MBR膜污染形成机理及控制
２００６年２月
Ｆｅｂ．２００６
?110?
文章编号：1673-1212(2006)01-0110-03
膜生物反应器（ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｂｉｏ－ｒｅａｃｔｏｒ―ＭＢＲ）是将膜分离技术与生物反应原理相结合而开发的一种新型污水处理工艺。与传统工艺相比具有固液分离效果好、生物反应器内生物量高、污泥产量低、出水水质好、占地面积小等优点。但是在膜分离过程中出现的膜污染严重的影响了膜的通透性能，增加了工艺的运行成本，已成为影响该技术推广使用的一个关键问题。因此，有必要对ＭＢＲ膜污染的形成机理及主要影响因素进行分析并研究相关控制方法，以期为推广该项新技术的工业化应用创造条件。
１ ＭＢＲ膜污染的形成机理及主要影响因素
１．１ 形成机理
所谓膜污染是指处理物料中的微粒、胶体颗粒以及溶质大分子由于与膜存在物理、化学作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附和沉积造成膜孔径变小或
堵塞，使膜通量及膜的分离特性产生变化的现象。［１］
造成
ＭＢＲ膜污染的直接物质来源是生物反应器中的污泥混合液，成分包括微生物菌群及其代谢产物、废水中的大小有机分子、溶解性物质和固体颗粒等。通常，在ＭＢＲ膜过滤过程中，膜污染的形成机理主要有以下几种：１．１．１ 小于膜孔径的颗粒物质在膜孔中吸附，通过浓缩、结晶、沉淀及生长等作用使膜孔产生不同程度的堵塞，造
成膜污染。
［５］１．１．２ 料液中的悬浮物、胶体物质及微生物被膜拦截，物质间通过吸附、架桥、网捕等作用结合在一起，在膜表面沉积形成沉积层，降低膜通量，造成膜污染。１．１．３ 膜穿透压力及膜孔的堵塞造成膜表面出现浓差极
化现象，当达到极限浓度后，溶解性难降解小分子有机物析出并与污泥混合液悬浮固体（ＭＬＳＳ）结合在膜表面形
成凝胶层，造成膜污染。
［５］
第二种机理形成的沉积层与膜表面的结合力较弱，控制膜出水通量在合理的范围内可减少污泥絮体在膜表面的沉积。此外，在膜过滤过程中，曝气或膜面错流等操作形成的剪切力和扰动作用基本可以将沉积层去除，它对膜的通透性能影响不大。造成膜通透性能降低的主要污染因素是膜孔的堵塞和凝胶层的形成。在膜过滤过程中水力作用很难将这两种污染去除，必须通过专门的膜清洗才能恢复膜的通透性，这也是导致工艺运行费用增加的主要原因之一。控制膜污染的主要目的是确保膜的通透性，降低运行成本。因而，膜孔的堵塞和抑制凝胶层的形成是ＭＢＲ膜污染控制的重点。１．２ 影响因素
影响膜孔堵塞的主要因素是料液中的生物相尺寸和膜自身的特性。一般生物相尺寸越小越容易堵塞膜孔且孔内微生物在营养物充足时会出现滋生现象，加重膜孔
堵塞程度。［１０］膜的特性主要有膜材质、膜孔径大小、空隙
率、亲疏性、电荷性质和粗糙度等。不同特性的膜吸附料液颗粒物的程度不同，所以污染的程度也不同。影响凝胶层析出的因素为料液生物相尺寸和反应器中的溶解性难降解有机物浓度。溶解性难降解有机物这里主要是指胞外聚合物（ＥＰＳ）会导致溶液粘度的增加，堵塞污泥絮体颗粒之间的空隙，改变膜面形成的空隙率的结构，是凝胶
层形成的主要因素。［５］生物相尺寸越小在过滤过程中越容
易达到膜表面，形成比阻更高的致密层，加速凝胶层的形成。此外，膜的出水通量在膜过滤过程中控制着浓差极化
收稿日期： ２００５－０９－２３
作者简介：蒋波（１９７９－），男，江苏徐州人，中国矿业大学环测学院工程系在读硕士研究生，主要研究方向为污水处理技术。
ＭＢＲ膜污染形成机理及控制
蒋波１，王丽萍２，华素兰３，张传义４
（１．２．３．４中国矿业大学 环测学院， 江苏 徐州 ２２１００８）
摘 要： 膜污染问题是影响膜生物反应器（ＭＢＲ）技术推广使用的一大障碍。本文通过对ＭＢＲ膜污染的形成机理及主要影响因素的分析研究，认为造成膜通透性能降低及工艺运行成本增加的主要污染因素是膜孔的堵塞和凝胶层的形成，在膜过滤过程中，采用优化选择膜组件及运行操作条件、改善污泥混合液的生化特性、确定临界污泥浓度、膜清洗等方法可减少膜孔的堵塞，抑制凝胶层的形成，有效的控制膜污染。关键词： ＭＢＲ 膜污染 凝胶层 胞外聚合物（ＥＰＳ）
中图分类号：X703 文献标识码：B
ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT
的程度，是影响凝胶层形成的主要外部因素。由以上分析可知，料液中的生物相尺寸、膜自身的特性，反应器中的ＥＰＳ浓度及膜表面的浓差极化是影响膜孔堵塞及凝胶层形成的主要因素。控制膜污染可以从这些影响因素入手。
２ ＭＢＲ膜污染控制的关键方法
针对造成膜孔堵塞和凝胶层形成的主要影响因素，可以通过膜组件的优化设计、改善污泥混合液的生化特性、确定临界污泥浓度、优化分离操作条件、膜清洗等方法进行控制。
２．１ 膜组件的优化设计
膜组件的优化设计包括膜材质、膜结构型号的优化选择、膜组件的合理布置等。膜材质具体的选择方式应根据料液特性来决定，对于有机膜来说，膜通常是由高分子材料作成，其本身带有荷电基团，根据同性相斥原理，选择和料液颗粒物电荷相同的材料制作膜组件可减少膜对污染物的吸附。疏水性膜比亲水性膜更容易吸附料液中的物质造成污染，宜选择亲水性膜材料制作膜组件。［１］对于膜结构来说，一般对称结构较不对称结构更易堵塞，中空纤维比双皮层膜抗污染能力强。膜组件的布置方式应结合水力形态的特征综合考虑，合理确定膜组件与空气扩散器之间的距离，以保证在一定瀑气量下获得较高的液体上升速率，减少污泥层在膜面的积累。
２．２ 改善污泥混合液的生化特性
在ＭＢＲ污泥混合液中投加活性炭粉末（ＰＡＣ）形成生物活性污泥（ＢＡＣ），可降低反应器中胞外聚合物（ＥＰＳ）的浓度，减少凝胶层的析出。Ｊ．Ｓ．Ｋｉｍ等将ＭＢＲ普通活性污泥与投加了ＰＡＣ的活性污泥的上清液中的ＥＰＳ作了对比，发现从投加ＰＡＣ的活性污泥上清液中萃取的ＥＰＳ的蛋白和多糖的含量比普通活性污泥的减少了５０％。［１］ＰＡＣ的加入改变了微生物的生理特性，抑制了ＥＰＳ的释放并且使污泥絮体可压缩性减少，凝胶层难以形成，因此可以通过改善污泥混合液的生化特性来抑制凝胶层的形成。
２．３ 确定临界污泥浓度
黄霞对ＭＢＲ膜污染形成机理研究后认为反应器中污泥浓度过高或过低都会使胞外聚合物（ＥＰＳ）浓度增加，加速凝胶层的析出，在曝气强度一定的条件下，存在临界污泥浓度。［１］反应器中污泥浓度控制在临界污泥浓度范围内时，污泥絮体可以在膜表面形成比较稳定的动态膜，既能防止细小颗粒及胶体进入膜孔，又可破坏浓差极化、抑制凝胶层的析出。［３］所以在确保出水水质的前提下，控制反应器中的污泥浓度在临界污泥浓度范围可减少膜污染。临界污泥浓度可以通过一定曝气强度下，压差上升速率随污泥浓度的变化情况来确定。压差上升速率最慢时对应的浓度既为临界污泥浓度。
２．４ 优化分离操作条件
膜出水通量大小的设定影响着膜表面浓差极化的程度。通常情况下，膜组件在一定的运行工况下存在着一个临界膜通量。所谓临界膜通量就是指确保ＭＢＲ工艺长期稳定运行不出现膜穿透压力急剧增加的膜出水通量。［１２］因而，控制膜出水通量在临界膜通量范围以内，可避免膜穿透压力急剧增加、浓差极化加重，降低凝胶层的析出。此外，膜组件在ＭＢＲ膜过滤过程中，进行适度曝气可以干扰滤饼层在膜面的沉积，破坏浓差极化，抑制凝胶层的析出，但是如果强度过高将会打破生物絮体，增加ＥＰＳ浓度，加速膜污染。张传义分别用３、６、８、１０ｇ／ｌ浓度的污泥溶液在不同曝气强度下进行实验，考察膜过滤阻力的构成情况，发现在低的曝气强度时，沉积层造成的阻力是主要构成因素且阻力随压力增加而降低。当曝气强度增加到一定程度后，由膜孔的吸附、堵塞和膜面凝胶层造成的阻力成为污染的主要构成因素且阻力表现出回升的趋势。［３］因而，存在一个经济曝气强度，即可有效地防止滤饼层在膜面的沉积，又不会将生物絮体打碎，增加能耗。经济曝气强度可以通过膜过滤压差上升速率来确定，不同污泥浓度的膜过滤压差随曝气强度的变化而变化。对应的压差上升速率最低时的曝气强度即为最佳曝气强度。合理曝气，优化曝气强度可以减少膜孔的堵塞，抑制凝胶层的形成。
对于错流ＭＢＲ而言，膜面错流和曝气一样可以起到干扰滤饼层沉积、破坏浓差极化的作用，但如果膜面流速控制不当，也会加重膜污染。 Ｋ．Ｈ．ＣＨＯＯ发现高的膜面流速可以减少生物固体在膜面的积累，但却使微生物絮体被打破，形成细小颗粒物，增加了膜孔的堵塞。［８］存在一个最佳流速范围，膜面流速控制在该范围内时，既能干扰滤饼层的沉积，又尽量不打破生物絮体。最佳流速的确定方法和经济曝气强度类似，即不同污泥浓度的膜过滤压差随膜面流速的变化而变化。对应的压差上升速率最低时的膜面流速即为最佳膜面流速。除合理曝气外，错流ＭＢＲ采用最佳膜面流速可有效控制膜污染。
２．５ 膜的化学清洗
前面介绍的几种方法都是针对在膜污染形成的过程中进行控制，力求将污染降到最小程度。一旦膜孔堵塞及凝胶层形成后，运行过程中的水力作用很难将其去除，必须进行膜清洗。常用的清洗方法有机械清洗、化学清洗、电清洗以及超声波清洗等。电清洗和超声波清洗效果最好，但运行费用太高。机械清洗效果不理想，一些与膜结合紧密的物质去除不掉。相比之下，化学清洗最为经济有效。
化学清洗是用化学试剂与膜内沉积物、污垢、腐蚀产物及影响通量速率和产水水质的其他污染物反应并将其
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去除，恢复膜通透性能方法。一般最常用的清洗剂有硝酸、柠檬酸、盐酸，氢氧化钠、氢氧化钾、次氯酸钠等。［６］通常根据污染的程度，将膜组件浸在化学溶液中２～４小时，通过溶解、络合等化学作用清除膜表面和膜孔内附着的污染物。［８］在实际的膜清洗操作中，针对不同材质和型式的膜组件，不同的分离对象，应当选择不同的清洗剂和清洗程序，特别是在选择清洗剂时，还必须考虑整个管路系统等各部件的耐受能力。
３ 结语
ＭＢＲ膜分离过程中，膜孔的堵塞和凝胶层的析出是导致膜通透性能下降的最主要因素，也是膜污染控制的关键，而膜的特性、料液的生物相尺寸、ＥＰＳ（胞外聚合物）浓度及膜表面的浓差极化是影响他们形成的最主要因素。针对这些因素提出的优化膜分离操作条件、改善料液的生化特性、确定临界污泥浓度等方法可有效的控制膜孔的堵塞和凝胶层的形成造成的污染。对于ＭＢＲ膜污染的形成机理、导致膜通透性能下降的因素及控制方法今后还有待做进一步的研究。另外，膜的清洗对于膜过滤能力的恢复起到至关重要的作用，清洗效果的好坏将直接影响后续处理的效果，如何选择更加经济、有效的清洗剂和清洗方案也是今后研究的重点。
参考文献：
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Ｆormation Mechanism and Control of MBRmembrane Fouling
JIANG Bo1, WANG Li-ping2, HUA Su-lan3, ZHANG Chuan-yi4
(1.2.3.4School of Environment and Spatial Informatics, CUMT, Xiuzhou 221008, China)
Abstract: Membrane fouling problem is an obstacle that affecting the popular application of membrane bio-reactor (MBR) technology. Through analyzing the formation mechanism and main affecting factors of MBR membrane fouling, this paper think that the main fouling factors cause membrane penetrating performance lower and technique operating cost increase are membrane bore stop and coagulating gum layer formation. Adopt some techniques such as choosing membrane module and operating conditions optimally、improving sludge mixed liquid’s biological and chemical characteristics、determining critical sludge concentration、membrane rinse and so on can reduce membrane bore stop and repress coagulating gum layer formation, control membrane fouling effectively.
Key words: MBR membrane fouling coagulating gum layer extra-cellular polymeric substance(EPS)
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MBR膜污染形成机理及控制
２００６年２月 Ｆｅｂ．２００６ ?110? 文章编号：1673-1212(2006)01-0110-03 膜生物反应器（ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｂｉｏ－ｒｅａｃｔｏｒ―ＭＢＲ）是将膜分离技术与生物反应原理相结合而开发的一种新型污水处理工艺。与传统工艺相比具有固液分离效果好、生物反应器内生物量高、污泥产量低、出水水质好、占地面积小等优点。但是在膜分离过程中出现的膜污染严重的影响了膜的通透性能，增加了工艺的运行成本，已成为影响该技术推广使用的一个关键问题。因此，有必要对ＭＢＲ膜污染的形成机理及主要影响因素进行分析并研究相关控制方法，以期为推广该项新技术的工业化应用创造条件。 １ ＭＢＲ膜污染的形成机理及主要影响因素 １．１ 形成机理 所谓膜污染是指处理物料中的微粒、胶体颗粒以及溶质大分子由于与膜存在物理、化学作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附和沉积造成膜孔径变小或 堵塞，使膜通量及膜的分离特性产生变化的现象。［１］ 造成 ＭＢＲ膜污染的直接物质来源是生物反应器中的污泥混合液，成分包括微生物菌群及其代谢产物、废水中的大小有机分子、溶解性物质和固体颗粒等。通常，在ＭＢＲ膜过滤过程中，膜污染的形成机理主要有以下几种：１．１．１ 小于膜孔径的颗粒物质在膜孔中吸附，通过浓缩、结晶、沉淀及生长等作用使膜孔产生不同程度的堵塞，造 成膜污染。 ［５］１．１．２ 料液中的悬浮物、胶体物质及微生物被膜拦截，物质间通过吸附、架桥、网捕等作用结合在一起，在膜表面沉积形成沉积层，降低膜通量，造成膜污染。１．１．３ 膜穿透压力及膜孔的堵塞造成膜表面出现浓差极 化现象，当达到极限浓度后，溶解性难降解小分子有机物析出并与污泥混合液悬浮固体（ＭＬＳＳ）结合在膜表面形 成凝胶层，造成膜污染。 ［５］ 第二种机理形成的沉积层与膜表面的结合力较弱，控制膜出水通量在合理的范围内可减少污泥絮体在膜表面的沉积。此外，在膜过滤过程中，曝气或膜面错流等操作形成的剪切力和扰动作用基本可以将沉积层去除，它对膜的通透性能影响不大。造成膜通透性能降低的主要污染因素是膜孔的堵塞和凝胶层的形成。在膜过滤过程中水力作用很难将这两种污染去除，必须通过专门的膜清洗才能恢复膜的通透性，这也是导致工艺运行费用增加的主要原因之一。控制膜污染的主要目的是确保膜的通透性，降低运行成本。因而，膜孔的堵塞和抑制凝胶层的形成是ＭＢＲ膜污染控制的重点。１．２ 影响因素 影响膜孔堵塞的主要因素是料液中的生物相尺寸和膜自身的特性。一般生物相尺寸越小越容易堵塞膜孔且孔内微生物在营养物充足时会出现滋生现象，加重膜孔 堵塞程度。［１０］膜的特性主要有膜材质、膜孔径大小、空隙 率、亲疏性、电荷性质和粗糙度等。不同特性的膜吸附料液颗粒物的程度不同，所以污染的程度也不同。影响凝胶层析出的因素为料液生物相尺寸和反应器中的溶解性难降解有机物浓度。溶解性难降解有机物这里主要是指胞外聚合物（ＥＰＳ）会导致溶液粘度的增加，堵塞污泥絮体颗粒之间的空隙，改变膜面形成的空隙率的结构，是凝胶 层形成的主要因素。［５］生物相尺寸越小在过滤过程中越容 易达到膜表面，形成比阻更高的致密层，加速凝胶层的形成。此外，膜的出水通量在膜过滤过程中控制着浓差极化 收稿日期： ２００５－０９－２３ 作者简介：蒋波（１９７９－），男，江苏徐州人，中国矿业大学环测学院工程系在读硕士研究生，主要研究方向为污水处理技术。 ＭＢＲ膜污染形成机理及控制 蒋波１，王丽萍２，华素兰３，张传义４ （１．２．３．４中国矿业大学 环测学院， 江苏 徐州 ２２１００８） 摘 要： 膜污染问题是影响膜生物反应器（ＭＢＲ）技术推广使用的一大障碍。本文通过对ＭＢＲ膜污染的形成机理及主要影响因素的分析研究，认为造成膜通透性能降低及工艺运行成本增加的主要污染因素是膜孔的堵塞和凝胶层的形成，在膜过滤过程中，采用优化选择膜组件及运行操作条件、改善污泥混合液的生化特性、确定临界污泥浓度、膜清洗等方法可减少膜孔的堵塞，抑制凝胶层的形成，有效的控制膜污染。关键词： ＭＢＲ 膜污染 凝胶层 胞外聚合物（ＥＰＳ） 中图分类号：X703 文献标识码：B ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT
农用残膜污染专项整治工作实施方案
农用残膜污染专项整治工作实施方案 为进一步加强我县农用残膜回收利用工作，全面推进农业面源污染治理，恢复良好的农业生态环境，按区、市有关农用残膜污染专项整治工作要求，结合我县实际，特制定本方案。 一、指导思想 以X指导，以建设资源节约型、环境友好型社会为目标，按照“政府扶持引导、广大群众参与、企业市场化运作”的原则，逐步建立起“健全网点保回收，激励企业保加工，行政监管保捡拾”的工作机制，形成农户积极捡拾、回收点应收尽收、企业收购加工的农用残膜回收利用体系，推动残膜变废为宝、变弃为用，有效治理农业面源污染，改善生态环境。 二、目标任务 按区、市有关农用残膜污染专项整治工作要求，完成不少于上年度覆膜面积90%以上的残膜回收任务，实现田间地头无裸露残膜，村庄、道路、林带无飘挂残膜，无随意焚烧、填埋等二次污染。扶持建立残膜加工企业1家，建立残膜回收网点6个，残膜回收利用长效机制基本建立。X年全县实际覆膜面积7万亩，X年计划完成农用残膜回收面积6.3万亩，回收残膜630吨。 三、实施步骤 （一）动员部署（3月25日前）。对X年农用残膜污染专项整治工作进行全面安排部署，分解工作任务。采取有效形式，大力宣传和
讲解农用残膜污染的危害和回收再利用的好处，在全社会营造农用残膜回收利用的浓厚氛围。 （二）集中整治（3月26日—5月30日）。各乡镇要结合旱作节水农业年度覆膜任务，制定具体的残膜回收工作方案，集中开展专项整治活动。一是各乡镇要以方便群众交售为前提，与残膜加工企业协作，动员有积极性的合作组织、经纪人在覆膜集中区域建立X定残膜回收网点；同时要培育和鼓励经纪人在各村流动回收残膜；二是乡、村两级政府要积极组织动员种植大户、农机合作组织和广大群众，重点对田间地头、村庄周围、交通沿线、沟渠河道的农用残膜进行集中清理，严禁随意填埋和焚烧处理；三是回收网点和加工企业要按照残膜加工要求，对农户交售的残膜应收尽收，并建立农用残膜回收花名册，交售人要签名盖章，坚决杜绝代签和造假等行为发生；四是强化源头治理，政府统一招标采购使用厚度为0.010—0.012毫米抗拉强度性能指标好的地膜，禁止使用厚度小于0.010毫米、耐候期小于6个月的农用地膜，降低残膜回收难度。 （三）检查验收（6月1日—6月10日）。一是乡镇对农用残膜污染专项整治工作情况进行自查总结，形成自查报告报送县农牧局（农机化推广服务中心）。二是回收网点和加工企业将核实汇总后的残膜回收花名册（含电子版）报送至农牧局（农机化推广服务中心）备案。三是在各乡镇自查自验的基础上，由农牧局牵头，相关成员单位组成检查验收组，对农用残膜污染专项整治工作进行检查验收。验收结果作为兑付残膜回收补助资金和年终农业农村工作考核依据。
膜产品污染的防治方法
膜产品污染的防治方法
膜产品污染的防治方法 1. 实施膜材料改性 膜材料对膜分离技术有着藏药影响，因此选用或开发研究新型膜材料是改善或解决膜材料对膜分离效果影响的最根本 方法。由于原液成分负载多样，因此应根据实际的水质特点和处理要求选择合理的膜材料。 随着对膜分离技术要求的提高，工作人员应根据实际情况对膜材料进行改性，从而提高膜的耐压性和稳定性。工作人员首先应对污染物细致进行分析，之后将污染物性质与膜的性质进行比对。膜的亲水性会直接影响膜的无燃气卡，因此亲水性越低膜越容易被污染。在实践过程中，针对膜材料改性可利用纳米颗粒进行超滤膜改性，提高膜的通量，提高膜污染的条件，降低整体系统的损耗。此外，针对膜的表面改性可将海印衍生物结合在伤痛表面，提高反渗透膜的耐污性。 2. 优化膜清洗工艺 在实际应用中，膜材料合理和操作的规范只是降低膜污染情况，但仍存在着膜孔堵塞等污染情况。膜污染处理最直接有效的方法就是膜清洗。膜的化学清洗主要应用酸碱和氧化剂等去除膜污染物，这种方法快速直接，但往往伴随着二次污染。
膜的物理清洗主要是通过超声波、气水反冲洗和空气反吹洗的方式进行清洗。但这种方式效果与化学清洗相比略差，且会影响膜通过量。因此，二者结合的方式是实际工作中最长使用的。首先工作人员经膜用纯净水进行反复冲洗。其次将膜浸泡在柠檬酸中，进行短期循环清洗。之后对浸泡清洗的膜再次进行纯净水冲洗。用EDTA溶液与氢氧化钠的混合液再次清洗膜。最后再次利用纯净水对膜进行冲洗，投入生产。膜的无机物污染有酸性清洗，膜的有机污染有碱性清洗完成。 3. 保证渗透液预处理的有效性 在膜污染防治中，渗透液的处理至关重要。废水中的大分子有机物、颗粒或者胶体等物质处理效果不理想进行膜分离，就会造成膜的污染。目前渗透液的处理方法有生物法，絮凝组合和机械过滤等方式。根据渗透液的位置年龄选择对应合适的方法，避免逆效应的产生。在反硝化工艺中，排除垃圾渗滤液中的氨氮和硝态氮，提高系统的处理效果，加强系统工作效率。增加纳滤膜和反渗透膜的通量，降低污染，确保系统的稳定性。
MBR膜污染机理及其控制
M BR 膜污染机理及其控制 杨红群 周艳玲 (九江学院化学化工学院,江西九江 332005) 摘 要:本文论述了膜生物反应器中膜的污染机理及其控制。关键词:膜生物反应器 膜污染 机理 控制 1 用于水处理的膜生物反应器技术简介 活性污泥法将生物反应器与二沉池结合起来,是最常用的废水处理方法。常规活性污泥法(C ASP :con 2 ventional activated sludge process )的成功与否取决于依靠 重力进行分离的二沉池的运行效果,但在实际应用中,污泥的沉降性不易控制,处理效果不稳定。膜生物反应器技术(M BR :membrane bioreactor )将活性污泥法水处理技术和膜分离技术结合起来,可以避免C ASP 中污泥沉降性难以控制的问题并且可以替代二沉池。最初报 道的应用于活性污泥法水处理的膜为超滤膜[1]。由于膜能够将生物反应器中的泥水完全分离,可以根据废水特征和其它设计参数将污泥浓度增高至任何适当的浓度。高的活性污泥浓度可以保证在各种进水条件下均能取得较好的出水水质,并且可以减小水处理厂占地空间。M BR 使用的膜有着较小的孔径(对微滤膜来讲通常为0.1μm ),这意味着出水中的悬浮固体(SS:sus 2 pended s olids )很少,微生物量也比常规活性污泥法出水 中的含量低很多 。 图1 循环式(分置式)膜生物反应器示意图 第一代膜生物反应器使用管状膜,膜分离装置置于生物反应器之外并用泵进行水循环,称之为循环式 (分置式)M BR ,如图1所示。反应之后的泥水混合物经 泵送入膜组件,透过液作为处理出水,浓缩液再返回反应器进一步降解。循环流导致了较高的能耗,典型值为3kWhm -3出水[2]。膜组件能耗的高低还取决于膜组件的构造[1]。液体在膜组件中的高速剪切流和循环泵的剪切力可以破坏微生物并直接导致生物反应器中的 微生物失去活性。 浸没式(一体式)M BR 首先在日本被开发并大量安装使用。它可以克服循环式M BR 的缺点。在浸没式 M BR 中,膜组件直接浸没在泥水混合物中,透过液在抽 吸泵的作用下流出膜组件,如图2所示。膜组件的下方有曝气装置,将空气压缩机送来的空气形成上浮的微气泡;在曝气的同时,紊动的液流在膜表面产生剪切力,有利于去除膜表面的污染物。浸没式M BR 能耗的
造成RO膜污染的原因及解决方式
造成R O膜污染的原因 及解决方式 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
1.造成RO膜污染的原因有哪些 反渗透运行时，进水中含有的悬浮物质、溶解物质以及微生物繁殖等原因都会造成膜元件污染。反渗透系统的预处理应尽可能的除去这些污染物质，尽量降低膜元件污染的可能性。造成膜污染的原因主要有以下几种： 新装置管道中含有油类物质和焊接管道时的残留物，以及灰尘且在装膜前未清洗干净； ●预处理装置设计不合理； ●添加化学药品的量发生错误或设备发生故障； ●人为操作失误； ●停止运行时未作低压冲洗或冲洗条件控制得不正确； ●给水水源或水质发生变化。 ●污染物的种类、发生原因及处理方法请参见下表。 反渗透膜污染的和种类、原因及处理方法 2.反渗透和纳滤系统的清洗方式有哪些 反渗透和纳滤系统的清洗可分物理清洗和化学清洗。 物理清洗也可叫物理冲洗，冲洗是采用低压大流量的进水冲洗膜元件，冲洗掉附着在膜表面的污染物或堆积物。 冲洗的要点： a.冲洗的流速 装置运行时，颗粒污染物逐渐堆积在膜的表面。如果冲洗时的流速和制水时的流速相等或略低，则很难把污染物从膜元件中冲出来。因此，冲洗时要使用比正常运行时更高的流速。通常，单支压力容器内的冲洗流速为： ●8英寸膜元件：h； ●4英寸膜元件：。 b.冲洗的压力 正常高压运行时，污染物被压向膜表面造成污染。所以在冲洗时，如果采用同样的高压，污染物仍会被压在膜表面上，清洗的效果不会理想。因此在冲洗时，应尽可能的通过低压、高流速的方式，增加水平方向的剪切力，把污染物冲出膜元件。压力通常控制在以下。如果在以下，很难达到一定的流量时，应尽可能控制进水压力，以不出产水或少出产水为标准。一般进水压力不能大于。
农用残膜污染现状及治理措施(一)
农用残膜污染现状及治理措施(一) 作者：李团结郑新伟陈晓军马天博张伟贾乃峰李萍 摘要:通过分析农用残膜对农田环境和农作物产生的危害,针对农用残膜污染现状提出治理措施。 关键词:农用残膜;危害;污染现状;治理措施 随着农业生产水平的提高,农用残膜在农业生产中的作用越来越大,促进了农民增产与增收。但随着用量不断增大,农民的认识不够,致使农用残膜清理回收不利,土壤残留量逐年增加,给农业生态环境带来了严重的负面效应1-4]。因此,整治农用残膜污染刻不容缓。 1农用残膜污染的危害 1.1影响土壤的物理性状,降低土壤肥力 大量残留的农用地膜在土壤中很难被自然分解,影响土壤中的水、肥、气、热活动,给土壤环境带来严重污染,不利于农业的生态平衡。其表现在:一是破坏土壤的通透性和团粒结构的形成,使土壤上下隔离,形成断层,造成土壤板结,降低了土壤的吸水、保水能力,导致有水下不去、有浆上不来,使土壤的物理性能得不到充分发挥。二是地膜的残留会使土壤胶体吸附能力降低,有些速效性养分易流失。三是残留农膜抑制土壤微生物的活动,使迟效性养分转化率降低,影响施入土壤有机肥养分的分解和释放,降低肥效。 1.2影响作物生长发育,造成减产 地膜残留在土壤中,使种子不能很好地发芽,即使发芽,根系也因无法穿
透地膜而扎不下去,达不到根深蒂固的程度,作物易遭受灾害。如果种子播到残膜下面,发芽后也长不出来,造成缺苗断条,使作物减产。据统计,各类作物减产幅度:玉米为11%~13%,小麦9%~10%,水稻8%~14%,大豆5.5%~9.0%,蔬菜15%~59%。连续覆膜的时间越长,残留量越大,对作物产量影响越大,连续使用15年以后,耕地将颗粒无收。 1.3危害人体健康 农膜生产过程中添加一些助剂,当农膜废弃在田间或土壤里时,其中的助剂会向土壤和水中渗透、迁移,会污染大气、土质和水域等。特别是某些含铅、镉等重金属有毒添加剂,会先通过土壤富集于蔬菜、粮食及动物体中,人食用后直接影响健康。 1.4破坏环境,有碍观瞻 残膜被丢弃于田头地角,积存于排泄渠道,散落于湖泊水体或乱挂在树枝杆头,成为白色污染的重要标志,既不雅观还可能缠绕犁头和播种机轮盘,影响田间作业。 2农用残膜污染现状 2.1农膜质量较差,回收难度大 农用塑料薄膜使用与回收问题主要集中在农用地膜上,目前农用地膜主要使用的是线性低密度聚乙烯,一般厚度为0.003mm或0.004mm。由于生产者与使用者过分追求经济效益,地膜的生产趋于薄型化,致使农用地膜强度低、易破碎,寿命只有4~5个月,给回收带来困难。 2.2农膜数量逐年递增,污染面扩大
膜污染机制及防治和控制技术研究
膜污染的各种因素及EPS对膜污染的影响 膜污染是膜应用过程中普遍面临的问题，它主要来源于处理过程中溶液中的溶质沉积在膜表面或者进入膜孔内部，即膜面污染和膜孔污染，这两种形式的膜污染都会造成过膜压力的提高和膜通量的迅速下降。一直以来，关于膜污染的研究很多，主要集中在对具体形式的膜污染特点进行分析，或者针对某种特定水的膜污染特点进行分析。例如： 2009年清华大学的朱洪涛等人研究的在臭氧消毒的膜法水处理工艺中臭氧的投加量对膜污染的影响，具体内容在下文会介绍到。 2010年西安建筑科技大学的金鹏康等人采用热重分析法(TG)测定污染膜的表面沉积物变化情况，并利用光散射颗粒分析仪( PDA)评价膜过滤过程中膜表面截留液中颗粒物的沉积情况，同时借助扫描电镜(SEM)以检测膜表面和横截面污染物情况来分析超滤膜过滤过程，讨论不同截留分子量超滤膜的膜面污染和膜孔污染的关系。得出结论：（1）截留分子量越小，膜表面污染物质越多，其截留液的中颗粒物浓度在初始时刻增加显著。膜截留分子量的增加使得截留液颗粒物浓度逐渐减小，膜面污染较小。（2）截留分子量较小的膜，在初始时刻的过滤过程中主要是膜面截留的污染物质起主要作用，即首先形成滤饼层，滤饼层可进一步吸附截留水中污染物质，防止污染物质进入膜孔内部。但是对于截留分子量较大的超滤膜，由于膜孔相对较大，污染物质则相对容易进入膜孔内部，从而迅速造成膜孔内部污
染，膜面污染物质则较少。 2010年同济大学的董滨等人研究了不同泥龄下溶解性微生物产 物对膜污染的影响。溶解性微生物产物( soluble microbial product s ,SMP) 是指微生物代谢过程中产生的可溶性有机物，近年来在污水生物处理中备受关注，已被证实是引起膜污染的重要物质。SMP 的组成极为复杂，既包括疏水性物质(如腐殖酸和黄腐酸，也包括亲水性物质(如碳水化合物和蛋白质)，且其组分的相对分子质量和电荷性质不尽相同。目前,普遍认为SMP构成了二级生物处理水中溶解性有机碳(DOC)的绝大部分，并具有一些其他特性,如对生化反应的毒性、与金属的鳌合性等。SMP在MBR中的行为更为复杂。黄霞等对MBR长时间运行过程中SMP的积累情况进行研究，发现积累的SMP不仅抑制微生物代谢活性,而且产生膜污染，造成膜通透性下降. H. S. Shin 和S.T. Kang对SMP积累的相关研究指出，积累的SMP大部分来自微生物内源呼吸过程中细胞的解体。而SMP对膜的污染机理也逐渐成为更多MBR系统研究者的考察内容。其研究结果有：(1) MBR中及出水中的SMP质量浓度,随泥龄的延长呈先减小后略有增大的趋势,而SMP在MBR中的积累 程度及SMP的膜污染潜势随泥龄延长呈下降趋势,泥龄短时SMP积累和膜污染潜势显著增大,表明膜污染与SMP 积累密切相关.(2) MBR中与出水中SMP相对分子质量分布相似,表明膜对SMP不同相对分子质量组分的截留并非基于尺寸排阻。SMP的相对分子质量分布呈明显的双峰特征,随着泥龄由10d延至60d，泥龄短时的MBR中，SMP中的小分子组分积累显著,泥龄长时的MBR中，SMP中高分子组分的比例升高。据此
超滤膜污染的机理和控制_张原
研究与探索 超滤膜污染的机理和控制 张 原 (深圳市自来水集团有限公司,广东 深圳 518031) 摘要 文章介绍了超滤膜污染的机理和模型,然后试验证明引起膜污染的主要因素包括:膜材料的性能、膜材料与所处理液的相互配合、处理液的浓度与流速等。通过改善膜材料的性能、合理处理好膜与所处理液之间的各种参数匹配,可以有效地解决膜的污染问题。 关键词 超滤膜 范德华力 双电层 吉布氏吸附方程 弗雷德里希方程 Mechanism and Control of the Pollution of Ultrafiltration Membrane Zhang Yuan (Shenzheng Water S upply (Group )Co .Ltd .,Guangdong Shenzheng 518031) A bstract In this paper ,mechanism and model of the pollution of ultra -filtration membrane are in -trouduced and then the main facto rs including the characteristics of the materials membrane m ade of ,m atching of the membrane and the liquid to be treated ,make the mem brane polluted were approved .To improre the char -acteristics of the membrane and match well the parameters related to the membrane may be solved . Keywords ultra -fillration membrane van der weals force electric double layer Gibb 's adsorption e -quation freundlich isotherm 1 膜技术在给排水行业的应用 由于在给排水领域内,超滤膜应用较广,而系统在运行过程中,特别是废水处理领域内,因膜污染而引起的过滤阻力不断增加,膜过滤通量严重衰减,是阻碍该项技术应用推广的关键所在。本文拟通过对超滤膜污染的实验,总结污染的控制因素,提高膜技术在给排水领域内有效应用的认识。2 超滤膜污染机理与模型2.1 污染的机理与模型 从宏观理论上讲,溶液在膜表面的吸附过程比 较复杂,因为在吸附过程中,溶质和溶剂之间,或者吸附剂混合物(膜)各组分之间始终存在着竞争吸附,所以溶液的吸附等温线必须在测量表观等温吸附线后,加上适当的蒸气吸附数据进行计算才能得到。但在实际上,从定性的角度可以认为,膜对溶质的吸附与两者之间的极性密切相关,极性材料的膜倾向于强烈的吸附极性物质,对非极性物质的吸附就弱得多。相反,非极性材料的膜则更容易吸附非 另据试验表明,2%浓度的稳定性ClO 2,由于浓度低,活化后转化率不高,ClO 2含量低,如能采用高纯ClO 2发生器(如上海技源科技有限公司的产品),ClO 2转化率在95%以上,效果更佳。 参考文献 1 王升坤:《Cl O 2用于油田采出水处理的研究》,工业水处理,1999,3. 2 陈雷等:《石油开采废水处理技术的现状与展望》,中国给水排水, 1999,11. 3 唐晓东等:《含硫气油水的综合治理技术》,工业水处理,1999,4.4 李佐东等:《稳定性ClO 2在油田解堵中的应用》,资料,1999,4.5 李超等:《关于大庆地区净化水处理中应用稳定性ClO 2的可行性 研究》,资料,1997,5. 6 陆柱、郑士忠等:《油田水处理技术》,石油工业出版社,1990,2. 第一作者简介:项成林 上海吴泾化工有限公司副总工程师,教授级高级工程师,上海市净水技术学会副理事长,中国工业水处理学会理事 收稿日期:2001年7月 11 净水技术Vol .20NO .42001
膜生物反应器膜污染机理及控制措施分析_宋万召
膜生物反应器膜污染机理及控制措施分析 宋万召1，杨云军2 (1．扬州环境资源职业技术学院，江苏225127; 2．山东博洋环境资源有限公司，山东276700) 摘要：膜生物反应器作为城市污水处理的一项重要技术，研究其膜污染的机理和控制措施对水处理技术 的发展有重要意义。文章概述了膜污染的4种经典模型，并从膜的性质、活性污泥混合液和膜组件的运行条 件等方面分析了膜污染的影响因素，最后对膜污染的防治和治理给出了对策。 关键词：膜生物反应器;膜污染;对策 中图分类号：X703．1文献标识码：A文章编号：1007－0370（2012）05－0177－03 The analysis of mechanism and control measure of membrane pollution for MBR Song Wanzhao1，Yang Yunjun2 （1．Yangzhou Vocational College of Environmental and Resources，Jiangsu225127； 2．Shandong Boyone Environmental Resources Co．Ltd，Shandong276700） Abstract：Membrane Bioreactor is an important technology for the treatment of municipal sewage．It studies the mechanism and control measure of membrane pollution，which has the important meaning for the wastewater treatment．It concludes that there are four classical mod-els in the membrane pollution，and analyses the impact factor from the membrane property，activated sludge mixture and membrane module．In the end，it gives some suggestion for the control measure of membrane pollution． Keywords：Membrane biological reactor；Membrane pollution；Measure 1引言 自从上世纪六十年代起，膜生物反应器研究成果开始应用于污水处理领域，美国科学家Smith1969首先报道了超滤活性污泥处理城市污水工艺设计的结合。日本国土由于狭窄的原因，对膜分离技术在废水处理中的应用进行了非常多的投资，推动了它的实际应用。90年代，除城市污水处理技术，具有特殊的废水处理的方向扩展，逐步扩展到石油化工，制药，食品，发酵，垃圾渗滤液和其他工业废水领域。我国二零零二年，将膜材料和膜产业列为国家大力发展的朝阳产业之一。 2关于膜生物反应器的污染原理 生物反应器混合溶液中的胶体颗粒，溶解或悬浮的有机化合物吸附在膜表面沉积在膜孔周围，造成膜孔径较小或堵塞，膜通量下降等问题叫做膜污染。膜污染的快与慢决定了膜使用周期的长短，并随后影响膜的更换周期，导致膜的清洗和维护成本低。因此，经过分析膜污染形成的原因，确定膜的清洗方法是研究发展的关键。膜污染的机理分析如下： 按照膜污染的现象和表面沉积的污染物质的种 — 771 — 膜生物反应器膜污染机理及控制措施分析宋万召杨云军
反渗透膜的污染及防治
反渗透膜的污染及防治 (华北电力大学，河北保定 071003) 摘要：文章介绍了反渗透技术在丰泰发电厂的应用，分析了反渗透膜元件的污染机理及预防措施，提出了相关的 中图分类号：TU991.26 文献标识码：B 文章编号：1007—6921(XX)11—0081—02 反渗透水处理技术是当代先进的水处理脱盐技术，它广泛应用于电力、化工、石油、钢铁、市政、环保等行业，应用于生产锅炉补给水合饮用水，淡化海水，制备电子超纯水，反渗透相对于传统水处理系统有以下优点：①反渗透水处理技术操作简单和运行经济，易于掌握。②它的使用，延长了传统的交换设备的再生周期，减少了酸碱的排放量，有利于当地环境保护。③可以大大降低运行人员的劳动强度，可以进一步提高整个水处理工艺的运行水平和自动化程度。④反渗透技术可以用作水质比较差的工艺。 1 我厂锅炉补给水系统采用反渗透预脱盐加二级除盐系统，以满足两台2×200MW机组对合格除盐水的正常使用需求，系统工艺流程如下：
原水→多介质活性炭→保安过滤器→高压泵→反渗透 反渗透安系统设计产品水出力2×50m3/h，每列按一级二段6×3排列，每列共有压力容器9个，每个压力容器内装有6根膜元件。采用膜元件为DOW公司生产的BW30-365涡卷式复合膜，此膜有芳香聚酰胺等高分子有机物合成，具有稳定性好，脱盐率高，抗有机物污染能力强，不易压实，对氧化物质和悬浮物要求严格等特点，设计回收率75%，脱盐率5年内〉97%。 反渗透装置的预处理设备有一级加药PAC，主要作用是消除原水中含有的悬浮物、胶体、颗粒及细菌等，在反渗透入口有阻垢剂加药系统，可以防止溶质的结垢和起到结垢成分的分散作用。 四台多介质过滤器用于滤除经一级加药后形成的矾花和原水中的悬浮物、颗粒，以保证反渗透系统给水对SDI、浊度的要求。三台活性炭过滤器是吸附多介质过滤器无法支除的余氯，以防止反渗透膜受其氧化降解，同时还吸附水中的有机物等污染物，进一步降低SDI值。每套反渗透装置前配备一套保安过滤器，以支除水中5u以上的颗粒物，保证 2 2.1
残膜危害及治理
Present situation of pollution of agricultural residue film and its control measures Abstract: by analyzing the agricultural membrane on the farmland environment and crop residue damage,management measures are proposed according to the current situation of agricultural plastic film pollution. Key words: Agricultural residue film; Harm; Pollution status quo; Control measures With the improvement of agricultural production, the role of agricultural plastic film in agricultural production is more and more larger, promotes the increase in the production and the income of farmers. But with the dosage increasing, the understanding of the farmers is insufficient, resulting in unfavorable agricultural plastic film recycling cleanup of soil residues increased year by year, to the agricultural ecological environment poses a serious negative effects . Therefore, regulation of agricultural residues of membrane fouling is urgently needed. 1 The dangers of agricultural plastic film pollution 1.1 Influence soil physical properties, reducing the soil fertility A large number of residues in the soil of agricultural plastic film is difficult to break down naturally, influence the water , fertilizer, gas and heat in the soil, bring serious pollution to the soil environment, conducive to agriculture ecological balance.At first, destroy the soil's permeability and the formation of granular structure, the upper and lower isolating, forming faults, causing soil compaction, reduced soil water, water retention capacity, resulting in a go underwater, and some do not , the physical properties of the soil are not fully realized. Secondly, the residual film will reduce soil colloid adsorption capacity, some available nutrient loss easily. Thirdly, the residual plastic film inhibit soil microbial activity, make the delayed nutrient conversion rate reduced, affect soil organic fertilizer rates of decomposition and nutrient release, reduce fertilizer effect. 1.2 Affect crop growth and development, resulting in production Plastic film residue in the soil, the seeds can not germinate well, even if germination, roots can not penetrate the film and tie does not go on, reach the
MBR膜污染及防治技术研究
MBR膜污染及防治技术研究 摘要：膜污染是MBR工艺中关键的制约因素。本文介绍了膜污染的三阶段理论，包括初始污染阶段、缓慢污染阶段、跨膜压强跃升阶段。综合国内外对膜污染的相关实验，总结分析了有效控制膜污染的几种技术，包括对原水进行预处理、膜的清洗、投加添加剂改变污泥特性、优化MBR条件以及培养好氧颗粒污泥。 关键字：MBR；膜污染机理；污染防治； 1前言 膜生物反应器MBR工艺作为一种新型的污水处理工艺，通过膜的高效截流作用代替了传统活性污泥工艺中的二沉池。MBR反应器内部具有活性污泥浓度高、面积占地小、出水水质好且产率低等特点，现已应用于污水、工业水、回用水处理领域。但存在已久的膜污染问题将导致膜通量下降、膜冲洗、能耗增加等问题，因而限制了MBR的广泛使用。研究膜污染运行过程中的膜污染机理将对膜污染的控制从而降低能耗有重大研究意义，因此，笔者通过分析膜污染机理从而研究总结了降低膜污染的控制技术。 2MBR膜污染 在MBR运行条件下，膜的表面容易沉积各种浓缩液中的截留物，从而导致在既定跨膜压差下透过膜的通量减少，或是在既定膜通量下跨膜压差增大，这些现象统称为膜污染。通过对膜污染的研究，胞外聚合物EPS被公认为是导致膜污染的关键因素。EPS是多种分子量大物质的合称，包括存在于细胞表面之上和之下和絮体内细胞间隙中的所有类型大分子，如蛋白质、碳水化合物、、核酸、磷脂和其他聚合物[1]，它们包括由细胞分泌、从细胞表面脱落、或是细胞衰亡产生的不溶物质。 3 减缓膜污染防治技术 3.1 预处理 王小佳等人[2]对传统膜生物反应器（CMBR）与复合式膜污染反应器（HMBR）作了研究对比。实验表明，HMBR系统相比于CMBR系统膜污染速率很低,同等条件下，当运行到50d时，HMBR的跨膜压差几乎不变，而CMBR 压差变化从459Kpa到2618Kpa。由此表明，化学絮凝预处理对MBR膜污染具有减缓作用，可以作为降低MBR膜污染防治措施之一。 图1 膜生物复合式反应器
膜的污染及其控制方法
膜的污染及其控制方法 膜污染是指在膜过滤过程中，水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或 膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象［１］。 实际上，膜的可靠性是目前阻碍膜技术推广应用的关键之一，而污染问题又是影响其可靠性的决定性因素。据调查，就超滤而言，污染仍是其主要问题，污染的消除将使超滤过程效率提高30%以上，使投资减少15%，而且能提高分离效果，使超滤范围拓宽［２］。对膜污染种类及其成因的具体分析，将有助于采取合适的措施减弱或消除它的不良影响。 1 沉淀污染 以压力为推动力的膜分离技术有反渗透(RO)，纳滤(NF)，超滤(UF)和微滤(MF)。根据不同膜与水中微粒的相互关系［３］，可知沉淀污染对RO和NF的影响尤为显著。
当原水中盐的浓度超过了其溶解度，就会在膜上形成沉淀或结垢。普遍受人们关注的污染物是钙、镁、铁和其它金属的沉淀物，如氢氧化物、碳酸盐和硫酸盐等。 设在溶液中有化学反应：x A y－＋y B x＋＝A x B y 当不考虑盐类之间的相互作用时，溶度积K sp＝γx A［A y－］xγy B ［B x＋］y为常数。其中，γA、γB为自由离子A和B的平均活度系数；［A］，［B］为溶液中的摩尔浓度；x，y为化学配比系数。平均活度系数可用离子强度［I ］的函数来估测： logγA＝－0.509 Z A I1/2， logγB＝0.509 Z B I1/2； Z A、Z B为自由离子的化合价。对稀溶液，如大多数天然水体，其活度系数γA、γB近似等于1。 如图1所示，进料液，浓缩液，渗透液浓度分别为C f，C r，C p。 图1 膜系统中不同位置的溶质浓度 由阻截率知：
膜污染机理与清洗
膜污染的机理与清洗技术 摘要：膜污染一直是膜分离技术中普遍性的难题，本文通过对膜污染机理的深入研究与影响因素的分析，并引入工程实例，简单介绍了清洗过程对膜污染的控制。 关键词：浓差极化、吸附、膜通量 膜分离作为一门新型的分离技术，是以具有选择性分离功能的无机或高分子材料作为分离层，以外界能量为推动力，使流体中各组分得分离、提纯、浓缩的一种分离新方法。膜分离技术尽管有其它物理化学法、生物法难以比拟的优点，但经常由于膜污染而产生不可预测的膜寿命降低、膜失效等问题，都增加了膜的操作和维护费用。所以说，膜污染始终是困扰当前膜分离技术的具有普遍性的工程难题之一。 膜污染是指处理物料中的微粒、胶体粒子和溶质大分子由于与膜存在物理化学作用或机械作用引起的膜表面和膜孔径内吸附、沉积造成的膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特征的不可逆变化现象[1]。对膜污染来说，一旦物料与膜接触，膜污染即开始。因此，确定膜污染原因和影响因素，控制膜污染程度，清除污染和恢复膜通量，这些问题一直是膜学界关注的重点。 一、膜污染机理 在压力驱动膜过程中，膜的性能随时间有很大的变化，即时间延长，通过膜的通量减少，造成通量衰减的原因有许多，这些因素对原料通过膜的传递增加了新的阻力。 影响膜通量下降的因素，一般认为主要有以下4点[2]： ①浓差极化. 由于膜表面上溶质的浓度成梯度增加，即边界层渗透压升高，使得膜的渗透通量下降. ②膜孔阻塞. 被分离溶质在膜表面或膜孔内形成阻塞，造成通量下降. ③膜孔吸附. 被分离溶质(尤其是蛋白质) 在膜表面或膜孔内沉积进而吸附其他的分子，形成污染. ④形成凝胶层. 在较低流速时，浓差极化使膜表面的溶质浓度大于其饱和溶解度，在膜表面吸附沉积而产生凝胶层. 下图所示膜分离过程中存在的各种阻力，在理想情况下，只有膜阻力R m，由于膜在一定程度上能截留某些物质，所以被截留分子在膜表面积累起来，这使得在靠近膜处形成高浓层，该层对传质产生阻力，即浓差极化阻力R cp。积累的溶质浓度可能非常高，以致形成凝胶层，从而形成凝胶层阻力R g，当溶液中含有蛋白质时会发生这种情况。对于多孔膜，有些溶质可能进入膜内而使孔堵塞，由此导致堵孔阻力R p。最后，由于吸附也可产生额外阻力，即R a。吸附可发生在孔内，也可发生在膜表面。 原料多孔膜
膜污染分析及防治
收稿日期:2001212228 基金项目:天津市教委基金资助项目(20010506). 作者简介:环国兰(19772),女,江苏南通人,硕士研究生. 膜污染分析及防治 环国兰,张宇峰,杜启云 (天津工业大学材料化工学院,天津 300160) 摘 要:本文综述了膜污染的分析技术、膜污染的影响因素、防止膜污染的措施、膜污染的清洗方法及常用的清洗剂。还介绍了膜污染的定义、膜污染的形式及其新进展。关键词:膜污染;浓度极化;污染分析;污染防治;清洗 中图分类号:TQ 028.8 文献标识码:A 文章编号:100023770(2003)0120001204 膜分离技术由于无相变、能耗低、体系干净等优点,应用范围越来越广泛,特别是对处理热敏物质领域如食品、药物和生物工程产品,显示出极大的优越性,与传统分离操作相比,不仅可避免组分受热变性或混入杂质,还具有显著的经济效益,因而发展相当迅猛。但在膜分离过程中存在膜污染现象,使膜的渗透通量及截留率等性能发生改变,膜的使用寿命缩短,极大地影响了膜分离技术的实际应用。因此,分析膜污染的原因以及采取相应的清洗措施和防治对策使膜性能得到部分恢复或完全恢复十分必要。事实上,膜污染分析及膜污染清洗的研究已成为膜分离技术研究中的一个热点问题。 1 膜污染的定义 膜污染是指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞,使膜产生透过流量与分离特征的不可逆变化现象[1]。对于膜污染,应当说,一旦料液与膜接触,膜污染即开始。膜污染常发生在三种场合,即浓差极化、大溶质的吸附和吸附层的聚合[2]。 2 污染分析 膜污染分析的最好方法是解剖已污染的膜组件,并详细分析其污染物,但这样必然破坏膜组件。因而需通过其它方法来确定膜污染物的结构、组成 和性质特性。有若干能用于分析膜污染物的技术[3],其中主要有光学显微镜法、扫描电子显微镜法、能量色散X 射线法和红外光谱法。 还有X 射线萤光法,原子吸收法,ESCA 法(化 学分折电子能谱)和俄歇能谱法等。 3 膜污染的影响因素 3.1 粒子或溶质尺寸与膜孔的关系[1,4] 当粒子或溶质的尺寸与膜孔相近时,极易产生堵塞作用,而当膜孔小于粒子或溶质的尺寸时,由于横切流作用,它们在膜表面很难停留聚集,因而不易堵孔。另外,对于球形蛋白质、支链聚合物及直链线型聚合物,它们在溶液中的状态也直接影响膜污染;同时,膜孔径分布或分割分子量敏锐性,也对膜污染产生重大影响。3.2 膜结构[1] 膜结构的选择对膜污染而言也很重要。对于微滤膜,对称结构较不对称结构更易堵塞;对于中空纤维膜,单内皮层中空纤维比双皮层膜抗污染能力强。3.3 膜、溶质和溶剂之间的相互作用[1,5] 膜-溶质、溶剂-溶质、溶剂-膜相互作用对膜污染的影响中,以膜与溶质的相互作用影响为主。相互作用力包括:静电作用力,范德华力,溶剂化作用及空间立体作用。 3.4 膜表面粗糙度、孔隙率等膜的物理性质[1,6] 显然,膜表面光滑,则不易污染;膜面粗糙,则易 第29卷 第1期2003年2月 水处理技术 T ECHNOLO GY O F W A T ER TR EA TM EN T V o l .29N o.1 Feb .,2003