在MBR的運行過程中，膜表面會產生污染層，進而大大降低膜的通量[1-3]，但膜表面的污染層的形成，增強了膜的截留能力，就像在原有的膜之上又增加了一層膜[4]，一些研究者將其稱之為動態膜（Dynamicmem-brane）或次生膜（Secondmembrane）[5]。由于動態膜是在過濾過程中形成的，主要由微生物及其代謝產物組成，其組成及厚度都可能隨時間及生物反應器運行等條件的變化而變化，故而稱之為自生生物動態膜（Self-formingdynamicbio-membrane）。

本次試驗利用微生物在孔隙較大（0.1mm）的篩絹上生長所形成的動態膜作為分離膜，構成了一體式膜生物反應，對高濃度城市污水進行了處理，取得良好的出水效果。并用定量濾紙（孔隙0.4μm）作為常用的固定膜，對反應池內混合液進行過濾，將其濾液與反應器出水進行比較發現，在動態膜穩定期間，其分離效果與常用的固定膜相似，甚至更好。用定量濾紙代替固定膜（如超濾膜和微濾膜），并將其分離效果與動態膜進行比較與分析，此方法屬報道，具有簡單方便的優點，可以應用于試驗或工程過程中對動態膜分離效果的評價，特別是在設備簡陋的野外場合。同時，國外有文獻提出了固定膜膜阻力在運行過程中存在著三個階段的現象[6]，而對動態膜的膜阻力的變化過程，國內外還未見到有相關報道，本文在這些方面也做了一定的研究。

1試驗裝置與方法

1.1試驗工藝

由圖1可知，動態膜組件的結構類似于平板膜，由0.1mm的篩絹包裹形成過濾面，濾液透過過濾面，成為自生生物動態膜反應器（SFDMBR）的出水。在反應器的兩側底部設有側向曝氣系統，在反應器中部的下方設有下方曝氣系統。在反應器的日常運行中，開啟側向曝氣系統；當動態膜嚴重污染時，必須開啟下方曝氣系統對動態膜進行清洗；側向曝氣與下方曝氣交替一次稱為一個曝氣周期。

1.2試驗方法

COD：重鉻酸鉀法；氨氮：納氏試劑分光光度法；總氮：過硫酸鉀氧化紫外分光光度法；總磷：鉬銻抗分光光度法；污泥濃度：重量法；濁度：光電式渾濁度儀。

1.3試驗水質

反應器進水取自華中科技大學家屬區生活污水的排污口，此污水由廚房廢水、洗浴廢水、廁所廢水等組成，屬于典型的生活污水，且在試驗期間，通過向生活污水中添加蔗糖和葡萄糖來改變進水COD值。

2結果與討論

2.1動態膜的形成

試驗所接種的污泥，取自武漢市沙湖城市污水處理廠的二次沉淀池污泥排放口，污泥沒有經過馴化，直接用于試驗，接種污泥約為3000mg/L。動態膜能否替代固定膜而構成MBR的前提條件是動態膜對懸浮顆粒是否具有良好的截留能力，而濁度常作為動態膜是否形成*的重要判別參數[7]。

從表1可知，動態膜生物反應器在投運后30min，出水濁度就基本穩定（<4.0NTU）。說明在啟動階段，動態膜能夠在30min內形成良好，分離效果明顯。與濁度一樣，30min后，COD也基本穩定，但在240min后，COD又有所增大，這是因為剛接種的活性污泥取之于二次沉淀池，混合液中溶解性COD含量少，以及動態膜有效的分離作用，所以出水中COD較小；而運行一段時間后，反應池中的混合液被含高濃度COD的進水所取代；但此時微生物還沒有*適應生存環境，對進水中的可溶性COD去除效果不是很明顯，所以在第240min后，COD又有了回升，但只從動態膜的分離效果來看，動態膜在30min內已經形成。

同時，從系統投運30min后出水COD變化和濁度的穩定性來看，此時所形成的動態膜只具備對顆粒性物質的分離作用，而沒有對溶解性有機物的降解作用。這就表明在啟動階段，動態膜的形成過程是在多孔載體上微粒沉積形成，其實質就是載體組件在過濾時的濃差極化和濾餅層；但是，通過查閱資料和分析自生生物動態膜的電鏡掃描圖來看，自生生物動態膜是利用大孔過濾材料上生成的生物質層的截留作用實現膜過濾的功能的，它是典型的原液形成膜，所以，自生生物動態膜應該是在動態膜生物反應器運行后期形成的，在研究自身動態膜的形成與恢復時，要從不同的形成機理進行分析。

2.2系統處理效果及動態膜分離效果的評價

試驗歷時100多天，前期進料液為負荷較低的城市污水，后期為模擬的高濃度城市污水。此處所分析的對象為高濃度污水的處理過程，在其穩定階段，保持水力停留時間約5h，膜通量為16.5L/m2·h，溶解氧為2mg/L左右。同時，由于定量濾紙孔徑為0.4μm，與一般膜生物反應器所用的固定膜孔徑相當，所以試驗用定量濾紙作為固定膜來分離反應池中的混合液，并與動態膜的分離效果相對比，分析和評價動態膜的分離效果。

2.2.1系統濁度的去除效果

試驗表明，當進水濁度非常大的情況下（100～600NTU），出水濁度基本上能夠保持在20NTU以下，多數情況在10NTU以下，平均去除率為97%，動態膜表現出了良好的截留效果。試驗后期進水和出水濁度有所提高，主要是由于蔗糖的加入引起了反應池中混合液色度的變化（前期未加蔗糖調節COD時，進水濁度在200NTU以下，且出水濁度在5NTU以下），進而干擾了濁度的測定值，但出水中沒有肉眼可見的懸浮物；同時也說明，系統對色度也有一定的去除效果，這主要是活性污泥吸附作用的貢獻。

2.2.2COD去除效果及動態膜分離效果的評價試驗發現，進水COD較高，且變化非常大（77～2500mg/L），但出水COD基本上能夠保持在100mg/L以下。且當進水COD不超過600mg/L時，COD能夠保持在60mg/L以下，去除率在90%以上，反應器系統表現出了良好的有機物去除效果。從后期進水COD的變化較大和出水COD的相對穩定來看，整個反應器系統具有良好的抗沖擊負荷能力。同時，發現動態膜生物反應器的出水COD與用定量濾紙過濾反應池中混合液后的過濾液COD幾乎相等，這就說明動態膜對有機物的分離效果與固定膜相當，甚至還要好（因為用定量濾紙在過濾過程中，存在厚厚的凝膠層和過濾層）。

2.2.3NH3-N去除效果及動態膜分離效果的評價

傳統活性污泥法對氨氮的去除率一般在20%～50%，屬于生物自身生長對氮的需求。試驗中硝化作用非常明顯，雖然進水氨氮的含量較高、變化大，但硝化效果非常好，在系統穩定階段，出水氨氮基本上能夠保證在5mg/L以下，絕大多數情況在2mg/L以下，平均去除率為85.4%，zui高可達99.5%。同時，由過濾液和出水氨氮變化過程可以看出，動態膜和固定膜對氨氮的分離效果基本相同，有時動態膜出水氨氮較低一點，但不是很明顯，這可能是由于動態膜上的生物對氨氮的去除所致。有資料顯示，動態膜和固定膜都沒有分離無機小分子能力，出水氨氮的含量隨反應池中含量的變化而變化。膜生物反應器中，氨氮的去除應歸結于反應器中微生物的硝化作用和同化作用，但動態膜對硝化菌等弱勢菌種的富集作用起著關鍵性作用。

2.2.4TP去除效果及動態膜分離效果的評價

試驗表明，系統對總磷有著良好去除效果，在進水總磷為0.8～2.8mg/L時，出水總磷能保持在1mg/L以下，達到了國家污水一級排放標準（GB8978-1996），平均去除率為74%，大大優于同類試驗研究和應用結果。主要原因在于：（1）由于動態膜的有效截留作用，使作為弱勢菌種的聚磷菌得到極大的富集；（2）由于進水負荷高，排泥量大，有利于磷從系統中的去除；（3）試驗原水COD/TP很大，這樣雖然沒有厭氧環境條件下合成內源能量的過程，但聚磷菌可以在周圍環境中獲得足夠的外部能源。

同時，由于膜生物反應器中，膜對磷去除的貢獻主要表現在對含磷固體的分離截留作用，因此磷的去除效果更能直接反應膜的分離效果。試驗發現，動態膜的分離效果與定量濾紙的分離效果差不多，但0.4μm定量濾紙對總磷的分離效果稍好。

2.3動態膜阻力的變化過程

有報道顯示，在用固定膜組成的膜生物反應器的運行過程中，按其膜阻力變化特征，可以將整個過濾周期分為三個階段：孔隙堵塞期、過渡期和濾餅形成期[6]。圖2為試驗中污泥濃度保持在3820mg/L，動態膜基質從清洗后到無法運行的過濾過程中膜阻力的變化過程。此前動態膜基質已使用了多個周期；并且在本周期的前2min內，膜通量維持在較高的水平（約20L/m2·h），這樣有利于動態膜的快速形成，此后膜通量維持在一個較低的水平（4～10L/m2·h，平均約6.3L/m2·h），有利于延長動態膜的運行周期，便于觀察膜阻力變化過程中各個階段的過濾特征。

從圖2可知，整個運行周期按膜阻力的變化特征可以分為三個階段：*階段為動態膜的形成期（前6h），其特征表現是膜阻力增加得較快，由于動態膜的特殊性，所以此階段的物化過程較復雜，包括了孔隙堵塞和濾餅的形成過程：首先是粒徑接近基質孔隙（0.1mm）的活性污泥或泥渣在基質孔隙內的堵塞與被吸附，然后將有較小粒徑的污泥在其上補充與堆積，zui終形成具有良好分離作用的過濾膜層，此后動態膜結構的變化過程應類似于固定膜的污染過程。第二階段為穩定運行期（6～23h），其特征為膜阻力只有緩慢的增加，此階段類似于固定膜組成的膜生物反應器中的濾餅形成期，即動態膜已經形成良好，但在死端過濾過程中，還是有一定量的污泥在膜表面的堆積，這也說明，膜污染是膜在應用過程中，不可避免的，它總是會隨運行時間的延長而加重。第三階段為膜阻力快速增加期（23h之后），其特征表現為膜阻力飛躍增加，直至動態膜無法運行，此階段的出現可能是因為所形成的動態膜太厚，以致在整個膜組件的周圍形成了水力死角區，所以由曝氣區產生的水力循環流不能對動態膜進行有效的沖洗，因此，達到第三階段的時間與曝氣量、膜組件之間的距離和曝氣方式的選擇等多種因素有關。

這也說明不可能依靠增加膜壓差而使動態膜無限運行下去，膜阻力的增加有一個上限，當超過了這個上限，動態膜污染會迅速惡化。

3結論

在系統的啟動階段，從出水濁度和COD的變化來看，自生生物動態膜能夠在30min內形成良好，分離效果明顯，出水水質達到穩定；從膜通量和膜阻力的變化來看，在動態膜形成初期，膜阻力非常小，或者根本就沒有膜阻力，膜通量隨著進水流量的變化而變化，同時也說明，有效動態膜的形成過程是一個非常短暫的時間（<30min）。

試驗表明，自生生物動態膜反應器對城市污水具有良好的處理效果，在整個試驗期間，反應器對COD的平均去除率為81%，在穩定期間，對氨氮的平均去除率為87%，對總磷的平均去除率為74%。用孔徑為0.4μm的定量濾紙分離反應器中的混合液，并將其分離出水水質與動態膜出水比較發現：從COD的去除效果來看，動態膜與固定膜都有良好分離的效果；從NH3-N的去除效果來看，動態膜的分離效果也是有限的，不能分離分子較小的無機離子，污染物（特別是溶解性污染物）的去除主要是反應池中微生物的作用，雖然動態膜也包含大量微生物，但它主要起分離作用，轉化、分解污染物的能力非常有限。

與固定膜相似，在動態膜的分離過程中，從膜阻力的變化來看，動態膜的污染過程也是有階段性的，可以為三個階段：動態膜的形成期、穩定運行期和膜阻力快速增加期，每個階段都有其各自的特征