在膜法水处理工艺中,膜生物反应器(MBR)技术是实现废水处理和污水再生回用的一项极具创新和竞争力的新工艺。MBR是生物处理系统和膜组件组合而成的一种污水处理工艺,与传统工艺相比具有明显的优势。MBR工艺由于膜的截留作用,出水水质优良、有机物去除率高、高负荷率、污泥产率低、占地面积小。然而膜在分离过程中很容易受到污染,膜污染缩短了膜的使用寿命,降低了膜通量,提高了运行费用。因而膜污染是MBR工艺进一步商业化推广与发展应用的最大障碍。本研究重点考察了MBR内污泥混合液性质对膜污染的影响,该研究包括以下内容:(1)研究了溶解性微生物产物(SMP)的累积行为及其对MBR操作运行的影响。在90 d的实验过程中,对总有机碳(TOC)、分子量分布(MWDs)、比耗氧速率(SOUR)定期进行了监测,采用死端过滤实验用来检测溶解性微生物代谢产物对膜污染的影响。实验结果表明:在运行过程中,SMP浓度呈先下降后增长的过程,而后有所下降并趋于稳定;随着实验运行,SMP中分子量大于10 kDa的浓度增加显著,此部分SMP对污泥活性和膜污染影响较大,对MBR的出水水质影响较小。(2) MBR污泥混合液中的微生物代谢产物,如胞外聚合物(EPS)、SMP对膜污染的影响进行了监测。在MBR运行的不同阶段,取污泥混合液进行可滤性的测定。实验结果表明:在MBR运行过程中反应器内累积的微生物代谢产物(EPS与SMP)对污泥混合液的可滤性有负面的影响。SMP中相对分子量(MW)在3-10 kDa的有机物浓度直接影响膜孔堵塞阻力;膜在过滤过程中泥饼层的形成是膜污染的主要原因,污泥混合液中EPS含量和SMP中MW>10 kDa的有机大分子对泥饼层阻力影响显著。通过傅立叶转换红外光谱分析污染层中的EPS和SMP发现,EPS中蛋白质、多聚糖、腐殖酸是膜污染的主要物质,SMP中主要以多聚糖和腐殖酸为主。(3)在贫营养条件下考察了污泥混合液中SMP对膜污染的影响。在16 d的运行中,对混合液中SMP浓度及分子量分布(MWDs)进行了定期的监测,采用死端过滤实验装置用来检测SMP对膜污染的影响,采用修正污染指数(MFI)表征SMP对膜表面形成凝胶层所造成的阻力。实验后期发现反应器内累积了高浓度的大分子SMP(MW>10 kDa),其产生与微生物的内源呼吸过程有关。凝胶层的形成是膜通量下降的主要原因,SMP中大分子有机物浓度对MFI影响较大,MW>10 kDa的有机物与MFI相关性显著。(4)主要研究了曝气强度对MBR膜污染的影响。2套MBRs采用恒流出水模式连续运行60 d,曝气强度分别为500及100 L/h,应用污泥混合液过滤实验装置来检测不同阶段污泥混合液的可滤性。实验中对不同曝气强度下的SMP浓度及分子质量分布、颗粒粒径分布、EPS含量进行了测定。结果表明,过高的曝气强度将恶化了污泥混合液的可滤性,增加了膜污染速率。进一步研究表明,曝气强度的增加导致了污泥混合液上清液中相对分子质量大于10 kDa的SMP浓度的增加,此部分大分子有机物浓度直接影响了污泥混合液的可滤性。过高的曝气强度也导致了污泥絮体中1-10μm细小颗粒和EPS含量的增加。(5)主要考察了投加三氯化铁对MBR膜污染减缓的影响。比较了复合式膜生物反应器(HMBR)和传统膜生物反应器(CMBR)污泥混合液的可滤性。MFI和污泥絮体的Zeta电位用来确定三氯化铁的最佳投加量。Fe (III)提供的正电荷强化了污泥混合液中有机大分子和污泥絮体的电中和,当Fe (III)的投加量为1.2 mmol/L时,延缓了膜污染的速率。稳定阶段的HMBR膜污染速率大约是CMBR的40%。在三氯化铁最佳投加量的条件下,Fe (III)通过混凝作用强化去除了上清液中MW > 10 kDa的SMP,此部分有机物的去除有助于提高污泥混合液的可滤性,同时减少了污泥混合液中1-10μm细小颗粒的数量。污泥絮体颗粒粒径分布及EPS元素分析表明,Fe (III)与EPS中的负电官能团相互作用,增大了污泥颗粒粒径。通过与CMBR对比,对于HMBR污染膜经过蒸馏水清洗,然后用EDTA溶液清洗膜通量恢复程度最高。