鹽度的環境下運行，有效提高了NH4+ -N的生物去除效果，而由于FO膜的高截留性能，TOC的濃度大幅下降，保證了出水水質的穩定。從出水水質來看，MFO-MBR中的MF的出水可以滿足城市雜用水的水質要求，而FO的出水在經過RO的處理后完全可以達到飲用水的標準。
2. 3 EPS的變化
EPS來自于正常的細胞分泌物、細胞裂解和水解產物，由多糖、蛋白質、脂類、核酸等組成，根據位置（position )和結合方式的不同可以分為BEPS和SMP。 MFO-MBR裝置中活性污泥的SMP和BEPS的變化如圖5所示。需要指出的是，本研究采用多糖和蛋白質相加的形式來表征EPS的量，由于本實驗主要以葡萄糖為碳(C)源，所有的SMP和BEPS都以多糖為主。這也與相關的報道一致。
從圖5可以看出，活性污泥的SMP和BEPS含量在初始階段都有上升的趨勢，然后趨于穩定。結合圖3中反應器內電導率的變化情況，初始階段鹽度的突然上升導致污泥產生大量的EPS，而隨著時間的推移，反應器內鹽度穩定，EPS的含量亦沒有較大的變化。在已有的OMBR研究中，由于鹽度沒有控制，會出現EPS含量持續上升的情況。然而，雖然本研究的EPS含量比較穩定，但是其含量較高。考慮到EPS對膜污染的重要貢獻，穩定的高EPS濃度可能會加重MFO-MBR運行過程中FO膜的生物污染。
2. 4 FO膜感染
2.
4. 1 污染膜的外部形貌及元素組成
為了原位分析(Analyse)膜面污染物的形態和組成，通過SEM和EDX分別分析膜面污染物的形態以及膜面元素的組成，結果如圖6所示。
SEM結果表示，膜面全部被污染物覆蓋，呈不規則形狀。EDX結果顯示，污染膜的成分包括
C、
N、
O、N
A、M
G、A
I、S
I、
P、
S、C
I、Ca和Fe等離子，其中無機污染離子主要為N
A、S
I、
P、
S、C
I、Ca和Fe，其次為Mg和Al。在MFO-MBR運行過程中，進水和活性污泥中都存在這些金屬離子，因此，進水和活性污泥為無機污染的主要來源，這與已有研究結果相似。
2.4.2 污染膜的生物污染物
圖7為MFO-MBR連續運行30 d后FO膜表面生物感染層中總細胞、蛋白質(protein)、α-D-毗喃多糖及β-D-毗喃多糖4種污染物質的CLSM圖像。從圖7可以看出，FO膜的生物污染層主要由總細胞、蛋白質、α-D-毗喃多糖及β-D-毗喃多糖這4種物質組成，成分與已有研究相似。微生物總細胞在膜面聚集且形成一層致密的污染層。蛋白質與微生物總細胞一樣，大量聚集成塊狀沉積在FO膜表面，形成致密的蛋白質污染層。與總細胞和蛋白質相比，α-D-毗喃多糖的含量較少，且比較松散，孔隙率較大，而β-D-毗喃多糖分布更松散，僅有部分呈條帶狀分布。與已有研究相比，本研究TFC污染膜面的生物總細胞的量明顯增多，這可能是由于鹽度緩解后，微生物的量有所增加。
2. 5 通量恢復情況
實驗結束后，以去離子水為原料液，測定污染膜的水通量。測試結束后，立即將膜面的污染物采用自來水沖洗的方式進行清洗，然后以去離子水為原料液，測定簡單物理清洗后膜的水通量。污染FO膜以及物理清洗后的膜通量如圖8所示。采用膜評價裝置在同等測試條件下獲得新TFC膜初始通量為
14. 1LM H。從圖8可以看出，污染膜通量僅為新膜通量的72.8 %，下降了27.2%。然而，經過簡單的物理清洗后，FO膜的通量恢復為新膜通量的84.0%，提升了11.2%，但與新膜仍有一定的差距。這說明加入MF膜后，在鹽度得到控制的前提下，膜污染成為通量衰減的主要原因，且主要為不可逆污染。與同等運行條件下的CTA膜相比，TFC膜在經過物理清洗后的通量恢復效果較差。在今后的研究中需要繼續開展TFC膜的化學清洗研究，進一步提升通量的恢復效果。具體參見污水寶商城資料(Means)或
3 結論
1)MF的引入有效減緩了OMBR中鹽度的積累，并大幅提升了FO膜的運行通量。與CTA材質的FO膜相比，TFC材質的FO膜具有更好的鹽度緩解效果和更高的運行通量。
2) MFO-MBR具有較好的TOC和NH4+ -N的去除效果，MF的出水可以滿足城市雜用水的水質要求，而FO出水中TOC和NH4+ -N的去除率分別高達96%和98%。
3 ) MFO-MBR運行30 d后，TFC膜表面覆蓋厚厚的污染層，除了無機物外，主要有機和生物污染物為總細胞、蛋白質、α-D-毗喃多糖及β-D-毗喃多糖，且以微生物和蛋白質為主。
4)在鹽度得到控制后，膜污染成為通量衰減的主要原因，對污染膜進行簡單的物理清洗后，通量略有提升。
