由于具有出水水质好和膜污染趋势小等突出优点,正渗透膜生物反应器(OMBR)在污水处理与废水回用领域受的关注越来越多。OMBR在污水回用时必须对汲取液进行后处理,从而实现水的回收和汲取液溶质的再生。目前,一般采用纳滤(NF)、反渗透(RO)和膜蒸馏(MD)等技术对汲取液进行后处理。然而,这些汲取液处理技术存在能耗高的问题,制约了OMBR在污水处理中的应用。压力延滞渗透技术(PRO)能够有效回收OMBR运行过程中FO膜两侧存在的盐差能。基于此,本研究采用PRO过程代替OMBR中的FO过程,构建压力延滞渗透膜生物反应器(PROMBR),通过盐差能的回收来降低汲取液回收过程中的能耗。目前,国内外尚未出现关于PROMBR的研究报道。本文在构建PROMBR装置的基础上,考察各种操作条件对PROMBR运行性能的影响,进而获得最佳的运行条件,并在此条件下与OMBR的各项运行性能进行对比,从而评估PROMBR的可行性。此外,针对PROMBR存在的膜污染问题,在进行膜污染机理解析的基础上,开展相关的膜污染控制研究。主要研究内容和结果如下:(1)在构建PROMBR的基础上,考察操作条件对其运行性能的影响。膜朝向、汲取液浓度和污泥浓度对PROMBR的出水水质没有影响,但是对FO膜通量和功率密度具有重要影响。与活性层朝向污泥混合液(AL-FS)相比,活性层朝向汲取液(AL-DS)下的膜通量和功率密度更大。增加汲取液的浓度能在一定范围内提高膜通量和功率密度,然而当汲取液浓度超过临界值时,膜通量和功率密度就会急剧衰减。污泥浓度的提高会导致FO运行过程中浓缩型内浓差极化的增强,进而造成FO膜通量和功率密度显著下降。综合考虑膜通量、功率密度和运行稳定性,PROMBR最佳的膜朝向、汲取液浓度和污泥浓度分别是AL-DS模式、2 M NaCl和3 g/L。(2)在最佳操作条件下运行PROMBR和OMBR,借助运行性能的对比评价PROMBR的可行性。由于FO膜的高效截留和生物反应器中的生物降解,PROMBR和OMBR都取得了较好的出水水质,出水总有机碳(TOC)、氨氮、总氮和总磷分别小于3 mg/L、小于0.4 mg/L、小于1.5 mg/L和检测不出。此外,PROMBR与OMBR的FO膜污染程度相似,通过物理清洗后膜通量的恢复率基本相同,都超过了80%。由于在汲取液侧施加的压力降低了膜两侧的净驱动力,导致PROMBR的膜通量略低于OMBR。然而,PROMBR能够回收运行过程中的盐差能,具有更低的运行成本。(3)针对PROMBR膜污染严重的问题,开展膜污染机理研究。在PROMBR运行过程中,FO膜支撑层污染包括外部污染和内部污染,并且两者同时发生。尽管外部污染是支撑层污染的主要形式,但是内部污染对FO膜通量下降的贡献更大。根据FO膜通量的下降趋势,支撑层污染可以分为三个阶段,即初始阶段、快速下降阶段和相对稳定阶段。在初始阶段,污染物较少,且同时出现在支撑层的表面和孔内;在快速下降阶段,支撑层表面和孔内的污染物都显著增加;在相对稳定阶段,孔内开始出现微生物,表面和孔内的有机污染物数量的增长速率明显变慢。(4)在解析支撑层污染机理的基础上,考察在汲取液中添加化学清洗剂控制支撑层污染的可行性。在汲取液中添加化学清洗剂可以利用反向渗透过程将清洗剂输送到FO膜支撑层,从而实现膜污染物的去除。在汲取液中添加HCl可以显著提升FO膜的运行通量,然而在汲取液中添加NaClO无法提升FO膜的运行通量。添加HCl对FO膜支撑层表面和孔内的生物污染和有机污染影响不大,但是可以有效缓解无机污染。添加NaClO能够有效减少FO膜支撑层表面和孔内的生物污染和有机污染,但是对无机污染没有影响。相比于生物污染和有机污染,无机污染对PROMBR中FO膜通量下降的贡献更大。