MBR工艺膜污染影响因素及其减缓措施
MBR膜污染的形成及其影响因素研究进展_韩永萍
第３３卷 第１期膜 科 学 与 技 术Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．１２０１３年２月ＭＥＭＢＲＡＮＥ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｆｅｂ．２０１３檼檼檼檼檼檼檼檼殥殥殥殥专题综述ＭＢＲ膜污染的形成及其影响因素研究进展韩永萍１，２，肖 燕１，宋 蕾１，王晓琳１（１．清华大学化工系膜材料与工程北京市重点实验室，北京１０００８４；２．北京联合大学生物化学工程学院，北京１０００２３）摘要：拥有众多优势的膜生物反应器（ＭＢＲ）技术在污废水处理方面有着广阔的应用前景，膜污染一直是ＭＢＲ技术应用研究的热点和难点．膜污染的形成和主要污染因素的探讨为ＭＢＲ膜污染研究奠定了基础，而确定操作工艺条件和膜特性对膜污染的影响规律，可为ＭＢＲ系统设计或运行中减缓和控制膜污染提供指导．本文概述ＭＢＲ膜污染的形成过程、主要污染因素及操作参数和膜性能对膜污染的影响．关键词：膜生物反应器；膜污染；影响因素中图分类号：Ｘ７０３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７－８９２４（２０１３）０１－０１０２－０９ 膜生物反应器（ＭＢＲ）工艺将膜分离技术与污废水的传统生物处理技术进行有机结合，在活性污泥池中直接加入帘式微滤（ＭＦ）或超滤（ＵＦ）膜组件代替二沉池进行泥水分离．具有污泥龄、污泥浓度等技术条件调控空间大、出水水质标准高、稳定性好、占地面积小、剩余污泥量小及结构紧凑等优点．在污水资源化的背景下，ＭＢＲ工艺得到世界各国的广泛关注．２００５年，全球ＭＢＲ技术市场规模约为２．１７亿美元，并以每年近１０．９％的速度稳步增长，远远超过其它先进污废水处理技术和其它膜技术［１］．我国ＭＢＲ技术在２０世纪９０年代中期开始进入商业应用阶段，在２００６年第一座市政污水ＭＢＲ项目正式投运，而截止２０１０年１２月，市政污水投入运行万吨以上ＭＢＲ项目总规模已达到日处理量１０３万ｔ，年增率高达５０％～１００％，发展势头十分强劲．目前，世界范围内有超过８家大、中型ＭＢＲ制造厂商，如美国ＧＥ（Ｚｅｎｏｎ），日本Ｋｕｂｏｔａ、美国ＫＭＳ、荷兰Ｎｏｒｉｔ、德国Ｓｉｍｅｎｓ、美国ＵＳｆｉｌｔｅｒ及我国的碧水源等，发展态势良好［２］．然而，随着有机膜的生产成本显著下降，膜污染已经成为限制膜生物反应器进一步广泛应用的瓶颈．膜污染不仅导致组件频繁清洗、更换，降低膜的使用寿命，也是直接造成产水阻力升高和曝气量增加，运行能耗和操作难度增大的主要原因．在ＭＢＲ系统中，受生物相组成及代谢情况影响，混合液组成繁杂多变，膜污染因素众多而又相互关联，所涉及的污染机理至今没有统一合理的解释．下面就有关ＭＢＲ膜污染的形成、主要污染因素及操作参数和膜性能对膜污染的影响进行概述．１ ＭＢＲ膜污染的形成过程与分类１．１ ＭＢＲ膜污染的形成膜污染的类型主要有无机污染、有机污染和微生物污染．其中，微生物污染是导致膜水通量衰减的主要原因．其表现形式一种为微生物代谢产生的溶解性或胶体物质在膜过程中吸附于膜表面及孔道内；另一种是细菌吸附在膜表面并增殖形成生物膜．ＭＢＲ膜直接与混合液接触，而污泥混合液又是微生物降解污废水中有机物的主要场所，其中充斥着各种粒径大小的活性污泥絮体及胞外聚合物（ＥＰＳ）．收稿日期：２０１２－０３－２０；稿收到日期：２０１２－０５－２５基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３计划，２００９ＣＢ６２３４０１）；国家高技术研究发展计划资助项目（８６３计划，２００９ＡＡ０６２９０１；２０１２ＡＡ０３Ａ６０４）；北京市自然科学基金重大项目（２１００００１）第一作者简介：韩永萍（１９７１－），女，山东巢县人，工学博士，副教授，Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｙｐｙｙｔ＠１６３．ｃｏｍ 第１期韩永萍等：ＭＢＲ膜污染的形成及其影响因素研究进展·１０３ · 因此ＭＢＲ膜污染主要被归类于微生物污染，同时兼有机污染和无机污染．污染物与膜的作用有堵孔、吸附和沉积等多种形式．在操作过程中，膜污染表现为通量下降或跨膜压差（ＴＭＰ）升高．污染物向膜面迁移速率主要由通量决定，ＭＢＲ在恒定通量下操作时ＴＭＰ通常表现为三个阶段变化．第一阶段发生在运行初始的几个小时内，膜面与混合液发生强烈的相互作用，ＴＭＰ快速升高．Ｚｈａｎｇ等［３］观察到即使膜通量为０，混合液中的有机物和胶体也会短时间内在膜表面发生吸附，而在膜面翻转和滑行的一些污泥絮体，最终都脱离进入混合液．Ｏｇｎｉｅｒ等的研究表明，该阶段产生的跨膜阻力与膜面流体剪切力无关，而是取决于膜的孔径分布和表面化学特性（特别是疏水性）［４］．Ｚｈａｎｇ等［５］对比不同孔径ＭＢＲ膜引起的ＴＭＰ变化后推测，膜孔堵塞对这一阶段影响较大．大量研究结果表明，ＭＢＲ在通量低于某个临界值（又称临界通量）条件下运行时，ＴＭＰ增长很快达到一个相对稳定的状态，而产生的污染相对于整个运行过程可忽略．当运行通量高于该值时，稳定状态消失，ＴＭＰ将随着运行时间的延长不断攀升，呈现严重污染［６，７］．第二阶段ＴＭＰ表现为缓慢升高，又称为缓慢污染阶段．随着运行时间的推移，在膜面上出现了污泥絮体沉积及ＥＰＳ累积，并逐步形成滤饼层．ＭＢＲ膜表面上的ＥＰＳ一部分来源于膜过程对混合液中ＥＰＳ的截留，另一部分来源于膜面生物絮体的分泌．就污泥絮体而言，含水率在９８％以上，其孔隙结构相对ＭＢＲ膜较疏松，形成初期对于膜污染阻力贡献并不大．但随着ＥＰＳ大量聚积形成凝胶层后，对于混合液中污染物的截留性能将明显增强．第二阶段持续的时间与ＥＰＳ的累积速率有关，并随着膜通量增大而缩短［８］．对于浸没式ＭＢＲ，膜污染分布还会因膜池内气水分布有差异出现不均匀现象．第三阶段ＴＭＰ发生突跃并导致ＭＢＲ无法继续操作．目前有关这一阶段的形成有多种假说，都符合恒通量过程中膜污染自我加速的基本特点．其中，不均衡污染模型、渗透理论和临界压力模型比较被认可．ＴＭＰ跃升似乎与膜表面污染或膜孔堵塞分布不均有关，污染较严重的局部区域膜通量下降较大，为了维持恒定平均通量，膜面部分区域通量将在高于临界通量的条件下运行，从而造成污泥絮体颗粒加速沉积［９］；依据渗透理论，随着各种污染物不断在滤饼层内部被截留、沉积，污染层结构逐渐致密化直到连通性消失，导致ＴＭＰ突然升高［１０］；而Ｃｈａｎｇ等［１１］则认为存在一个“临界抽吸压力”，它能导致污染层内靠近膜面的胶体颗粒发生凝聚或解体，形成一层致密的污染层．此外，也有人提出ＴＭＰ突跃与膜面底层微生物的生物活性有关（见３．１）．随着研究深入，Ｍｏ等［１２］发现高浓度的Ｎａ＋存在，可使污泥絮体尺寸减小，而Ｃａ＋能与有机物结构中的羟基发生络合，它们都导致了污泥混合液污染性增强．Ｓａｒａ等［１３］研究却表明，Ｍｇ２＋浓度对ＭＢＲ膜污染的影响正好与Ｃａ２＋相反，呈负相关性．由此可推测，各种盐离子，尤其易结垢无机物对ＭＢＲ膜污染形成可能产生不可忽视的影响且影响机制较为复杂．目前ＭＢＲ膜生物反应器主要用于无机物含量相对较低的市政污水二级处理，随着应用范围向工业废水的扩展，无机污染对ＭＢＲ膜污染形成的干扰将不得不给予重点考虑．１．２ ＭＢＲ膜污染的分类及形成时间根据清洗效果，ＭＢＲ膜污染被分为可逆污染、不可逆污染和不可恢复污染三大类，如图１［１４］和表１［１］所示．图１ 工程运行中各种ＭＢＲ膜污染示意图Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｏｕｌｉｎｇｄｕｒｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｕｌｌ－ｓｃａｌｅ ＭＢＲｓ表１ 工程运行中各种ＭＢＲ膜污染的形成时间Ｔａｂｌｅ １ Ｔｙｐｉｃａｌ ｔｉｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｏｕｌｉｎｇｄｕｒｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｕｌｌ－ｓｃａｌｅ ＭＢＲｓ污染类型污染速率／（Ｐａ·ｍｉｎ－１）形成时间可逆污染１０～１００ １０ｍｉｎ不可逆污染（维持性化 学清洗去除）１～１０ １～２周不可逆污染（强制性化 学清洗去除）０．１～１ ６～１２月不可恢复性污染０．０１～０．１数年 ·１０４ ·膜 科 学 与 技 术第３３卷 可逆污染可通过反冲洗、膜松弛等物理方法消除，一般为堵塞膜孔或粘附于膜表面的较粗大颗粒物或滤饼层．不可逆污染需要定期采用维持性化学清洗或加强型化学清洗进行清除，一般为粘附性更强的物质．膜污染一旦发生，膜通量不可能完全恢复到初始状态，残留污染为不可恢复污染，其长期积累最终将决定膜的使用寿命． 结合ＭＢＲ膜污染形成过程可发现，第一阶段ＴＭＰ升高主要是由不可逆污染所致，而可逆污染主要发生于第二阶段．对于可持续的ＭＢＲ操作，力求将第一阶段膜污染限制在一定范围内，尽量延长第二阶段的操作时间，防止第三阶段过早出现．２ ＭＢＲ膜污染因素的研究膜池中混合液由泥相和水相组成．泥相指悬浮状态的活性污泥絮体，是以ＥＰＳ作为“胶黏剂”或骨架连接各种微生物、有机物和无机物组成．而水相中含有微生物代谢产生的大量胶体或溶解性的有机物．污泥混合液成分复杂多变，它们都是膜污染的贡献因素．２．１ 污泥浓度及粒径分布早期研究主要围绕混合液悬浮固体浓度（ＭＬＳＳ）和粒径分布对ＭＢＲ膜污染的影响展开．根Ｒｏｓｅｎｂｅｒｇｅｒ等［１５］报道，ＭＬＳＳ存在一个临界值（１５ｇ／Ｌ），高于该值会对膜通量产生不利的影响；而浓度较低（＜６ｇ／Ｌ）时，提高ＭＬＳＳ可降低污染；当ＭＬＳＳ为８～１２ｇ／Ｌ时，浓度对膜污染影响不大．结合Ｉｔｏｎａｇａ等［１６］报道可发现，ＭＬＳＳ临界值与混合液黏度有一定相关性，也存在一个临界值范围（１０～１７ｇ／Ｌ）．低于该值时黏度随ＭＬＳＳ增长缓慢，而高于该值时粘度随ＭＬＳＳ呈指数增长．黏度对膜通量和混合液中气泡大小都会产生影响，黏度增大还能减弱膜池内中空纤维膜束的侧向移动．在膜污染研究中，黏度也经常作为混合液特性之一被考察．目前达成共识的是，污泥浓度本身并不直接影响膜通量的衰减，当ＭＬＳＳ浓度较高时会迅速形成滤饼层，对膜起到潜在的保护作用；而当浓度较低时，膜孔堵塞比较严重．Ｃａｂａｓｓｕｄ等［１７］在研究ＭＢＲ污泥絮体尺寸分布时发现存在５～２０μｍ和２４０μｍ两个峰，混合液中存在大量胶体、细小颗粒物和游离细菌．而传统的活性污泥颗粒粒径为５０～４００μｍ不等．李康等［１８］认为膜池内曝气造成的激烈湍流状态即阻碍了超大絮体的存在，又及时破坏小絮体的成长，使得污泥颗粒平均粒径变小，粒径分布均匀且跨度大．由于污泥颗粒尺寸总体上大于膜孔，产生膜孔堵塞的机率较小．另外，诱导剪切力扩散作用会在一定程度上阻碍絮体在膜表面上沉积．但小粒径的悬浮污泥固体不仅优先附着于膜表面，还可导致滤饼层致密化．Ｌｉｍ等［１９］试验结果就证明较小的污泥颗粒使得膜组件操作压力快速上升．此外，ＥＰＳ含量与污泥絮体大小也有一定的相关性，大絮体破碎后会促进ＥＰＳ形成．由于污泥浓度和粒径分布无法明确与具体污染物特性的相关性，因此仅仅采用ＭＬＳＳ和粒径分布难以表征ＭＢＲ膜的污染特征．目前研究倾向将混合液中微生物代谢产生的一些高分子聚合物ＥＰＳ确定为ＭＢＲ膜污染的核心因素．２．２ ＥＰＳ和ＳＭＰＥＰＳ包括细胞分泌的、从细胞表面脱落的或细胞衰亡产生的不溶解性有机物．主要成分为蛋白质（ＥＰＳｐ）和碳水化合物（ＥＰＳｃ），根据空间分布又分为污泥表面结合态ＥＰＳ和上清液中溶解态ＥＰＳ（包括溶解态大分子、胶体和粘液）两种．ＥＰＳ在细胞外呈现为具有流变性的双层结构分布．为此，在研究中ＥＰＳ又常被分成紧密附着型（ＴＢ－ＥＰＳ）和松散附着型（ＬＢ－ＥＰＳ）两大类［２０］．污泥混合液和污泥絮体中的ＥＰＳ通常采用加热法、有机溶剂萃取法和离子交换法提取，溶解在混合液中ＥＰＳ又被称为溶解性微生物代谢产物（ＳＭＰ）．ＥＰＳ和ＳＭＰ含量通常采用ＣＯＤｃｒ、ＴＯＣ、ＵＶ２５４或直接采用蛋白质、多糖和腐殖酸含量进行表征．Ｌｉａｏ等［２１］研究认为活性污泥絮体表面负电荷都来自于ＥＰＳ，它对活性污泥的性质产生重要影响．Ｕｒｂａｉｎ等［２３］研究表明，ＥＰＳ含量与污泥沉降性能和粒径密切相关，与活性污泥体积指数（ＳＶＩ）成正比［２２］．因此ＥＰＳ减少可能会引起污泥絮体恶化．而Ｗａｎｇ等的研究表明，结合态ＥＰＳ有较强的污染潜质，与ＴＢ－ＥＰＳ相比，ＬＢ－ＥＰＳ与膜污染的相关性更强．Ｎｇ等［１０］提出，上清液中的ＳＭＰ对膜污染的影响超过了微生物整体．ＳＭＰ一方面易在膜表面沉积、堵塞膜孔或促使滤饼层致密化，另一方面会恶化污泥混合液的可滤性．Ｒａｍｅｓｈ等［２４］也由试验证实ＳＭＰ贡献了绝大部分膜阻力． 第１期韩永萍等：ＭＢＲ膜污染的形成及其影响因素研究进展·１０５ · Ｋｉｍｕｒａ等［２５］研究表明，ＳＭＰ相对分子量分布较其浓度及混合液黏度与膜污染的相关性更强．张海丰等［２６］也发现Ｍｗ＞１０ｋＤａ的ＳＭＰ浓度与膜阻力之间存在显著正相关．赵军等［２７］进一步报道３～１０ｋＤａ ＳＭＰ对不可逆污染贡献较大，而＞１０ｋＤａＳＭＰ和ＥＰＳ主要造成滤饼层阻力．然而，当进水水质不同或处于微生物的不同生长周期时，系统中微生物的优势种群和代谢途径都会发生改变，ＳＭＰ分子量分布也将随之变化，因此将其用作膜污染指标时很难设定统一的考察标准．Ｌｅｅ等［２８］根据试验结果建议，考察蛋白质和多糖类比例对膜污染的影响比ＳＭＰ总量更有参考价值．就亲水性而言，ＳＭＰｃ应较ＳＭＰｐ对亲水性膜初期阶段污染贡献更大．而Ｔａｎｇ等［２９］通过三维荧光光谱（ＥＥＭ）技术扫描污染后膜面，发现存在大量蛋白质类似物．Ｒａｍｅｓｈ等［３０］经指纹图谱比对后也提出，ＳＭＰ中蛋白质和腐殖酸对不可逆污染的贡献要大于多糖．这种矛盾似乎由Ｆｒａｓｅｒ等［３１］的研究得到初步解释，他在ＭＢＲ产水对后续反渗透膜污染的研究中发现，污染初期蛋白质沉积量较大，而随着有机污染向生物污染类型的转变，多糖类物质急剧升高变为主要污染物．但Ｍｅｎｇ等［３２］在最近的研究中却提出，混合液中的蛋白质与多糖存在某种作用促进膜面滤饼层形成，提高ＳＭＰｐ／ＳＭＰｃ有利于削弱不可逆污染．由于目前研究中各种污染物的提取方法和分析标准不尽相同，研究结果比较混乱，不同ＳＭＰ组成与各个污染阶段存在的某种相关性还需要进一步深入探讨．微生物代谢产物的组成和特性受代谢过程影响较大，因此反映代谢进程的某些参数和生物相也经常被作为污染因素进行考察．２．３ ＮＯ２－和ＮＯ３－ＮＯ２－／ＮＯ３－不仅影响碳水化合物含量的分析结果，还与ＳＭＰ的污染性能相关．Ｄｒｅｗｓ等［３３］在分析混合液中多糖含量时发现，样品中存在ＮＯ２－或ＮＯ３－会导致分光光度法测定值升高．他在随后的研究中还发现，ＮＯ２－含量与ＳＭＰｐ的截留性（反映污染性能）大致呈线性关系；当ＮＯ２－含量很低时，即使ＳＭＰｃ浓度高达１５０ｍｇ／Ｌ且截留性很高，膜阻力依然较低．由此推测，在硝化过程中硝化细菌可能将大分子量的ＳＭＰｃ降解成能堵孔或穿膜的小分子量多糖，硝化细菌在决定ＳＭＰ污染性质方面起到关键性作用．Ｔｒｕｓｓｅｌｌ等［３４］也发现无硝化过程（污泥停留时间较短）的ＭＢＲ系统膜污染程度明显高于存在硝化过程的系统．因此混合液中ＮＯ２－累积可以作为ＳＭＰ污染性升高或渗透性降低的一项参考指标．系统中反硝化作用被抑制会造成ＮＯ３－累积．Ｗｅｄｉ等发现，在工程运行中系统内累积大量ＮＯ３－期间，ＭＢＲ膜污染加剧．Ｋｒａｕｍｅ等［１４］整理一个ＭＢＲ工程３年运行数据时发现，ＮＯ３－与膜污染的相关性甚至强于温度．Ｔｈａｎｈ等［３６］也证实，当ＮＯ３－存在时ＭＢＲ产水中存在大量亲水性物质．ＮＯ３－能否作为反映膜污染性能的又一项控制指标，有待于进一步考察．２．４ 生物相与传统活性污泥法相比，ＭＢＲ系统中微型动物种群演变突出表现为生物种类少、数量多，优势种群明显．谭德君等［３７］发现，随运行时间的延长，ＭＢＲ系统中优势种群依次为游泳型纤毛虫、累枝虫和钟虫、表壳虫、红斑瓢体虫．膜污染情况能通过对污泥状态起指示作用的优势种群来预测．王勇等［３８］的研究也表明，当系统内丝状菌大量繁殖时污泥沉降性变差，膜过滤阻力上升速率有所增加，过滤周期缩短．Ａｚａｍｉ等［３９］发现，混合液中ＥＰＳ和ＳＭＰ含量会随着死细胞比例增大而增加，这不仅加剧膜污染、导致不可逆污染，还使ＭＢＲ污水处理能力减弱．近年来，随着荧光原位杂交技术（ＦＩＳＨ）、聚合酶链式反应－变性梯度凝胶电泳技术（ＰＣＲ－ＤＧＧＥ）等一些分子生物学测试方法的引入，为深入剖析微生物群落与膜污染之间关系提供了强有力的手段．对膜污染产生重要影响的一些典型微生物在今后的研究中将逐步得到揭示．污泥混合液的各种组分对膜污染均有贡献，且影响机理错综复杂．其中ＳＭＰ、ＥＰＳ及污泥粒径分布等特性对膜污染的重要影响已得到公认．然而，这些因素又与微生物代谢密切相关．因此在监测ＭＢＲ膜污染时，反映微生物及其代谢动态的各种参数也应被综合考虑．３ 操作条件对ＭＢＲ膜污染的影响ＭＢＲ操作条件有：膜通量、污泥龄（ＳＲＴ）、污泥负荷（Ｆ／Ｍ）、曝气、温度、水力停留时间（ＨＲＴ）及操作环境等．其中进水水质、污泥龄（ＳＲＴ）、污泥负荷 ·１０６ ·膜 科 学 与 技 术第３３卷 （Ｆ／Ｍ）、曝气及操作环境等直接对膜污染因素产生影响．３．１ 膜通量许多研究都证明了临界通量的存在，低于临界通量操作，可避免运行初始阶段ＭＢＲ膜过度污染．Ｍｅｔｚｇｅｒ等［４０］发现，在恒定通量为２０～４０Ｌ／（ｍ２·ｈ）操作条件下，ＭＢＲ膜污染程度取决于通量大小而不是操作模式；２４ｈ后的ＴＭＰ值与最初几个小时的污染程度相关．Ｈｗａｎｇ等［４１］通过共聚焦激光显微镜（ＣＬＳＭ）技术研究膜面滤饼层结构和微生物活跃能力时发现，高通量下ＴＭＰ最终突跃与滤饼层孔隙堵塞有关；而在低通量条件下操作时，膜面污染层均质性差，处于底层的微生物因饥饿、溶解氧（ＤＯ）不足等原因出现细胞壁孔隙率增大、死菌和ＳＭＰ大量释放等现象，并据此推测该条件下ＴＭＰ最终快速升高与膜面底层生物活性变化及ＳＭＰ含量升高有关．可见，操作通量不仅通过水力学影响膜的污染程度，还通过生物学进行影响．此外，与恒定ＴＭＰ操作相比，恒定通量操作下膜污染形成相对缓慢，但清洗后膜通量恢复差．这可能与恒通量操作时膜表面污染层不断被升高的ＴＭＰ压缩致密有关．３．２ 曝气曝气是影响膜污染的关键因素之一，它不仅为污泥混合液提供了必须的ＤＯ，还通过气液两相流强化膜过程性能．ＤＯ水平与污泥絮体结构和ＳＭＰ总量有关．Ｇｅｉｌｖｏｅｔ等［４２］发现，ＤＯ水平低下将导致菌体细胞疏水性变差，污泥絮体分解，ＳＭＰ释放量增大，混合液可滤性恶化．操作中ＭＢＲ系统几个小时缺氧状态造成的影响可能持续３ｄ．ＤＯ还对膜面生物膜结构产生影响．Ｙｏｏｎ等［４３］研究发现，尽管好氧状态下形成的生物膜中多糖含量及蛋白质与多糖比值相对较高，但缺氧状态下（＜０．１ｇ／Ｌ）形成的生物膜高度伸展且多糖分布均匀、结构致密，致使污染速率是好氧状态的５倍．适度的曝气可以破坏浸没式ＭＢＲ膜面浓差极化，干扰滤饼层形成，抑制凝胶层析出．而曝气过度将会导致生物絮体破碎，膜污染加速，而且能耗增大．张传义等［４４］发现，当曝气强度增加到一定程度后，膜孔吸附、堵塞和膜面凝胶层阻力成为主要膜阻力且污染速率有所提高．因此ＭＢＲ操作存在一个经济曝气强度．此外，Ｃｈａｎｇ等［４５］证实曝气只对可逆污染起控制作用，对不可逆污染控制效果并不明显．间歇曝气模式不但有利于生物反硝化的进行，还可抑制膜污染的发生．目前，曝气强度多依靠工程经验或由膜厂商推荐，通常比曝气能耗为０．１８～１．２８ｍ３／（ｍ２·ｈ）．３．３ ＳＲＴ大量研究表明，ＳＲＴ也是膜污染的主要影响因素之一．随着ＳＲＴ适当延长，ＭＬＳＳ升高，ＳＭＰ浓度降低，膜污染得到一定缓解．ＳＲＴ对ＥＰＳ和ＳＭＰ中的蛋白质与多糖比例有较强的影响．Ａｌ－Ｈａｌｂｏｕｎｉ等［４６］对比不同ＳＲＴ情况下膜面污染物时发现，ＳＲＴ为４０天污染物中的蛋白质和多糖仅为２３ｄ的１／４０和１／５．Ｃａｏ等［４７］进一步发现，ＳＲＴ对污泥沉降性和微生物菌群有很大影响．随着ＳＲＴ延长，结合型ＥＰＳ中糖类与蛋白质比值增大，细菌亲水性增强，污泥沉淀性变差．与此同时，混合液中主要微型后生动物从游泳型、附着型转变为固着型种属，最后演变为快速游泳型生物．Ａｍｅｒ等［４８］利用石英晶体微平衡分散技术（ＱＣＭ－Ｄ）研究了ＥＰＳ在浸没于混合液中表面覆盖ＰＶＤＦ金制探头上的吸附和沉积情况．通过对污染层的厚度、剪切模数及黏性测定后发现，随着ＳＲＴ延长，ＥＰＳ黏性降低、黏弹性升高、流动性变差，污染性减弱．此外，ＳＲＴ对污泥粒径分布及Ｚｅ－ｔａ电位等也有着显著的影响．尽管延长ＳＲＴ可以获得较高的污泥浓度，进而减小反应器占地面积和剩余污泥量，同时也有利于硝化细菌生长，但ＳＲＴ过长，污泥菌体细胞活性降低，且过高ＭＬＳＳ将带来过滤周期变短及曝气效率降低等问题．因此ＭＢＲ系统存在一个最优ＳＲＴ值．３．４ 进水水质和环境众所周知，微生物的代谢过程受进水水质和环境因素影响较大，ＭＢＲ膜污染过程必然也受进水水质和环境因素干扰．Ｒｏｓｅｎｂｅｒｇｅｒ等［４９］发现混合液中ＳＭＰ随进水有机负荷（Ｆ／Ｍ）增大而升高，当底物受限时，产生的ＳＭＰ有较强的污染性．纪磊等［５０］进一步证实，ＥＰＳｐ与ＥＰＳｃ比例受进水Ｎ和Ｐ含量影响较大，且进水限Ｎ和限Ｐ都导致膜污染加剧．温度对混合液的黏度、微生物活性及各种传质 第１期韩永萍等：ＭＢＲ膜污染的形成及其影响因素研究进展·１０７ · 过程都有一定影响，而且低温条件下污泥絮体解体加剧．据Ｄｒｅｗｓ［５１］报道，进水温度波动可使ＳＭＰ浓度和污染性陡然增高．ＥＰＳ及ＳＭＰ的各种组分中含大量酚羟基、羧基及氨基等官能团，混合液ｐＨ不仅影响其带电性、亲疏水性，而且可能改变其空间结构（如卷曲状、线性等），从而影响其污染特性．Ａｍｅｒ等［５２］的研究就发现ｐＨ从６．３升至８．３可引起ＭＢＲ超滤膜渗透通量突然性改变．以上研究表明，操作条件不仅通过改变流体力学条件影响膜的污染过程，还通过改变混合液中微生物的种群和代谢来影响膜污染的形成方式．因此在确定主要ＭＢＲ膜污染因素的基础上优化操作工艺条件是ＭＢＲ膜生物反应器稳定运行的保证．４ 膜性能及组件布置对ＭＢＲ膜污染的影响 膜性能和组件布置决定了各种膜污染因素的作用方式．膜性能包括：膜材质、膜孔径及分布、膜结构、表面亲疏水性和粗糙度等．不同材质的膜因粘附和孔堵塞引起的污染程度也不同．膜表面疏水性越大，污染物越容易发生粘附使膜孔变窄．而表面粗糙度增大一方面提高了污染物粘附的可能性，但同时也因扰动程度加大降低了浓差极化．Ｋｉｍ等［５３］研究发现膜孔型貌比（膜孔表面长度／膜孔表面宽度）对膜污染有影响，在平均膜孔径和清水通量相同的情况下，具有较高膜孔型貌比（椭圆程度更高和圆度较差）的膜污染程度较轻．从理论上讲，小孔径膜对颗粒物截留的范围更广，易形成膜面滤饼层．Ｇａｎｄｅｒ等［５４］却发现大孔径膜初期污染更严重．分析认为对于孔径较大的膜而言，可能堵塞膜孔颗粒物的数量也相应增多．Ｐｅｒｒｙ等［３５］经过实验优化得出，具有相互连通孔结构、表面孔隙率为２７％、平均孔径为０．３μｍ的亲水性非对称膜的ＭＢＲ系统稳定运行时间最长．目前大多数ＭＢＲ系统采用０．１～０．４μｍ孔径的亲水性ＰＶＤＦ膜，基本原则是使膜的切割粒径（截留分子量）比要分离的污染物质尺寸小一个数量级．此外，膜组件的布置方式对污泥在膜面积累也有一定影响．膜组件与曝气装置之间的距离决定了气液两相流在膜表面形成的剪切力大小，在布置时应结合水力形态特征综合考虑，以确保在一定曝气量下获得较高的液体上升速率．一般来说，在设计和实际应用中要求尽可能提高膜的装填密度．但装填密度过高，膜池内会存在部分水力剪切力作用较小的死区，膜污染加剧．５ 结语拥有众多优点的ＭＢＲ技术在污废水处理回用方面有着广阔的应用前景．国内外关于ＭＢＲ膜污染的报道较多，约占所有ＭＢＲ研究论文的１／３．膜污染的研究与控制一直是ＭＢＲ工艺应用研究的热点和难点．ＭＢＲ膜污染因素和机理研究是解决膜污染的前提基础．而ＭＢＲ系统内污染因素繁杂多变、污染机理错综复杂，膜污染控制需要综合考虑反映微生物及其代谢动态的多个参数．针对成分复杂的工业污废水，无机物对ＭＢＲ膜污染形成的干扰将不得不给予重视．而微观可视化技术和分子生物学技术将是进一步从膜的微观结构和微生物种群及代谢机制方面深度剖析污染根源，探索有效控制和减缓膜污染方法的重要手段．研究操作条件和膜特性对膜污染的影响规律，围绕主要ＭＢＲ膜污染因素优化膜通量、曝气、ＳＲＴ等操作工艺条件，选择合适膜及组件布置方式是ＭＢＲ系统可持续、经济、稳定运行的保证．参考文献：［１］Ｄｒｅｗｓ Ａ．Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｏｕｌｉｎｇ ｉｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒｓ－Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓａｔｉｏｎ，ｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｉｏｎｓ，ｃａｕｓｅ ａｎｄ ｃｕｒｅｓ［Ｊ］．ＪＭｅｍｂｒ Ｓｃｉ，２０１０，３６３：１－２８．［２］蔡 亮，杨建州，白志辉．全球膜生物反应器污水处理系统工程应用现状与展望［Ｊ］．水工业市场，２００７，（１２）：３１－３６．［３］Ｚｈａｎｇ Ｊ Ｓ，Ｚｈｏｕ Ｊ Ｔ，Ｆａｎｅ Ａ Ｇ．Ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅｍｅｍｂｒａｎｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｂｉｏｒｅ－ａｃｔｏｒｓ［Ｊ］．Ｊ Ｍｅｍｂｒ Ｓｃｉ，２００６，２８４：５４－６６．［４］Ｏｇｎｉｅｒ Ｓ，Ｗｉｓｎｉｅｗｓｋｉ Ｃ，Ｇｒａｓｍｉｃｋ Ａ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆｍａｃｒｏ－ｍｏｌｅｃｕｌｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｍｅｍ－ｂｒａｎｅ ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ ｍｉｘｅｄ ｌｉｑｕｏｒ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ［Ｊ］．Ｊ ＭｅｍｂｒＳｃｉ，２００２，２０９：２７－３７．［５］Ｚｈａｎｇ Ｊ Ｓ．Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｏｕｌｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｓｕｓｔａｉｎ－ａｂｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ＭＢＲ［Ｄ］．Ｄａｌｉａｎ：Ｄａｌｉａｎ Ｕ－ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｏｇｙ，２００６．。
MBR膜污堵原因分析及优化方法
1 膜生物反应器（MBR）的工艺现状1.1 MBR的概念在污水处理，水资源再利用领域，MBR又称膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor），是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。
MBR膜生物反应器是一种高效膜分离技术与活性污泥法相结合的污水处理工艺。
MBR具有较高的生物降解效率和较低的污泥产率，占地面积小，硝化能力强，出水水质稳定等特点。
另外，在膜生物反应器中，原污水中的各种可溶解和难分解的有机物质，以及微生物产生的代谢产物，可以分别保留在生物反应器内，从而提高了出水水质。
1.2 MBR在长庆石化的应用长庆石化公司于2008年对污水处理设施进行升级，引入了MBR污水处理技术，采用美国通用公司ZeeWeed 500d系列加强型中空纤维膜装配形成的膜元件，该技术已使用5年，对污水处理效果有很大的提高，其中氨氮的去除率由原来的65%提高至97%，在进水水质差距不大的情况下，出水中含有的石油类、COD、氨氮分别由1.50、55.20、2.72下降至0.56、44.54、0.71降解效果明显。
MBR 处理后水质对比如表1所示，MBR系统流程见图1。
表1 MBR处理后水质对比 mg/L项 目COD BOD NH3-N含油量原水＜800＜200＜80＜500 MBR处理后水≤50≤2≤2≤3去除率，％＞93＞98＞97＞99图1 MBR系统流程示意2 产生污堵的原因分析2.1 膜污染形成机理所谓的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。
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。
影响因素通常来自3个方面：膜的性质、操作条件以及活性污泥混合液的性质。
膜污染发展进程可分为两个阶段。
mbr工艺运行的影响因素分析
·63MBR工艺运行的影响因素分析文_杨新宁 江苏凯米膜科技股份有限公司摘要：在污水处理工程实践中，积极利用新技术不仅可以有效提升污水处理效果，而且可以控制污水处理成本，这对于实现节能减排的目标有重要意义。
对污水处理工程实践进行分析发现，MBR工艺在现阶段的污水处理项目中有很多的应用，MBR工艺的使用有不同的效果，在使用的过程中必须要明确该技术稳定运行的主要影响因素。
从这个角度来看，积极的讨论MBR工艺运行的主要影响因素有重要的现实意义。
针对影响MBR工艺运行的因素进行详细分析，旨在为工程实践工作提供指导和帮助。
关键词：MBR工艺；膜污染；因素分析Analysis of the Influencing Factors of MBR Process OperationYang Xin-ning[ Abstract ] In the practice of sewage treatment engineering, active use of new technology can not only effectively improve the sewage treatment effect, but also control the cost of sewage treatment, which is of great significance to achieve the goal of energy conservation and emission reduction. The practice of sewage treatment project is analyzed and found that MBR process has many applications in the current sewage treatment project, and the use of MBR process has different effects. In the process of using, it is necessary to clarify the main factors affecting the stable operation of the technology. From this point of view, it is of great practical significance to actively discuss the main influencing factors of MBR process operation. In order to provide guidance and help for engineering practice, the factors affecting the operation of MBR process were analyzed in detail.[ Key words ] MBR process; membrane pollution; factor analysis1 MBR工艺概述MBR又称膜生物反应器，指的是膜分离单元与生物处理单元有机结合的新型污、废水处理技术。
炼油污水MBR工艺运行中存在的问题及对策分析
炼油污水MBR工艺运行中存在的问题及对策分析本文结合MBR工艺原理及特点，介绍了某石化厂炼油污水处理中采用的MBR工艺流程，分析了MBR工艺运行中存在的问题，并针对这些问题进行了对策分析。
标签：炼油污水；MBR；膜污染膜生物反应器技术（Membrane Bioreactor，简称MBR），是将膜分离技术和活性污泥法结合而成的一种新型高效的污水生化处理工艺，被广泛应用于炼油污水处理中。
某石化厂在炼油污水生化处理中采用此工艺，表现出了出水水质好、抗负荷冲击能力强、脱氮效果良好、运行控制灵活稳定及占地面积小等优点，但在运行过程中也存在膜污染严重、产水量小等问题。
因此，研究MBR工艺在运行中存在的问题并进行对策分析是非常重要的。
1 MBR工艺原理及特点MBR工艺的核心部件为生物反应器和膜分离组件，生物反应器利用微生物的作用降解去除污水中有机物，而膜分离组件使污水生物处理后污泥与水分离[1]。
膜具有选择透过性，能够将混合液中微生物絮体和大分子有机物截留下来，延长了微生物在反应器中的停留时间，既延长了污泥龄[2]，也能够使反应器中的微生物量保持在较高的水平，有利于提高微生物对有机物的分解效率。
MBR 工艺具有高效的固液分离作用，其具有以下特点[3]：出水水质良好、稳定，可直接回用或进行深度处理后回用；反应器污泥浓度高、容积负荷高，系统产泥量少；反应器内生物种群丰富，污染物去除效果好，去除效率高；系统采用模块化设计，占地面积小，操作簡单，易于扩展，可实现全程自动化控制。
2 MBR工艺流程某石化厂MBR池设置在二级生化曝气池后。
二级生化曝气池出水部分进入MBR池，部分进入二级生化沉淀池，MBR池及二级生化沉淀池出水合并进入监测水池，监测水池出水经污水提标装置处理后经活性炭过滤器再次进行过滤，最后经输水泵提升后回用或直接外排。
3 MBR工艺运行中存在的问题3.1 曝气系统的问题曝气系统是将空气中的氧强制向液体中转移的过程，其目的是获得足够的溶解氧；此外，曝气系统还有防止池内悬浮体下沉，加强池内有机物与微生物及溶解氧接触的目的。
地下式污水处理厂MBR膜污染分析及应对策略
地下式污水处理厂MBR膜污染分析及应对策略发布时间：2021-09-30T07:00:12.766Z 来源：《科学与技术》2021年5月15期作者：张海军[导读] 随着城市工业化进程继续加快，污水量也相应提高，因此污水处理厂的建设、提标也会不断增加。
张海军延长石油集团榆林煤化有限公司榆林市 719000摘要：随着城市工业化进程继续加快，污水量也相应提高，因此污水处理厂的建设、提标也会不断增加。
与传统的地上污水处理厂相比，地下式污水处理厂由于占地面积小，并且主要污水处理构筑物均位于地下，对周边环境影响小，因此近年来地下式污水处理厂的建设逐渐增多，就会产生MBR膜污染。
所以，加强其应对策略十分有必要。
基于此，本篇文章对地下式污水处理厂MBR膜污染分析及应对策略进行研究，以供参考。
关键词：地下式；污水处理厂；MBR膜污染分析；应对策略引言将生物处理、膜分离技术相结合，便能够得到本文研究的MBR工艺。
在污水排放需要达到的标准的当下，地下建设的污水处理厂，其数量不断增加，将MBR与A2O工艺进行结合，既对可逆污染有良好的抑制效果，还能够使膜污染问题得到缓解，由此可见，围绕该工艺所面临运营问题展开讨论，对污水处理厂乃至整个行业的发展，均有十分积极的作用。
1膜生物反应器技术的优劣势污水中含有相当多的胶体和高分子有机物，这些污染物的生物降解速度较低，传统的生物处理方法停留时间较短，无法对其进行有效降解，严重影响出水水质。
而在膜生物反应器中，分离膜对胶体和高分子物质有非常好的截留效果，可以极大地改善出水水质。
与传统生化处理法相比，膜生物反应器可以更好地处理生活污水，具有以下优点：出水水质清澈，不含悬浮固体，一般也不含病菌和病原体；出水有机物浓度较低，而且总氮和总磷的浓度也远低于传统生化处理法；由于膜的截留，生物反应器中可以保持很高的微生物浓度，基质与微生物之比较低，污泥产率低；膜生物反应器中，微生物的种类、数量等主要根据其对污染物的去除有利与否进行控制，并不考虑污泥的沉降性能，这就使得膜生物反应器中的生物相更加有利于污染物的分解转化，有可能获得更高的去除效率；膜生物反应器的自动化程度高，所需工作人员少，环境卫生条件好。
MBR工艺巾膜污染现象及其防护措施探讨
中 图分 类 号 ：Ｘ ０ ７３ 文 献标 识码 ：Ａ 文 章编 号 ： １ ０ — ９ ３ （ ０ ２ ３ ０ ６ — ２ ０ ６ ７ ７ ２ １ ）０ － ２ ０ ０
一
、
膜 污染 的机 理
膜 组 件 的性 质 主 要 包 括 膜 构 型 、膜 孔 尺 寸、 粗 糙 度 、 膜 材 质 、 表 面 电荷 、 亲 水性 等 。
研 究 表 明 ，膜 污 染 的 发展 Ⅱ分 为 不 同 阶段 。在恒 定 通 量操 ｒ 作 条件 Ｆ，ＭＢＲ 中膜 污染 存 在 “ 慢 积 累” 和 “ 缓 急速 发 展”
膜 构 型 即膜 的几 何 形 状 和 水 流 方 向 ，在 大 中型 污 水处 理
中 ，浸 没 式 ＭＢ 更常 用 ，是 由于 曝 气 产 生 的 剪 切 力可 以 Ｒ 减 轻 膜 污 染 。在 浸 没 式 Ｍ Ｂ 中 ， 大都 采 用 中空 纤 维 式 或 平 Ｒ 板 式膜 组 件 。采 用平 板 式膜 组 件 可 以获 得 更 高 的透 水 率 ，但
在 厌 氧 处珲 中 ，具 有 相 同 膜 孔 径 的 膜组 件对 比 研 究 中 发 现 ，
平板 式 膜 组 件 的污 染 程 度 比中 纤 维 式膜 稍 高 。
一
人分 子 在 剪 切 力 和 扰 动 力 的作 用 Ｆ 离膜 表面 ， 留 下较 小 的 脱 牛 物 絮 体 或 聚 合物 。 近 膜 表 面 的微 生物 更易 附着 在 膜 表 面 ， 靠 并对 下阶 段 污 染 产 生影 响 。小 于 膜 孔径 的颗 粒 物 质 会在 膜 孔 巾ｕ ，通 过 浓 缩 、结 晶 、 沉 淀 及 生 长 等 作 用 使膜 孔 产 生 不 发附
如何降低膜生物反应器中膜污染
4 降低膜污染的几种思路 目前对膜污染的研究比较深人。在MBR领域， 许多研究学者也从不同角度研究了降低膜污染的方 法，下面将降低膜污染的几种思路归纳如下。
4.1 从膜组件考虑 在MBR中，用于泥水分离的膜组件要根据其自身的 特点和操作特性来设计膜组件。天津膜天技术有限 公司根据一体式MBR的特点设计出了帘式膜组件， 由于污泥不易在膜上滞留，并且曝气时在膜表面较 易取得较好的紊流效果，达到降低膜污染的目的。 清华大学钱易教授等还作了MBR的水力学研究，提 出了生物反应器越高，上升的流道越窄，下降流和 底部通道越宽，越能较好地降低膜污染，这是由于 在反应器上部污泥易下沉，导致膜附近污泥浓度低， 降低膜污染。
前言（2/2） 要使得MBR真正推广应用还需要克服膜污染、膜浓 差极化、膜堵塞等问题，增加膜通量，延长膜寿命。
1 膜污染的类型（1/3）
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人膜表面或膜孔内 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。膜污 染直接导致了膜通量下降，膜使用寿命大大缩 短。
3.3.2 溶剂化作用 膜经过改性后，有亲水性和疏水性膜之分，亲 水的膜表面与水形成氢键，这种水处于有序结构， 当污泥或其它疏水溶质要接近膜表面，必须破坏有 序水，这需要能量，不易进行，所以该种膜较疏水 膜不易被污染。
3.4 膜操作参数的影响 膜操作参数包括料液流速，操作压力，温度， 曝气速度，MLSS，污泥停留时间（SRT），水力停 留时间（HRT）等。通常，对于分置式MBR来说， 提高料液流速，大大提高了泥水混合液对膜表面的 剪切力作用，可以降低浓差极化和沉积层的形成， 提高水通量。
MBR膜容易结垢 怎么办？
MBR膜容易结垢怎么办？为什么MBR膜上这么简单结垢，个把月就要拆下来洗，在线反洗都没用，求大神指导？MBR在污水处理已经得到了广泛且成熟的应用，由于MBR替代了二沉池，可以保证出水SS和高污泥浓度，省去了许多污师在运营中的一些苦恼，但是，膜污染问题也始终困扰着MBR的进展及运行！那么针对这些问题，MBR操作人员毕竟该怎么做？才能快速找到膜污染根源，并赐予精准打击，以此削减清洗频率。
一、膜污染的定义膜污染通常是指混合液中的物质在膜表面（外部）和膜孔内（内部）吸附聚集，造成膜孔堵塞并促使孔隙率变小，引起膜通量的衰减和过滤压力上升的过程。
在膜过滤的操作中，水分子和细小物质不断透过膜，同时一些物质被膜截留而堵塞膜孔或在膜表面沉积，从而造成膜污染。
可以说，是膜截留导致了膜污染。
膜污染的直接表现，就是膜通量的下降或者操作压力的上升。
活性污泥混合液体系中存在的养分基质、菌胶团、微生物细胞、细胞碎片、微生物代谢产物（EPS、SMP）以及各种有机、无机溶解性物质等都对膜污染有贡献。
膜污染的进展通常可分为3阶段（也有2阶段说法）：（1）初始污染：发生在膜系统投入运行的初期，膜面与混合液中的胶体、有机物等发生剧烈的相互作用，污染方式有粘附、电荷作用、膜孔堵塞等。
错流过滤的条件下，细小的生物絮体或胞外聚合物照旧能够依附在膜表面上，而小于膜孔径的物质会在膜孔中吸附，通过浓缩、结晶沉淀和生长繁殖的作用造成膜污染。
（2）缓慢污染：初期膜表面光滑，大颗粒物质不简单附着，主要由EPS、SMP、生物胶体等黏性物质通过吸附桥架、网捕等作用吸附在膜表面形成凝胶层，造成膜过滤阻力的缓慢上升，对混合液中的污染物的截留性能会有增加。
凝胶层的污染是不行避开的，带来的影响是膜阻力的缓慢上升。
在恒流操作中表现为TMP的缓慢上升，在恒压模式中表现为通量的缓慢衰减。
（3）快速污染：第2阶段形成的凝胶层在持续的过滤压差和透水流的作用下，随着污染物的沉积渐渐密实，导致膜污染从量变到质变，混合液中的絮体快速在膜表面聚集并形成污泥滤饼，跨膜压差快速上升。
AOMBR工艺设计中的膜污染控制与清洗策略
AOMBR工艺设计中的膜污染控制与清洗策略随着生产技术的发展，AOMBR工艺在水处理领域中的应用愈加广泛。
其中，膜污染控制和清洗是工艺设计中必须重视和解决的问题，因为它们直接影响了AOMBR工艺处理效果和成本。
本文将探讨AOMBR工艺设计中的膜污染控制与清洗策略。
一、膜污染控制策略污染是AOMBR工艺中常见的问题，因为AOMBR工艺的处理比传统处理工艺更加彻底。
污染可以通过以下措施进行控制：1. 逆流清洗逆流清洗是控制污染的有效方法。
浸泡膜在酸、碱和酶的溶液中，利用来自分类膜的压力，使反冲流使污垢溶解并冲出膜的表面。
2. 化学清洗化学清洗是一种属于最常规的清洗膜上污染物的方法。
酸、碱和酶等清洗液用于膜表面的泵送循环，去除膜上污染物，同时保持膜表面完整性和膜的性能。
3. 疏水涂层疏水涂层可以在膜设计中起到阻止吸附和附着的作用，减少污染物对膜表面的影响，保证膜的正常吸收和放水。
此外，疏水涂层可以减少清洗的次数，降低膜清洗的成本。
二、清洗策略清洗是AOMBR工艺的重要组成部分。
一旦清洗方式选择不当，既会影响膜的使用寿命和性能，还会增加生产成本，并且对环境造成污染。
因此，在进行清洗前，必须先考虑以下几个因素：1. 清洗剂的选择清洗剂的选择对AOMBR工艺的性能和使用寿命都有很大的影响。
因此，必须根据膜的类型和用途选择适当的清洗剂。
2. 清洗液的浓度清洗剂的浓度不同，会影响清洗效果和时间。
因此，在清洗时必须考虑清洗剂的浓度。
3. 清洗时间清洗时间的长短直接影响清洗效果。
通常情况下，清洗时间越长，清洗效果越好。
但是，过长的清洗时间会导致膜的性能下降。
4. 清洗条件清洗条件需要根据膜制备条件来确定。
通常情况下，清洗温度在40℃~60℃之间较为合适，清洗时间因膜寿命而异，需要进行个性化调整。
重要性：清洗和污染控制是AOMBR工艺设计的核心问题。
主要从两个方面说明其重要性。
一个是保证转运过程中的水的水质，使其可以接近天然水质。
影响MBR膜通量的因素有哪些？
影响MBR膜通量的因素有哪些？随着城市化进程的快速进展，环境污染日益严重，水资源供应短缺。
膜生物反应器（MBR）技术的应用成为水处理领域的热点。
但是，MBR 技术的应用受到膜通量的限制， MbR膜通量的高处与低处影响着水处理设备的性能和水资源利用效率。
本文将从膜材料、水质、微生物和操作条件四个方面分析影响MBR膜通量的因素，以期优化膜反应器的操作，提高膜通量，提高水处理效率。
1. 膜材料膜材料是MBR膜通量影响的紧要因素。
MBR膜依据材料的不同可以分为有机膜、无机膜和混合膜三种类型。
不同的材料具有不同的透水性、抗污染性和耐久性。
小孔径、静电作用和表面张力是影响MBR膜通量的紧要因素。
在MBR的应用过程中，材料的选择应依据不同需求进行选择。
•小孔径是MBR膜过滤的基础。
越小的孔径会提高MBR膜的截留效果，但也会加添MBR膜的阻力，降低膜通量，需要更高的压力才能使水通过膜孔。
因此在膜材料的选择上，需要依据应用场景的要求进行综合考虑。
•静电作用也是影响MBR膜通量的紧要因素之一、由于膜材料含有的静电会吸附在膜上的病毒菌群，导致膜上物质的浓度上升，最后导致通量的降低。
因此，MBR膜材料的选择也要考虑材料表面的静电性能。
•表面张力也会对MBR膜通量造成确定的影响。
表面张力越大，则水分子被吸附在膜上的时候就会更加紧密，会影响通量的提高。
因此，在MBR膜材料的选择上，还需要考虑表面张力对通量的影响。
2. 水质水体的原水质量不同会影响MBR膜通量。
水质中较高的有机质和悬浮颗粒简单堵塞膜孔，导致通量下降。
生物圈内的微生物在生长繁殖过程中会产生颗粒污染物，聚集在MBR膜表面，导致病毒菌群浓度过高，最后影响MBR膜的透水性能。
•悬浮颗粒：水中的悬浮颗粒是影响MBR膜通量的紧要因素之一、高浓度的颗粒会简单堵塞膜孔，导致通量下降。
因此，在MBR膜的使用过程中，需要依据水质的不同选择合适的预处理方法。
比如，沉淀法可以使大部分的悬浮颗粒沉淀下来，削减MBR膜的负担。
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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。在膜的化学清洗过程中也证明了这一点,洗
脱的污染物除了生物膜、难溶的无机成分外,洗液表面漂了一层油污,而且颜色呈
深棕褐色,这是铁盐溶解的现象。
4、膜污染减缓措施及膜化学清洗效果
4.1 膜污染减缓措施
在污水处理中,膜污染是不可避免的,但是采用有效的措施来减缓膜污染的程
度,提高膜的正常运行时间和使用寿命是完全可行的。
4.1.1 膜材料选择
在膜材料上,选择聚丙烯为膜材料,是由于其良好的抗腐蚀性,不易产生因腐
蚀和膜身劣化的不可逆膜污染。同样在膜组件方面,选择敞开帘式模块型,就是因
为污泥不易在膜丝上滞留,并且在曝气时膜表面容易取得较好的紊流效果,达到降
低膜污染的目的。
4.1.2 料液成分
从料液成分上考虑,必须进行预处理,有效去除SS和油污。实验中改从一沉
池进水就避免了这一点。
4.1.3 料液性质
从料液性质上考虑,污泥浓度越高,污泥越容易在膜丝表面形成污泥层,导致
膜污染。当采取厌氧-兼性-好氧的膜生物反应器工艺,再加上城市污水的有机负荷
较低,同时为了除氮而进行的泥水混合液回流,这些因素综合起来就使得系统的污
泥浓度能维持在和常规活性污泥法一样的程度,不仅降低了能耗,也减小了膜污染
的可能。另外,工艺采用的曝气穿孔管直接安装在膜丝下方,从而使膜丝附近的紊
流状态进一步得到加强,很好地降低了浓差极化所带来的膜污染。
4.1.4 降低有机负荷
降低有机负荷也会减轻一定程度的膜污染,因为高有机负荷会促进胞外高分
子底物的增长,从而可能造成MBR通量下降。采用厌氧-兼性-好氧MBR工艺,可
降低好氧区的有机负荷,抑制胞外高分子底物的增长。
4.1.5 操作运行
在操作运行中,还可以采用以下两种方法来减缓膜污染:(1)空曝气,即停止进
出水,加大曝气强度连续曝气数小时（一般3～4h）,以冲脱沉积在膜表面上污泥
层的方法。空曝气可以使系统的膜通量恢复原来的10％～25％左右。因为空曝
只是去除膜面沉积的最外层的污泥层,并不能完全去除所有的污泥层,那么污泥之
间的粘附性并没多少改变。空曝气可以使膜污染程度减缓3～4天左右。空曝只
是暂时的减缓方法,只有在操作压力上升的不是很高的时候才有效。当压力上升
到一定程度,空曝气就会基本失去效用,即使曝气的时间再长,去除污泥层的效果
也会很小。(2)水力反冲洗。用清水在16kPa压力以下的条件下,从内向外进行反
向冲洗,时间为2～3h。此种方法对膜通量的恢复作用比较显著,可以使膜组件恢
复到清水膜通量的50％～70％左右,持续时间达到一周以上,最好的时候可以达
到两周。同样,水力反冲洗也不是永远有效,它的效用是递减的。等到水力反清洗
的效果也不显著时,这就需要进行化学清洗。
4.2 膜的化学清洗
当水力清洗不再起效果的时候,说明膜丝已经被严重污染,需要拆卸下来进行
全面的化学清洗。先用自来水冲洗膜表面生成的生物膜泥饼,由于膜丝的截留作
用,也会发现许多固体难降解的物质,例如塑料碎片等粘附在膜丝之间;然后用
1%NaOH溶液浸泡4h,清洗液呈深棕褐色,且表面有很多油污,有很多絮状、片状
污泥脱落;再用清水清洗干净后,用1%盐酸溶液浸泡4h,有少量碎小的污泥脱落;
用清水清洗后,再以1%NaOH溶液浸泡2h,清洗液颜色变浅,无明显污泥脱落;最后,
用清水冲洗干净后,把膜安装好,重新放入反应器。
在这几种方法中,化学清洗效果最好,但是它会缩短膜的使用寿命,因此应尽
量减少其使用次数。