正渗透膜生物反应器(OMBR)是将正渗透膜与生物处理相结合的工艺。它以高渗透压的汲取液替代水力压力作为驱动力,驱动水从活性污泥混合液中透过高选择性FO膜进入汲取液侧,而有机物、盐分和污泥则被截留在反应器内。这一特性使得OMBR在处理高盐工业废水方面具有独特的潜力。但OMBR面临的最核心的工程问题,就是“盐度积累”。由于FO膜对溶解盐的截留率并非100%(特别是对氨氮和单价盐),且为了维持渗透压差,汲液中高浓度的盐分会发生反向扩散进入污泥侧。这两股盐通量共同导致生物反应器内的盐度随着运行时间不断攀升,最终可能抑制甚至毒害微生物活性,使生物处理失效。
本研究运行了一套浸没式OMBR,处理某制药厂的含盐废水(初始TDS约6g/L),汲取液采用1M的NaCl溶液。连续运行40天的数据清晰地揭示了盐度积累的进程。生物反应器内的电导率在最初10天内迅速从6mS/cm上升至约15mS/cm,之后上升趋势放缓,但仍在缓慢增加。随着盐度超过微生物的耐受阈值(约12mS/cm),反应器内的活性污泥的比好氧呼吸速率(SOUR)开始明显下降,氨氮去除率从95%下滑至75%。这说明盐度积累已对硝化菌等敏感菌群产生了抑制。
为控制盐度积累,研究中比较了两种策略。第一种是定期从生物反应器中排出一定比例的污泥上清液,并以清水补充。这一方法直接有效地将反应器盐度控制在目标水平,但也造成了部分溶解性有机碳和氨氮的流失,增加了后续处理的负荷。第二种策略是更换汲取液的种类,采用可生物降解的有机汲取液(如乙酸镁)。反向扩散进入污泥侧的乙酸根和镁离子,可以作为微生物的额外碳源和营养盐而被部分消耗,从而减缓净盐度的累积。但同时,有机汲取液的引入也刺激了异养菌的过量增殖,一定程度上改变了膜污染的构成。综合评估认为,定期适量排放上清液仍然是目前最简单可靠的盐度控制方法。这项研究深化了对OMBR中盐度迁移累积规律的认识,为解决其工业化应用的关键瓶颈提供了直接指导。
标签: