姜文斐，徐 琳

（1.重庆泓泰和正生态环境科技有限公司，重庆 401120；2.重庆市生态环境科学研究院，重庆 401147；3.重庆汇天环保工程有限公司，重庆 400084）

1 PAC-MBR 组合工艺原理及运行

1.1 PAC-MBR 组合工艺原理

PAC-MBR 技术是将PAC 作为载体，在MBR 污泥中加入PAC，通过对污泥中EPS、微胶体、可溶性有机物的吸附和絮凝，可以增加污泥的粒径、抗压性能、增加膜表面的孔隙率、压密性，从而减小膜的过滤阻力和污染程度，增加了膜的通量，同时，PAC污泥的吸附与生物降解协同作用，生成了生物活性碳，提高了对有机物的降解去除率，并促进了PAC 的再生。另外，大部分学者相信，通过对PAC 污泥的阻隔作用，以及对PAC 污泥的吸附与承载作用，可以使其在水中的硝化菌数量和活力有所增加，同时还可以在一定程度上改善诸如浑浊等污染因素。

1.2 PAC-MBR 组合工艺的运行

与常规的AS-MBR 相比，PAC-MBR 工艺在曝气量、通量、膜压差、膜清洁周期等方面进行了优化。合理的PAC 投加量对膜污染程度、出水质量有重要影响，是影响生产安全的重要因素。

1.2.1 PAC 投加量

PAC 的加入与污泥的组成、粒径、强度等是否处于有利的状态有关。PAC 的投加量太小，其效果不显著，而PAC 的吸附量太大，PAC 的吸收速率较高，会使其在吸收和降解之间产生竞争。PAC 对易降解的低分子材料进行吸附，增加了反应器中难以生物降解的物质，加速了细菌自身的分解，并增加了EPS（细胞外聚合物）的数量，加剧了环境的污染。

1.2.2 曝气量

目前，MBR 技术的推广受到了限制，其主要原因是为了保持高的膜通量，必须使用更大的曝气量，从而增加了操作成本。改进后的PAC-MBR 工艺不但可以提高出水的质量，还可以有效地减少废水中的小分子物质在膜表面的吸附、膜中的阻塞，从而提高了膜的结构和性能，从而可以在低空气比的情况下保持低膜的阻力和高的膜通量，从而大大减少了系统的能耗。

1.2.3 临界通量和跨膜压力

加入PAC 后，生物活性炭渣在膜表面形成了一种多孔、疏松的絮凝剂，其抗压性能得到了提高，膜过滤压力升高速度显著下降，临界流量增大。有学者将生物活性炭膜生物反应系统（BACSMBR）与传统的活性污泥膜生物反应系统（AS-SMBR）进行了对比，结果显示，BAC-SMBR 的临界流量比AS-SMBR 高出32%；同样的恒流流量下，BAC-SMBR 的膜压上升得更慢。相关学者指出，PAC 的加入能保持MBR 系统在较低的膜压下保持高流量，而PAC-MBR 技术对发酵废水进行了处理，结果表明，加入PAC后，临界流量提高了23%左右。有关学者的试验结果表明，在MBR中投入少量PAC 后，可以实现较大流量、较长的工作周期[1]。

1.3 PAC-MBR 组合工艺的特殊变型

由于一些特定的处理需求，一些学者为了达到高通量、高脱除效率或更稳定的操作性能，对PAC-MBR 的合成工艺进行了改进。有关研究人员将粉状活性碳PAC 技术与动态膜生物反应器联合用于城市污水的治理，比单纯DMBR 具有更好的处理效果。此外，也有学者将PAC 作为预涂剂，与工业过滤膜组合在一起，形成了预涂的动态膜生物反应器，不但能有效地去除污染物，还能有效地阻止污染物和微生物在膜的表面和内部扩散，减少了膜的污染，同时，通过刷洗，膜流量就能恢复，无须使用任何化学药剂。

另外，在此基础上，采用生物陶粒柱和粉状活性碳复合膜生物反应器构成的生物陶粒柱PAC-MBR 系统，不但克服了膜生物反应器中氨氮脱除能力差、消除亚硝酸盐积聚的缺点，同时膜生物反应器的有机物负载也得到了显著的改善，对高锰酸盐指数的平均去除率为76.97%，对氨氮、亚硝酸盐的去除率分别为95.50%和99.15%。

有学者先将PAC 预处理到常规的聚酯纤维滤布上，以取代常规的微滤膜，建立了一种预处理的动态薄膜。经过一个月的运行，废水COD 和NH3-N 的脱除率分别为97.5%和76.1%，而膜的过滤压力只上升到0.27MPa。试验证明，采用PAC 预涂的动态薄膜工艺可以明显地改善体系的稳定性[2]。

2 PAC-MBR 组合工艺膜污染

膜污染是由于液相中主要成分与膜表面的相互作用，导致膜孔阻塞，膜表面污染物沉积，导致膜通量急剧下降，膜间压力急剧增大。膜污染本质上是由于膜表面和膜内的孔隙污染物，而这些污染物的源头是活性污泥的混合物，所以调节其特性是一个非常有意义的、切实可行的方法。

在PAC-MBR 中添加了粉状活性碳后，污泥混合液的性质得到了明显的改善，同时也减少了膜的污染。PAC 对污水处理的效果主要体现在：提高了污泥的粒度分布、提高了絮体的抗压强度、减少了EPS、微胶体、溶解性污染物等。

3 PAC-MBR 组合工艺在各种污水处理中的应用

20 世纪90 年代后期到现在，MBR 技术的研究重点是城市和生活污水，目前MBR 技术的应用范围已经从难降解工业废水和高污染废水两个方向发展。

3.1 城市及生活污水

MBR 技术在城市和生活污水中的应用最为广泛，许多学者都同意加入PAC 可以有效地控制膜污染，但对于添加PAC 的效果如何，学者们的意见不一。

一些学者认为，加入PAC 可以有效地改善有机物的脱除。在PAC-MBR 复合工艺中，加入PAC 可使生物活性碳在PAC-MBR中生成，具有良好的吸附和生物降解作用。PAC 的加入，增加了固体和液体的接触面积，并在其表面吸附微生物细胞、酶、有机物和氧，为微生物的代谢创造了有利的条件，微生物酶能够进入活性碳的微孔中，降解有机物，并将其分解，形成空隙，使其进行生物再生，极大地改善了碳的吸附性能，并在一定程度上改善了有机物的脱除效果。

也有其他学者对PAC 污泥进行了大量的试验研究，认为PAC 污泥具有较大的颗粒尺寸，有利于形成好氧、缺氧环境；PAC絮体污泥是硝化菌的主要吸附形式，因此PAC 絮体污泥能有效地吸收硝化菌，使其在一定程度上增加了硝化菌的数量和活力，并提高了脱氮效果。但有学者提出，加入PAC 后，虽能有效地改善有机物的脱除效果，但对脱除NHN、浊度的作用并不明显。还有一些学者则认为，添加PAC 对提高出水质量没有显著的效果。有学者指出，PAC-MBR 法处理初期的污染效果明显，但随着处理时间的推移，其吸附性能下降，其优越性也随之下降。也有学者通过试验证实，加入PAC 后，无论有无添加PAC，COD 和NH3-N 的去除率均大于95%，且主要依赖于生物处理[3]。

3.2 微污染水

微污染水一般是指水质被有机物污染，某些指标超出卫生标准，数量庞大，污染物浓度较低，而且污染物类型多样，性质复杂，特别是某些难降解、易生物积累、三致效应的重点污染物。因此，对微量污染废水进行经济、高效的治理，是目前国内外有关科研与管理的一个重要课题。近年来，PAC-MBR 技术已成为许多学者关注的焦点。有关研究人员利用MBR 技术和PAC-MBR技术对阿特拉津进行了治理。研究发现，采用PAC-MBR 工艺处理阿特拉津废水，其脱除率为16%，显著高于MBR 法处理后的20.22%。与MBR 相比，PAC-MBR 体系的微生物量增加了2 个量级，且对污染物的抵抗能力和入口水流的冲击能力也有所提高。通过比较试验，发现PAC-MBR 法处理有机污染物的去除效率比单纯MBR 提高50%以上[4]。

4 结语

PAC-MBR 技术在废水治理中的应用已经有20 多年的历史了，人们普遍认为PAC-MBR 工艺中加入1g/L 的PAC，以PAC粒子作为载体，将EPS、微胶体、溶解性有机物质等吸附在污泥中，可以增大污泥的粒径、抗压能力、增加膜表面的孔隙率、过滤和沉淀性能，进而减小膜的过滤阻力、污染程度、膜通量。同时，加入PAC 后，生成了生物活性碳，使其具有吸附与生物降解的双重作用，并使其在整个过程中处于动态平衡状态，使PAC 的吸附量增大，硝化菌的数量和活性增加，在一定程度上改善了废水的脱除效果，确保了出水的稳定、高质量。

在PAC-MBR 复合工艺中，EPS 的吸附与降解机制以及EPS的转化机制仍需进一步探讨。此外，本技术在高浓度、难于生物降解的工业废水及特种行业的废水中，仍需探索出适合于各种废水的工艺运行参数，以得到更好的处理效果，从而更大程度上拓宽该组合工艺的应用范围。目前，微生物废水的治理技术已经得到了迅速的发展，PAC-MBR 技术在废水治理中的应用与研究具有广泛的前景。