MBR膜污染机理及其控制
MBR(膜生物反应器)技术及其膜污染问题分析
MBR（膜生物反应器）技术及其膜污染问题分析发表时间：2016-09-12T15:43:46.603Z 来源：《建筑建材装饰》2015年10月上作者：汪昌宝阮在高陶金芳[导读] 近年来逐渐从生活污水处理发展到了工业废水处理，MBR污水处理技术将呈现更广阔的应用前景。
（南京大易膜分离科技有限公司，江苏南京211100）摘要：膜生物反应器（MBR）是一种将膜分离技术与生物技术相结合的污水处理新工艺。
它以膜分离装置取代了传统活性污泥法中的二沉池，从而达到了高效的固液分离及污泥浓缩的目的。
MBR污水处理技术的工程应用近年来逐渐从生活污水处理发展到了工业废水处理，MBR污水处理技术将呈现更广阔的应用前景。
关键词：MBR（膜生物反应器）技术；膜污染；防治措施前言膜污染是限制MBR进一步推广应用的主要原因之一，膜技术运行过程中形成的膜污染不仅关系到膜组件的使用寿命及运行成本，还影响着水处理工艺整体的运行效果。
因此，对膜污染的形成过程和机理展开研究具有重要意义。
1 MBR（膜生物反应器）技术在污水处理中的应用与常规的活性污泥工艺相比有诸多优势，MBR污水处理系统由生物降解与膜过滤两部分组成。
膜过滤系统有着强大的固液分离能力，即使出现污泥膨胀的情况，也不会影响出水水质；反应器小巧、结构紧凑，因此可灵活地应用于对现有污水处理场的改造和升级；系统剩余污泥产量较少，如果采用内置式更不需要污泥回流；能够实现更好的处理性能，产水质量更高。
但是MBR技术同时也存在设施设备费用偏高、膜污染及膜的使用寿命较短等问题。
目前一些已实施的MBR工程，膜的寿命已从3年增加到了8年。
MBR污水处理系统目前主要按2种方法进行类型划分。
按膜组件的形状划分为３种类型：一种是以中空纤维柱状膜组件为核心的类型，它具有膜面积大，占地面积小等特点；一种是以中空纤维帘状膜组件为核心的类型，它具有膜面积大，易于安装，清洗方便等特点；另一种是以浸没式平板膜组件为核心的类型，它具有膜通量大，易于组装，清洗方便等特点。
MBR膜污染及控制方法介绍
MBR膜污染及控制方法介绍自MBR工艺问世以来，其便因占地面积小，出水水质好，有机负荷率大，污泥产量少等而在世界范围内得到广泛应用，尤其在城市污水处理中发展迅速。
但是由于运行过程中需要对膜污染进行有效控制，而必须采取加大错流速率，曝气等手段，使得MBR运行过程中消耗大量能源。
那么针对这些问题，MBR操作人员究竟该怎么做？才能快速找到膜污染根源，并给予精准打击，以此减少清洗频率。
1、膜污染产生原因严格来讲，膜污染是指在运行过程中处理物料的微粒，胶体粒子或溶质大分子由于与膜发生物理化学相互作用或机械作用而引起的吸附或者沉积而造成的膜表面覆盖及膜孔堵塞的现象。
膜污染现象非常复杂，包括多种机理。
其中，浓差极化是表面形成滤饼层的主要原因，主要沉积颗粒有悬浮固体，胶体和微生物群。
有机和无机物污染是指有机和无机物吸附于膜表面和膜孔中产生的污染。
生物污染是微生物群在膜表面附着生长而产生的生物膜。
结垢现象是当膜表面溶解的盐的浓度超过其溶解度时产生的，不是主要的膜污染原因。
膜污染通常用于概括所有导致膜透过流量下降的现象，根据清洗方法不同，膜污染可以分为：1、短时间内由于浓差极化、膜孔污染和凝胶层的形成使通量下降的可逆污染，通过反洗，曝气，错流等表面清洗方法可以迅速去除的污染，一般指短期污染。
2、物料颗粒与膜材料发生的长期作用而产生的不可逆污染，不能被物理清洗方法去除，但可以通过化学清洗恢复通量的污染，一般指长期污染。
3、长期运行过程中不能被任何清洗方法所去除的污染称为不可恢复污染。
二、膜污染受哪些因素影响？（一）、污泥混合液特性膜生物反应器中的膜污染物质的来源是活性污泥混合液，污泥混合液对膜的污染极为复杂。
1、EPS和SMP胞外聚合物（EPS）和溶解性微生物产物（SMP）都是微生物代谢产物，成分大致相同，它们对膜污染有着重要且复杂的影响，是MBR过程中最主要污染物。
EPS浓度过高，会增大混合液粘度而不利于溶解氧的扩散，使污泥系统充氧困难，从而影响菌胶团的正常生理活动，从而使膜过滤阻力升高。
mbr膜原理
mbr膜原理Mbr膜原理。
膜生物反应器（MBR）是一种集生物反应器和膜分离技术于一体的污水处理设备。
膜生物反应器通过膜分离技术，将生物反应器和固液分离两个功能集成在一个设备中，广泛应用于污水处理领域。
而MBR膜作为膜生物反应器的核心部件，其原理和性能直接影响着整个污水处理系统的效果。
下面将从MBR膜的原理入手，详细介绍其工作原理和特点。
MBR膜的原理主要包括膜污染机理和膜通量控制两个方面。
首先是膜污染机理，膜生物反应器中的膜污染主要包括物理污染和生物污染两种形式。
物理污染是指悬浮固体、胶体颗粒和有机胶体等颗粒物质在膜表面或孔隙中沉积和堵塞，导致膜的通量下降和通气阻力增加。
而生物污染则是指微生物的生长和胞外聚合物的产生，也会导致膜的污染和通量下降。
其次是膜通量控制，膜生物反应器中的膜通量主要受到压力、流速、水质和操作方式等因素的影响。
通过合理控制这些因素，可以有效延缓膜的污染和提高膜的使用寿命。
MBR膜的工作原理主要包括微孔膜和超滤膜两种类型。
微孔膜是指孔径在0.1-10微米之间的膜，其主要作用是截留悬浮固体、胶体颗粒和有机胶体等颗粒物质，使其无法通过膜孔，从而实现固液分离。
而超滤膜则是指孔径在0.01-0.1微米之间的膜，其主要作用是截留微生物、胞外聚合物和溶解性有机物等物质，实现固液分离和去除有机物。
通过这两种类型的膜的组合应用，可以实现对污水中各种颗粒物质和有机物质的高效去除和固液分离。
MBR膜的特点主要包括高效固液分离、出水水质稳定、占地面积小、操作维护方便等几个方面。
首先是高效固液分离，MBR膜具有较高的截留效率和固液分离效果，可以有效去除污水中的悬浮固体、胶体颗粒和有机胶体等颗粒物质，从而提高出水水质。
其次是出水水质稳定，MBR膜可以有效去除微生物、胞外聚合物和溶解性有机物等物质，使出水水质稳定可靠。
再者是占地面积小，MBR膜设备采用膜分离技术，可以大大减小处理设备的占地面积，适合于场地狭小的地方。
MBR的膜污染机制与可持续操作原理
MBR的膜污染机制与可持续操作原理MBR（膜生物反应器）作为一种先进的废水处理技术，已经得到了广泛应用。
然而，在实际运行过程中，MBR膜会受到膜污染的影响，导致废水处理效果下降以及运行成本的增加。
那么，MBR的膜污染机制是什么？如何实现其可持续操作原理呢？MBR的膜污染机制主要包括物理堵塞、化学污染和生物污染三个方面。
物理堵塞是指废水中的悬浮颗粒、胶体物质等直接堆积在膜表面上，造成膜孔径的堵塞。
化学污染是指废水中的溶解性有机物、重金属离子等通过渗透作用进入膜内，导致膜的物化性能发生改变。
生物污染是指废水中的微生物、细菌等附着在膜表面形成生物膜，影响膜的通透性。
为了降低膜污染对MBR运行的影响，可持续操作原理包括预处理、操作优化和膜保护三个方面。
预处理是通过对原水的预处理，去除悬浮颗粒、胶体物质等，减少物理堵塞的发生。
操作优化包括调整MBR的操作参数，如流速、进水浓度、曝气量等，以优化生物过程，减少化学污染和生物污染的发生。
膜保护主要是通过膜阻垢和清洗来维持膜的正常运行状态，延长膜的使用寿命。
在废水处理过程中，预处理是实现可持续操作原理必不可少的一步。
常见的预处理工艺包括格栅、沉淀池、生物滤池等。
格栅能够去除大颗粒杂物，减轻对MBR膜的物理堵塞作用。
沉淀池利用颗粒物质在沉降过程中的重力作用，去除部分悬浮物质。
生物滤池通过生物降解的方式，有效减少底泥物质等有机负荷。
操作参数的优化也是实现可持续操作原理的关键步骤。
流速是MBR操作的一个重要参数，过高的流速容易造成膜的物理堵塞，过低的流速则可能导致废水无法充分接触膜表面，减少去除效果。
进水浓度是调节MBR生物过程的另外一个关键参数，过高的浓度容易导致膜的化学污染，过低的浓度则可能影响生物过程的进行。
曝气量是维持MBR生物过程正常运行的重要参数，通过提供足够的氧气，促进生物的降解能力，减少有机物负荷。
膜的保护是实现可持续操作原理的关键环节。
膜阻垢是一种常用的保护方法，通过添加适量的化学药剂，防止废水中的溶解性有机物和胶体物质的沉积和堆积，从而减少膜孔径的堵塞。
MBR工艺膜污染影响因素及其减缓措施
MBR工艺膜污染影响因素及其减缓措施p2、膜污染机理膜污染是由于被处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质分子与膜发生物理化学作用,或因浓度极化使某些溶质在膜表面浓度超过其溶解度,以及机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔变小或堵塞,使膜产生透过流量与分离特性的变化现象。
膜污染可以通过几种物理化学机制和生物机制产生,并且通过浓差极化而使污染加重。
根据产生机制,膜污染分为两类:物理化学污染和生物污染。
其中,物理化学污染一般由进水中的蛋白质和胶体（颗粒）物质引起;而生物污染一般由微生物引起。
对于好氧MBR活性污泥过滤系统中,一般公认的主要污染物是细胞产生的胞外聚合物（EPS）。
这就是通常所说的膜生物污染。
膜生物污染一般可分为两个阶段:第一阶段是微生物（包括各种细菌和微生物）通过向膜面的传递（可以通过扩散、重力沉降、主体对流）而能动地积累在膜面上形成生物膜。
第二阶段是生物膜积累到一定程度,引起膜通量的明显下降。
3、膜污染影响因素3.1 膜的本身特性膜的特性包括膜的材料、孔径大小分布及其物化性质（包括膜面的亲水性、疏水性等）。
因此在选择膜的类型时,必须考虑其防污染特性。
3.2 料液成分及性质反应器中混合物成分会直接影响到膜的污染程度和使用寿命,如无机成分中的铁盐会沉积在膜丝上,另外油污对膜的污染影响也很大。
所以膜处理需要较好的预处理,以除去对膜污染影响较大的成分。
在膜生物反应器中,污泥浓度、pH值、泥水混合液的粘度及菌胶团的大小、特性等都会对膜污染产生直接影响。
3.3 微生物污染超滤膜在处理过程中,会生成生物膜,虽然这样提高了有机污染物的处理效率,但是也不可避免的带来了微生物污染。
因为膜面和膜内的微孔中有微生物所需的营养物质,因而会有大量微生物滋生。
3.4 溶解性有机物。
这些有机物来源于微生物的代谢产物,它们可在膜丝表面形成凝胶层,也能吸附在膜丝的微孔表面而堵塞孔道。
通过对膜污染的宏观观察、微观观察及对进水成分的分析,发现处理城市污水影响较大的是料液成分和微生物。
AOMBR工艺设计中的膜模块的膜污染与控制
AOMBR工艺设计中的膜模块的膜污染与控制膜分离技术已经成为水处理领域的一项主流技术，其中反渗透膜在人们日常生活中得到广泛应用。
近年来，一种新型的膜反应器AOMBR（anaerobic osmotic membrane bioreactor，厌氧渗透膜生物反应器）因其突出的优点逐渐受到关注。
然而，膜污染问题一直是制约膜反应器发展的瓶颈之一，尤其是在AOMBR工艺设计中，膜污染问题更为凸显。
本文将从AOMBR工艺设计中的膜模块方面入手，探讨膜污染的产生原因及控制方法。
一、膜污染的产生原因1.工艺操作不当AOMBR反应器中的厌氧单元和好氧单元通过膜模块进行连接。
当厌氧单元和好氧单元温度、酸碱度、COD等水质指标出现波动时，易导致污泥的扰动，从而使膜污染率大幅增加。
2.膜污染物质的产生在AOMBR反应器中，维持良好的微生物群落结构是减少膜污染的有效方法。
然而，由于基质的较长停留时间和良好的含氧条件，AOMBR反应器中肠球菌与异养微生物等被认为是膜污染的罪魁祸首之一。
二、膜污染的控制方法1. 良好的物质流动控制在AOMBR反应器中，膜模块的压差及水流速度是影响膜污染率的主要因素之一。
因此，控制压差和水流速度是减少膜污染率的有效措施。
2. 优化反应器结构针对AOMBR反应器中膜污染的问题，优化反应器结构可以有效降低膜污染率。
其主要方法是改进反应器内部的流动情况，增加曝气/搅拌时间、增加反应器的有效反应容积、增加文氏反应器。
3. 良好的反应器操作管理AOMBR反应器膜污染问题主要是由于操作管理不当所导致的。
为了减少膜污染率，必须合理地控制反应器内生物体系结构和操作条件，包括针对水质和COD的恒定控制。
三、结论总之，膜污染是制约AOMBR反应器发展的主要瓶颈之一，对膜污染的控制是AOMBR工艺设计的核心问题。
上述方法可以有效地处理膜污染问题，对于AOMBR反应器在实际应用中的推广和发展具有重要的现实意义。
MBR的污染与防治
MBR的污染与防治膜生物反应器是利用分离膜组件取代二沉池，与生物处理中的生物单元组合的水净化技术。
它利用膜的截留作用，几乎能将全部的污泥及微生物截留下来，使生物单元具有很高的污泥浓度，不但提高了其对有机物的去除率，而且使其对氨氮的去除率也明显增高。
具有占地面积少，出水水质好，运行稳定，操作简单，易于自动控制等优点，污泥停留时间与水力停留时间分离，克服了活性污泥与自身无法克服的缺点。
正常使用MBR的关键问题是克服膜污染、堵塞等问题，延长膜使用寿命。
膜污染的主要原因：1.被处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质分子与膜分子发生物理化学作用；2.浓差极化现象使某些溶质在膜表面浓度超过其溶解度，形成的沉积物；3.机械作用而引起的膜表面或膜过滤孔内吸附、沉积，造成膜孔径变小或堵塞。
膜污染直接导致了膜通量下降，使膜的使用寿命大大缩短。
膜污染分为可逆和不可逆膜污染。
可通过物理、化学和生物方法来减轻和改善的一类污染被称为可逆膜污染；而膜孔堵塞、膜受到腐蚀及膜的自身劣化等被称为不可逆膜污染。
从污染物的性质又可分为有机物污染、无机物污染和生物污染。
膜污染导致膜通量下降，其形成原因概括起来可分为以下几种：1.料液的性质在MBR中泥水混合液的特性直接影响到膜的污染程度和膜的使用寿命，如反应器中的污泥浓度、pH值、泥水混合液的粘度及菌胶团的大小及特性等。
2.膜的结构和特性膜的结构可分为对称膜和不对称膜，不对称的膜组件较对称的膜组件更具抗污染特性。
此外，膜孔径大小，膜的截割相对分子质量大小，膜的孔径分布，选用膜的材料的不同等都是影响膜污染程度的重要因素。
3.泥水混合液与膜之间的相互作用对于荷电膜来讲，如果泥水混合液中所含的带电物质与膜所带的电极性相异则互相吸引，该物质吸附在膜表面使得膜被污染。
膜经过改性后，有亲水性和疏水性膜之分，亲水膜较疏水膜不易被污染。
流速、压力、温度、曝气速度、MLSS、污泥停留时间（SRT）、水力停留时间（HRT）等操作参数，对膜的污染速度都有着非常明显的因果关系。
MBR中膜污染及其控制
1引言膜生物反应器是膜技术与生物反应器有机结合的产物，较早作为化工工业中一种高效的分离手段。
当它被引入环境工程领域用于污水处理时，其优良的水质、紧凑的结构及低污泥产量是传统工艺难以超越的。
通常提到的膜生物反应器，实际是三类反应器的总称，它们分别是膜-曝气生物反应器(Membrane Aeration Bioreactor)、萃取膜生物反应器(Extractive Membrane Bioreactor)和膜分离生物反应器(Biomass Separation Membrane Bioreactor)。
目前进行了大量富有成效的研究并已投入实际使用的只有膜分离生物反应器(Biomass Separation Membrane Bioreactor)，这里主要对该种膜生物反应器(Membrane Bioreactor)中膜污染控制的研究现状作简单评述。
尽管该类膜生物反应器的技术可行性早已被人们认可，但处理工艺的费用较高，在一定程度上限制了它的推广。
G.Owen指出，膜工艺的费用主要来自膜价格、膜更换频率和能耗需求。
随着制膜水平的提高，膜的价格已大大下降；膜的更换频率与膜的稳定运行有关，但膜污染问题大大影响了膜系统的稳定运行；能耗高的原因是多重的，其中之一是膜污染造成通量下降而迫使能耗加大以维持通量。
由此可见膜污染是影响MBR经济性和推广应用的主要原因。
2膜污染的形式在膜生物反应器中，膜处于由有机物、无机物及微生物等组成的复杂的混合液中，特别是生物细胞具有活性，有着比物理过程、化学反应更为复杂的生物化学反应。
因此膜污染是一个很复杂的过程，其机理目前尚不完全清楚。
此外，由于MBR多应用微滤膜和超滤膜，膜的污染问题较纳滤和反渗透膜更为严重。
从污染物的位置来划分，膜污染分为膜附着层污染和膜堵塞。
在附着层中，发现有悬浮物、胶体物质及微生物形成的滤饼层，溶解性有机物浓缩后粘附的凝胶层，溶解性无机物形成的水垢层，而特定反应器中膜面附着的污染物随试验条件和试验水质不同而不同。
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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 2ventional 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 2pended 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 能耗的典型值为0.8kWhm -3出水[2]。
当前浸没式M BR 技术发展迅速,主要是因为此种构造的膜生物反应器具有较低的制造、维护和运行费用。
使用的膜组件可以是垂直或水平放置的中空纤维,或者是垂直安放的平板膜[3]。
图2 浸没式(一体式)膜生物反应器示意图 使用M BR 的最主要限制因素是经济性[4]。
和普通分离装置相比,膜组件的费用高、寿命短。
膜分离的驱动力是压力差,这意味着操作费用也很高。
为了使M BR 装置有较好的经济性,必须优化设计膜分离步骤,充分控制膜污染。
2 污泥浓度对膜生物反应器运行特性的影响M BR 的重要特征之一就是通过膜组件的高效固液分离作用,将绝大部分固形物都截留在反应器中,因而可以维持很高的污泥浓度,降低污泥负荷,提高系统的处理效率。
但系统长期不排泥,也会产生一些问题。
研究表明,膜的通量会随着M LSS (M ixed Liquor SuspendedS olids )的增大而减小。
黄霞等人[6]对循环式M BR 中的污泥浓度和膜通量的关系进行了研究。
膜通量基本上与污泥浓度的对数值呈直线关系,随着污泥浓度的升高而降低。
封莉等人[5]对浸没式M BR 的研究也得出了类似的结论。
3 膜污染机理M BR 工艺的广泛应用不仅取决于自身的技术可行性,还取决于经济可行性;较高的运行费用是M BR 推广应用中遇到的主要问题。
膜生物反应器运行中的能耗问题实质上就是膜污染问题。
在了解膜污染机理的基础上,选用适当的膜组件和操作方式可以有效地控制膜污染,提高膜与整个系统的使用性能和寿命。
3.1 膜污染废水中的固体颗粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理或化学作用而引起在膜面上的沉积或膜孔内的吸附造成膜孔径变小或堵塞,使膜的透水阻力增加,妨碍了膜面上的溶解与扩散,从而导致膜发生通量降低与分离性能变差的不可逆变化[13]3.2 膜污染的种类3.2.1无机污染膜的无机污染主要是指碳酸钙与钙、钡、锶等硫酸盐及硅酸盐等结垢物质的污染,其中碳酸钙和硫酸钙最常见。
碳酸钙垢主要是由化学沉降作用引起的。
二氧化硅胶体颗粒主要是由胶体富集作用决定。
在膜生物反应器中保持水的紊流对于降低膜表面的无机污染是很重要的。
3.2.2浓差极化当溶质不透过膜或只有少量透过而溶剂透过膜发生迁移时,产生了界面与主体液间的浓度梯度,引起溶质从界面向主体液的扩散,其结果会引起渗透压增加,这就使有限的操作压力减少,引起膜通量减少。
但是浓差极化产生的作用是可逆的,一般可以通过增加主体溶液的湍流程度来减轻浓差极化现象的影响。
3.2.3生物污染不可逆的膜污染和可逆的浓差极化均能引起膜性能的下降,但不可逆的膜污染是主要原因。
需要特别注意的是膜的生物污染。
微生物通过向膜面的传递而积累在膜面形成生物膜。
当生物膜积累到一定程度引起膜通量的明显下降时便形成生物污染。
几乎所有的天然和合成高分子材料都易于被细菌吸附,即使是表面自由能很低的憎水性材料也是如此。
在强化传递过程以增强生物降解效果的膜生物反应器中,微生物和膜面的接触得到了强化,使得细菌很容易吸附到膜面上形成生物膜,并进一步生长、繁殖形成生物污垢。
形成生物膜的细菌由于自身代谢和聚合作用会产生大量的细胞外聚合物(EPS:extra-cellular polymeric substance),它们将粘附在膜面上的细胞体包裹起来形成粘度很高的水合凝胶层,进一步增强了污垢与膜的结合力。
与无机污染相似,生物污染造成的直接后果是膜通量的下降,引起操作压力的上升,增加了系统的能耗。
然而膜通量不是呈线性下降的,初期的时候下降迅速,随后逐渐缓慢下降,最终稳定在较低水平。
膜生物污染的另一个影响是破坏膜的内部结构。
细菌和微生物可以直接(发酵形式)或间接(改变溶液性质)对膜进行降解,尤其是对那些有机高分子膜。
生物降解的破坏作用主要是堵塞膜的孔道,破坏膜内部致密的结构,使得膜内部变得疏松和散乱。
不仅严重影响到膜的分离性能,而且大大降低了膜的寿命,使得有机大分子和污染物透过膜,影响到出水水质。
3.3 膜污染的数学模型目前有关膜污染的数学模型主要可归纳为两大类:一类是从膜的结构、特性出发来描述污染现象的模型。
这类模型其参数虽有一定的实际物理意义,但待定参数多,模型复杂,实际应用不方便。
例如,Nagaoka 等人的膜生物污染模型[7]。
另一类是指数式经验模型[8]。
这类模型虽能较好地与实验结果相符合,但往往只关联了少量的影响因素,受到一定的条件限制,无通用性,且不能解释膜污染现象。
4 控制膜污染的措施我们可以从膜生物反应器的设计和运行两方面来进行优化,降低膜污染,降低运行费用,提高系统的处理能力。
4.1 分离膜的选择M BR中膜的主要作用是对悬浮固体提供一个障碍物。
生物反应器中的固液混合物通常是一个复杂的混合物,对不同物质的去除性能取决于所选用的膜。
表1列举出常用膜对不同物质的过滤性能[3]。
表1 常用膜对不同物质的过滤性能项目微滤超滤纳滤悬浮固体可以去除可以去除可以去除亚微米胶体有可能去除可以去除可以去除大分子溶质有可能去除有可能去除可以去除病毒有可能去除可以去除可以去除小分子溶质不可以去除不可以去除有可能去除 微滤膜(MF:microfiltration)的孔径小至0.1～0. 2μm。
它们能够有效地滤去固体悬浮物,包括绝大多数细菌,并且可以部分移去病毒和大分子溶质。
固液混合物中主要的大分子溶质是由细菌产生的EPS,通过吸附作用作为污染物滞留在膜的表面而被滤去。
因此,微滤膜能够部分去除M BR处理水中的BOD,主要是悬浮固体物。
在膜未被污染时,对于一定的处理出水流量,微滤膜的跨膜压差(T MP:transmembrane pressure)较低,但会因为膜污染而逐渐失去这一特性。
超滤膜(UF:ultrafiltration)的孔径从5nm到0.1μm。
这些膜能够有效地滤去病毒和胞外多聚物,因此也能够去除M BR处理水中的BOD。
对于给定的出水流量,超滤膜有比微虑膜高的T MP,特别是在操作循环的初始阶段。
纳滤膜(NF:nanofiltration)有着2nm级的孔径。
除一些单共价键离子和一些低分子量的有机物外,纳滤膜能够滤去绝大部分物质。
因为有着很高的水力学阻力,它们很少应用于M BR,但在特定领域有一定的应用。
膜材料可以是有机高分子或无机陶瓷。
废水处理中要求使用价格较低的部件,无机膜相对较高的价格使它们在M BR中的应用处于不利的地位。
一些膜的物理和化学特性使得它们适合应用于M BR。
这些特性包括:亲水性。
众所周知亲水性的高分子膜不易被生物固体和溶解性生物质污染,纤维素材料受到青睐;但也不排除一些憎水性材料,如聚烯烃和含氟聚合物。
鲁棒性。
膜材料能够抵御化学清洗剂的侵蚀并能够经受周期性的破坏力,特别是反冲洗或曝气鼓泡。
适当的价格。
许多应用场合需要使用低价格的部件。
易于制造。
一些材料更易于被制成微孔膜或经挤出加工成为中空纤维。
通常使用的高分子成膜材料包括聚烯烃、聚砜和聚偏氟乙烯。
4.2 膜组件的特征膜系统的设计包括选用适当的膜、设计膜组件和管理流体,也就是怎样将进料液合理地分配于膜表面。
膜组件的设计也决定了其它特征,比如能耗、处理悬浮固体的能力、清洗和替换膜组件的难易、装填密度等。
表2将各种常用的膜组件的特点进行了归纳总结[3]。
表2 常用膜组件的特点特征平板膜螺旋卷式管式中空纤维装填密度中等高低高能耗低/中等中等高低固体处理能力中等差好中等/差清洗难易中等困难好,可进行物理清洗可反冲洗替换膜部件膜片单元管或单元单元 M BR要求膜组件能够处理悬浮固体、对能耗的需求相对较低、提供较高的装填密度。
这些要求使得管状膜、中空纤维、螺旋卷式的膜组件不适用于循环式M BR。
浸没式M BR比循环式M BR易于使用。
由于浸没式M BR越来越多地被应用,我们对浸没式M BR中的膜组件型式的选用作一探讨。
对于相同处理量的两个生活污水处理厂[9],它们运行于类似的活性污泥浓度、相似的曝气强度、相似的膜孔径、相近的出水水质。
在采用中空纤维膜组件的系统中,由于水力学特征不易控制,这些膜比平板膜更易于被污染。
因此需要更频繁的物理冲洗和化学清洗。
平板膜组件比中空纤维膜组件要贵20-25%,但反冲洗容易,并且平板膜组件的水力学阻力要小一些。
膜组件的选型是一个综合考虑多种因素后的折衷。
4.3 影响M BR出水通量的因素对于浸没式中空纤维M BR系统,有几个设计和运行参数可以影响其性能。