膜生物反应器去除水中和的研究进展

周怡芳，万东锦

(河南工业大学 化学化工与环境学院，河南 郑州 450001)

1 引言

随着工农业的迅速发展，许多国家的饮用水都受到了高氯酸盐和硝酸盐的污染。大量研究显示饮用水中的高氯酸盐和硝酸盐是常见的碘抑制剂[1，2]，长期饮用可影响甲状腺功能。目前，含高氯酸盐和硝酸盐共存污染物废水的处理方法主要有物理法、化学还原法和微生物法三大类，物理法仅能将污染物富集未能实现无害化转化[3]，化学还原法往往需要严苛的反应条件[4]，生物法是目前最为有效的且运用最为广泛的处理技术，但碳源残留和微生物代谢产物所导致的“二次污染”问题较为严重，仍需后续处理。在处理高氯酸盐和硝酸盐复合污染的过程中，物理法、化学还原法和生物法的任何一种均存在诸多问题。而膜生物反应器是一种符合时代发展的污水处理技术，是目前在环境工程污水处理领域中最具发展潜力的技术之一。

2 膜生物反应器的原理

膜生物反应器是将膜分离技术与生物处理技术结合而形成的一种新型废水处理工艺。在膜生物反应器中，膜组件为微生物提供了良好的生存环境，同时将污水中的微生物截留在生物反应器中，减少污泥损失，使反应器内活性污泥始终保持在高浓度水平。因此膜组件可取代传统生物处理技术中的二沉池，简化污水深度处理工艺，减少占地面积。

3 膜生物反应器在高氯酸盐和硝酸盐废水的研究应用

3.1 气体基质膜生物反应器

在气体基质膜生物反应器中，中空纤维膜外微生物以不同气体为电子供体还原降解水中氧化性污染物。目前较为常见的分别是氢基质膜生物反应器和甲烷基质膜生物反应器。

3.1.1 氢基质膜生物反应器

氢基质膜生物反应器通过氢自养微生物以H2作为电子供体还原降解水中氧化性污染物完成新陈代谢作用，不需要额外投加有机碳源，有效为了避免碳源过量所造成的二次污染问题。

3.1.2 甲烷基质膜生物反应器

甲烷基质膜生物反应器为微生物以CH4作为电子供体还原降解水中的污染物。与可溶性有机碳(例如甲醇)或氢气相比，甲烷是便宜的电子供体并且可广泛获得。

3.2 离子交换膜生物反应器

在离子交换膜生物反应器中，由于道南渗析的作用，生物反应室中的反向驱动离子与污水中的阴离子污染物进行交换，阴离子污染物通过离子交换膜被浓缩富集在生物反应室中，被生物反应室中的微生物还原为无害物质，反向驱动离子进入水处理室，维持膜两侧的电中性。

3.3 混合型膜生物反应器

牛振华[13]将离子交换膜技术与电化学氢自养还原高氯酸盐联立，建立膜电解氢自养膜生物反应器还原高氯酸盐。当进水高氯酸盐浓度为(4.98 mg/L～5.03 mg/L)，水力停留时间为4 h时，施加电流由6 mA逐步增大至15 mA，反应器对高氯酸盐的去除率呈上升趋势，当施加电流为15 mA，去除率大于98.75%。

4 结论

膜生物反应器相较于传统污水处理工艺无法比拟的优势。但在实际运行后所造成的膜污染问题，限制了膜生物反应器在污水处理中的广泛应用。为了使MBR更好地应用于污水处理，今后还需研究以下几个方面：①研发具有耐污染特性、高膜通量的廉价膜材料，节约运行成本；②研究延长膜使用寿命的膜处理技术；③关注MBR与其它工艺的组合，使水质处理效果更好。