中山大学的研究成果：MBR膜污染识别与控制及自养脱氮MBR研究

这些研究结果一方面揭示了膜污染物的来源及形成规律，另一方面为MBR膜污染控制方法的优化（如反洗等）提供了重要理论依据。

▲图3.在MBR运行过程中膜污染物演替规律示意图

膜污染物的光谱表征

构建膜污染物的原位表征新方法对膜污染的预测与控制具有极为重要的意义。研究发现：荧光光谱（EEM）和紫外-可见光谱（UV-vis）技术在表征溶解性有机物（DOM）性质及其水环境行为方面具有潜在优势。

例如：EEM可以有效识别DOM不同组分间（如：蛋白质类和腐殖质类组分）的相互作用机制，为复杂成分溶液（如：SMP或DOM）膜污染机理的解析提供了理论依据；而基于UV-vis扫描所获得的特征光谱参数（DSlope325-375、S275-295、SR）不但可以表征不同水环境中（pH、钙离子、铝离子）DOM聚集体分子尺寸变化情况（例如图4），而且能够准确预测膜污染趋势及膜污染过程中膜截留能力的变化。

这些研究为MBR中污泥混合液SMP的原位检测及其膜污染趋势的预测提供了理论和技术支持。

▲图4.铝投加量与膜污染速率（UMFI）及光谱参数（DSlope325-375,S275-295）的相互关系

MBR原位化学反洗研究

物理反洗和化学清洗是MBR运行过程中必不可少的操作。在传统物理反洗和传统原位化学反洗的基础上，课题组提出了具有高频次和低剂量特点的维护原位化学反洗方法。在线碱液反洗不仅能够降低50%左右的污染速率，还可以同步为膜池（好氧池）中微生物的硝化过程提供碱度，因而可以简化MBR工艺的操作。

采用低浓度的次氯酸钠作为反冲洗药剂也会显著延长膜的离线清洗周期。次氯酸钠化学反洗能够有效防止丝状菌（如：Thiothrixeikelboomi）在膜表面的沉积。与传统原位化学反洗方法相比，该方法能够显著降低次氯酸钠的投加量。

清洗药剂暴露实验表明（见图5），氧化性药剂和碱液会破坏膜污染物中蛋白质或多糖的物理化学性质（如：粘稠指数降低或流变性增强、分子尺寸减小和表面电荷增多等）和官能团结构（如：羰基和羧基等基团增多和脂肪酸链减少等），这一定程度上增强了膜污染物的亲水性，并最终改变其膜污染规律（图5中经化学药剂暴露后膜污染物的过滤性能明显增强）。

▲图5.不同清洗药剂对膜污染物物化性质和膜过滤性能的影响

低成本自养脱氮MBR研究

为降低膜的投资成本并实现高效脱氮能力，通过结合MBR和生物膜反应器的技术优势，课题组研发了低成本复合生物反应器（NWHBR）。在NWHBR中滤饼层或生物膜除起到强化截留颗粒物和降低COD外，其主要优势在于强化氨氮、硝态氮和亚硝态氮等在生物膜内的传质和生化过程，进而增强氮的脱除率。

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