接種后，開始進(jìn)行膜過濾。將膜出水再循環(huán)回生物反應(yīng)器，以確保沒有細(xì)菌從系統(tǒng)中丟失。在采樣前分配了幾個生物反應(yīng)器HRT以確保達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。基于生物反應(yīng)器內(nèi)容物和膜滲透物的協(xié)調(diào)抓取樣品計算污染物L(fēng)RV。因此，報告的LRV代表整個膜過濾系統(tǒng)的去除能力（例如從混合液到膜滲透物）。

在采樣的同時進(jìn)行壓力衰減測試，并記錄了在線采樣時的滲透物濁度。

階段2

在階段2中，生物反應(yīng)器將未經(jīng)篩分的市政污水作為中試原料連續(xù)運行。該測試的目標(biāo)生物是全部本地菌群和糞便大腸菌、大腸桿菌和噬菌體。這些細(xì)菌生長在自然界的污水中，不需要接種。

根據(jù)篩選后的原污水、生物反應(yīng)器內(nèi)容物和膜滲透物的抽取整合樣本來計算污染物L(fēng)RV。計算了膜過濾系統(tǒng)的LRV（混合液至膜滲透物）和整個MBR（流入污水至膜滲透物）。

全面監(jiān)測

滲透量通過微生物（總大腸菌群、大腸桿菌、糞大腸菌群）和濁度來量化。在膜過濾后和消毒前立即收集所選單元的樣品。選擇了十組MBR單元進(jìn)行滲透量評估。

結(jié)果和分析

生物反應(yīng)器固體對污染物L(fēng)RV的影響

第一階段的測試清楚地表明了混合液生物反應(yīng)器固體對污染物L(fēng)RV的重要性。在階段1c（MBR模式）中，污染物L(fēng)RV始終高于純凈水或帶微球的純凈水（階段1a和1b）。當(dāng)膜被故意損壞時尤其如此。諸如針孔之類的較小損壞在1c階段對LRV的影響可忽略不計，但在1a和1b階段則對LRV產(chǎn)生了重大影響（見圖1）。要觀察MBR操作中對污染物L(fēng)RV的顯著影響，需要大量的膜損傷，例如多條纖維切割。假設(shè)污染物會吸附到混合液中更大的絮體上，該絮體對完整和損壞的膜都具有很高的排斥性。此外，在膜表面可能存在大量的動態(tài)過濾層，無論膜破裂與否，都能提供一定程度的過濾。

評估膜壓力衰減和滲透物濁度以監(jiān)測和驗證污染物L(fēng)RV

確定了兩種監(jiān)測和驗證污染物L(fēng)RV的潛在方法：

A) USEPA膜過濾指南手冊中概述的壓力衰減測試。

B) 在線監(jiān)測膜滲透物濁度。

通過壓力衰減測試計算污染物L(fēng)RV確定的幾個關(guān)注點。包括：

（1）基于飲用水應(yīng)用的壓力衰減LRV模型，并且未考慮MBR應(yīng)用中污染物吸附到混合液基質(zhì)上的情況。

（2）壓力衰減LRV模型不考慮在膜表面上產(chǎn)生的動態(tài)過濾層。對于飲用水應(yīng)用，這個問題是公認(rèn)的，而對于MBR應(yīng)用來說這個問題可能會更加嚴(yán)重，因為在MBR應(yīng)用中，混合液體基質(zhì)可以形成比飲用水應(yīng)用過程中更為有效的過濾層。

（3）LRV模型需要使用體積濃度系數(shù)（VCF），該系數(shù)說明了與飲用水相比，膜周圍固體濃度的增加程度。該因素不能解釋MBR生物反應(yīng)器中發(fā)生的生物量增長或與批處理污泥消耗相關(guān)的VCF降低。

（4）壓力衰減監(jiān)測是間歇性的，不能提供連續(xù)監(jiān)測。定期進(jìn)行壓力衰減監(jiān)測會增加膜過濾的停機(jī)時間和系統(tǒng)成本。

圖1   采用ZW10模塊下針孔和纖維斷裂對MS2 LRV的影響

壓力衰減測試的實驗評估

在第一階段進(jìn)行了壓力衰減測試，根據(jù)USEPA膜過濾指導(dǎo)手冊計算中的概述估算了污染物L(fēng)RV。假設(shè)VCF為200進(jìn)行計算。預(yù)測的LRV值基于典型泡點壓力（小于0.3 bar）下的壓力衰減率，理論上只能檢測到6微米的裂口，比目標(biāo)污染物尺寸更大，特別是病毒。要檢測病毒尺寸級別的破壞，將需要超過70 bar的不切實際的測試壓力。

使用MBR操作（階段1c），圖2中顯示了觀察到的枯草桿菌LRV與通過壓力衰減測試預(yù)測的典型比較。測得的LRV明顯大于預(yù)測的LRV。對于完整的膜，預(yù)測的LRV為3.5 log，而觀察到的LRV> 5 log。對于受損的膜，預(yù)測值與觀察值之間的差異要大得多。較小的膜損傷對測得的LRV影響很小，但對預(yù)測的LRV影響很大。預(yù)測的LRV有時為負(fù)值，這是因為膜損壞的高壓衰減率較高（圖2中顯示為零的預(yù)測LRV）。

基于對當(dāng)前壓力衰減LRV計算方法的關(guān)注，以及實驗結(jié)果表明預(yù)測的LRV和觀察到的LRV之間幾乎沒有相關(guān)性，由此得出結(jié)論，壓力衰減測試不適用于MBR操作中監(jiān)測和驗證污染物L(fēng)RV的情況。

圖2 混合液中枯草桿菌的LRV計算值和LRV測量值的比較

在線濁度監(jiān)測的實驗評估

在線檢測滲透濁度相比壓力衰減測試具有許多實際優(yōu)勢，并且多年來一直被認(rèn)為是MBR性能監(jiān)測的一種手段。對于來自MBR的再生水，加利福尼亞州第22條法規(guī)要求在95％的時間內(nèi)在線滲透濁度低于0.2 NTU，最大值不超過0.5 NTU。

在具有乳膠微球的1b階段中，最緊密地評估了受嚴(yán)重破壞的膜對濁度的響應(yīng)，以及相關(guān)的污染物L(fēng)RV。MS2大腸桿菌噬菌體的典型反應(yīng)結(jié)果如圖3所示。膜孔對滲透物濁度和MS2大腸桿菌噬菌體LRV的影響可忽略不計。但是，短纖維可能不會塞入微球基質(zhì)中，導(dǎo)致LRV大大降低。滲透物濁度對膜損傷的響應(yīng)非常迅速，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了0.2 NTU（滲透物濁度的正?？山邮艿墓ぷ鏖撝担ㄗ⒁?，單根短纖維的效果被放大，因為在 ZW10模塊中，單根短纖維在纖維膜中占很高的百分比）。

在階段1c中，觀察到了類似的膜滲透濁度對纖維切割的反應(yīng)，盡管即使在多條切割纖維之后，污染物L(fēng)RV也沒有顯著降低（因為污染物吸附到混合液固體上，如之前討論過動態(tài)過濾）。結(jié)論是，濁度對檢測膜損壞具有足夠的響應(yīng)能力，這將導(dǎo)致污染物L(fēng)RV顯著下降，濁度閾值為0.2 NTU似乎適合驗證污染物L(fēng)RV。

編輯：徐冰冰