膜生物反應器去除水中和的研究進展

周怡芳，萬東錦

(河南工業大學 化學化工與環境學院，河南 鄭州 450001)

1 引言

隨著工農業的迅速發展，許多國家的飲用水都受到了高氯酸鹽和硝酸鹽的污染。大量研究顯示飲用水中的高氯酸鹽和硝酸鹽是常見的碘抑制劑[1，2]，長期飲用可影響甲狀腺功能。目前，含高氯酸鹽和硝酸鹽共存污染物廢水的處理方法主要有物理法、化學還原法和微生物法三大類，物理法僅能將污染物富集未能實現無害化轉化[3]，化學還原法往往需要嚴苛的反應條件[4]，生物法是目前最為有效的且運用最為廣泛的處理技術，但碳源殘留和微生物代謝產物所導致的“二次污染”問題較為嚴重，仍需后續處理。在處理高氯酸鹽和硝酸鹽復合污染的過程中，物理法、化學還原法和生物法的任何一種均存在諸多問題。而膜生物反應器是一種符合時代發展的污水處理技術，是目前在環境工程污水處理領域中最具發展潛力的技術之一。

2 膜生物反應器的原理

膜生物反應器是將膜分離技術與生物處理技術結合而形成的一種新型廢水處理工藝。在膜生物反應器中，膜組件為微生物提供了良好的生存環境，同時將污水中的微生物截留在生物反應器中，減少污泥損失，使反應器內活性污泥始終保持在高濃度水平。因此膜組件可取代傳統生物處理技術中的二沉池，簡化污水深度處理工藝，減少占地面積。

3 膜生物反應器在高氯酸鹽和硝酸鹽廢水的研究應用

3.1 氣體基質膜生物反應器

在氣體基質膜生物反應器中，中空纖維膜外微生物以不同氣體為電子供體還原降解水中氧化性污染物。目前較為常見的分別是氫基質膜生物反應器和甲烷基質膜生物反應器。

3.1.1 氫基質膜生物反應器

氫基質膜生物反應器通過氫自養微生物以H2作為電子供體還原降解水中氧化性污染物完成新陳代謝作用，不需要額外投加有機碳源，有效為了避免碳源過量所造成的二次污染問題。

3.1.2 甲烷基質膜生物反應器

甲烷基質膜生物反應器為微生物以CH4作為電子供體還原降解水中的污染物。與可溶性有機碳(例如甲醇)或氫氣相比，甲烷是便宜的電子供體并且可廣泛獲得。

3.2 離子交換膜生物反應器

在離子交換膜生物反應器中，由于道南滲析的作用，生物反應室中的反向驅動離子與污水中的陰離子污染物進行交換，陰離子污染物通過離子交換膜被濃縮富集在生物反應室中，被生物反應室中的微生物還原為無害物質，反向驅動離子進入水處理室，維持膜兩側的電中性。

3.3 混合型膜生物反應器

牛振華[13]將離子交換膜技術與電化學氫自養還原高氯酸鹽聯立，建立膜電解氫自養膜生物反應器還原高氯酸鹽。當進水高氯酸鹽濃度為(4.98 mg/L～5.03 mg/L)，水力停留時間為4 h時，施加電流由6 mA逐步增大至15 mA，反應器對高氯酸鹽的去除率呈上升趨勢，當施加電流為15 mA，去除率大于98.75%。

4 結論

膜生物反應器相較于傳統污水處理工藝無法比擬的優勢。但在實際運行后所造成的膜污染問題，限制了膜生物反應器在污水處理中的廣泛應用。為了使MBR更好地應用于污水處理，今后還需研究以下幾個方面：①研發具有耐污染特性、高膜通量的廉價膜材料，節約運行成本；②研究延長膜使用壽命的膜處理技術；③關注MBR與其它工藝的組合，使水質處理效果更好。