膜污染影响因素
反渗透膜污染分析及清洗研究
测定溶液 中阴离子和阳离子类别及其浓度
金属元素和少量非金属元素定性和定量分析
污染物特征及部分元素定性分析 表２有机污染分析技术
仪器
测量对象
傅里叶变换红外光谱 （ Ｉ ＦＴ Ｒ） 气相色ｉ／ 监质谱 （ Ｃ Ｍ ） Ｇ — Ｓ
拉曼光谱 （ Ａ Ａ Ｒ Ｍ Ｎ）
有机物功能团 ， ｌ ＝ ， ＝ ，Ｃ Ｏ， — ￣ｃ ｃ Ｃ Ｏ — Ｃ Ｈ 有机物组成 ，如蛋 白，多糖 ，多羟基芳烃 ，氨基糖 可鉴别有机物质 、 高分子和生物物质类别和结构
表 １无机污染分析技术 仪器 ｘ 射线荧光能谱法 （ Ｒ ） Ｘ Ｆ 测量对象
可 以 分析 原 子 序数 １－ ２ ２９ 的所 有元 素 测 定 晶态 无 机 物
ｘ 射线衍射法 （ Ｒ ） Ｘ Ｄ 离子色谱 （ ） Ｉ ｃ 电感耦合等 离子体发射光谱 （ Ｐ Ｉ ） Ｃ 扫描 电子显微镜一 Ｄ 能谱仪 （ Ｅ — Ｄ Ｅｘ Ｓ Ｍ Ｅ Ｘ）
ｘ 射线光电子能谱仪 （ Ｐ ） Ｘ Ｓ
污染物元素类别及含量
１ห้องสมุดไป่ตู้ ５ ４
短 为２ 时 以 内。 小
应 用 方 法 论
科年 ６ ２１ １ ０ 第期 赫 霸 Ｉ
时切除螺纹尖角 ，以免影响喷涂 的效果 ．在滚花后的金属也应避免出现
突 起 尖 角现 象 。
根据表 面处理的 目的 、所需涂层材料的种类以及基体表面原始状态 的不同 ， 具体可 以采用 以下方法进行表面处理 。
２１ 脱 脂 净 化 ．
２４ 结 合 层 ．
１ 溶 剂法。该方法可 以采用溶剂汽 油 、四氯化碳或ｊ氯 乙烯等溶 ） 剂来浸洗 、 擦洗表面，可 以达到有效去除油脂 的目的。 ２ 乳 液清洗法 。该方法所使用的乳化清 洗液一般是 由湿润剂与强 ） 乳化液的混合有机溶剂配制而成 ， 不但可 以起到脱脂的效能 ，而且不会 产生任何污染。 ３ 蒸气 清洗。该方法可在设备 中采用三 氯乙烯 等溶剂作为蒸汽清 ） 洗材料 ，可 以有效地去除表面油脂。 ４ 加 热法。该方法主要针对于多空 隙金 属零部件或被油脂浸透的 ） 铸铁而使用 的，先采用 约为３０Ｃ ０ ￣的低 温加热 法将侵入金属表层的油脂 去除 ，再用细磨料喷除遗 留在表面的积碳。 ５ 碱性 清洗剂法。该方法所采用 的清洗 剂的主要成分为磷酸钠 、 ） 氢氧化钠 、 钠的硅酸盐 以及碳酸钠 ，浸洗的浓度约为５ｇ ７ｇ ， ０／ ５／ 保持 Ｌ～ Ｌ 温度在鲫 ℃，在浸满３ ｍｎ ０ｉ ￣即可达到脱脂 的效果。此外，也可以使用碱 液作为清洗剂对表面进行喷射清洗 ，浓度应控制在 ｌ ～ ０／￣围内， Ｏ ２ｇ Ｌ 保持温度在８℃ ， Ｏ 在喷射２ ｉ 即可达到清洁表面的效 果。 ｍｎ 后
MBR系统运行条件对膜污染影响研究_计根良
采用如图 1 的实验装置，反应器有效容积为 0.8 m3。该装置能模拟 MBR 产水运行和反冲洗过程，产
图 1 实验装置 Fig.1 Schematic diagram of test device
收稿日期：2014-04-02 作者简介：计根良（1980－），男，博士，研究方向为膜与膜材料；电子邮件：geegl@
经过 3 个月的正常运行，该 MBR 系统膜污染控制效果显著。
关键词：MBR；膜污染；影响因素；曝气强度；抽停时间比
中图分类号：TQ028.8 文献标识码：A
文章编号：1000-3770(2014)06-0090-003
随着城市规模的不断扩大和现代化工业迅猛发 展，城市生活污水和工业废水排放不断增加，水环境 日趋恶化，水资源危机日渐严峻。根据再生水协会的 一项统计，仅在美国，市政污水处理厂处理的污水就 以每年 15%的速度增长。此项数据还未计算工厂内 部废水再生处理，但是根据设备供应商的估计，世界 污水处理正以每年 15%～20%的速度增长。
为简化实验过程，仅记录运行开始时的 TMP1 和运行结束时的 TMP2，并近似认为压差上升与时 间呈线性关系，结果见表 2。
表 2 不同抽停时间对跨膜压差上升速率影响
Tab.2 The effect of different on/off ratio time on
21.0
transmembrane pressure rise rate
计根良等，MBR 系统运行条件对膜污染影响研究
91
水电磁阀和反洗电磁阀采用 PLC 自动控制。实验所
ÁÂ 用MW10b型膜组件采用上海沛杰过滤技术有限公
膜分离技术存在的问题及解决方法
膜分离技术存在的问题及解决方法膜分离技术作为一种新型的高新制造技术，在食品工业中的应用发展极快，成绩卓著，日益受到各界的关注，展现了广阔前景，尤其一些新的膜分离技术具有更大的潜力和更强的生命力。
下面具体介绍膜分离技术存在的问题及解决方法，一起来看看吧。
1、膜的污染问题由于食品中大都含有蛋白质、脂肪、纤维、鞣质及胶体物质，膜在操作时极易被污染和阻塞，造成膜通量锐减。
而现有的清洗方法难以达到恢复通量的目的。
所以料液的预处理及清洗成了膜技术应用的关键，另外开发新型的不易被污染的膜材料及进行膜面改良也是控制膜污染的有效措施。
2、膜的选择问题膜分离技术在生产中的应用日益广泛，但由于影响因素众多，诸如膜材料的选择、膜分离时的压力、温度、浓度、流速等，需要对其工艺条件作更深入的研究和考察。
3、浓度极化现象由于滤膜上筛孔极小，沉积在膜面的物质易形成一层等高浓度的凝胶层，使膜的通过速度和截流性能受到很大影响，称为浓度极化现象。
应采取相应措施，如降低料液黏度，在各阶段合理的调节压力，分别采用恒速和恒压过滤;或与其他分离方法如澄清法、离心法联用等。
4、膜的性能有待提高膜材料的品种少，膜孔径分布宽，性能欠稳定，如常用的亲水性膜材料对溶质吸附少，截留分子量较小，但热稳定性差，机械强度、抗化学性、抗细菌侵蚀能力通常不高，疏水性膜材料机械强度高、耐高温、耐溶剂、耐生物降解，但膜透水速度低、抗污染能力较低。
另外，由于滤膜本身的孔径不可能完全均匀一致，滤过时部分微粒、热源从较大的滤孔滤出，从而导致初滤液不合要求。
故应用时应采用多级超滤法来提高食品质量，并应研究开发性能优良的滤膜，克服其自身的缺点。
以上就是膜分离技术存在的问题及解决方法，希望对大家有所帮助。
各类膜组件的性能比较及影响因素分析
各类膜组件的性能比较及影响因素分析膜组件是膜分离技术的核心部分，广泛应用于水处理、气体分离、电池等领域。
在不同应用中，不同类型的膜组件拥有独特的性能和功能。
本文将对各类膜组件的性能进行比较，并分析影响其性能的因素。
首先，我们来介绍一些常见的膜组件类型。
常见的膜组件包括反渗透（RO）膜、超滤（UF）膜、纳滤（NF）膜和微滤（MF）膜。
RO膜主要用于水处理领域，能够有效去除溶解性离子、大分子有机物和微生物。
UF膜用于从水中去除大分子有机物、胶体颗粒和浑浊物质。
NF膜的孔径介于RO膜和UF膜之间，用于除去溶解性离子、胶体和有机物。
MF膜的孔径最大，用于去除悬浮物、微生物和大颗粒。
各类膜组件的性能比较涉及到多个方面的考虑。
首先是截留率，即膜组件对目标物质的分离效率。
RO膜在水处理中具有很高的截留率，能够有效去除大部分离子和有机物。
UF和NF膜的截留率相对较低，但对大分子有机物的去除效果较好。
而MF膜主要用于去除悬浮物和微生物，截留率较低。
其次是通量，指的是单位时间内通过膜的物质量。
RO膜具有较低的通量，主要受限于膜孔径和分子尺寸。
UF、NF和MF膜的通量相对较高，可用于大量产水。
通量的提高可以通过增加工作压力、调整进料浓度和温度来实现。
膜选择还需考虑膜的稳定性和耐久性。
RO膜对氧化剂和酸碱性环境较为敏感，需要防止膜的破损和污垢堵塞。
而UF、NF和MF膜在使用过程中相对稳定，适用于较复杂的水质环境。
此外，膜的材料也会影响性能。
常见的膜材料有聚酯、聚醚、聚氨酯、聚丙烯等。
不同材料的膜具有不同的热稳定性、化学稳定性和机械强度。
选择适合应用环境的材料能够提高膜的性能和寿命。
在实际应用中，膜组件的性能受到多种因素的影响。
首先是进料水的水质。
水中的溶解物、悬浮物和微生物会影响膜的通量和寿命。
因此，在使用膜组件前，通常需要对进料水进行预处理，如过滤、调整酸碱度和添加抗菌剂。
其次是操作条件的影响。
膜组件的工作压力、温度和流速都会对性能产生影响。
胞外聚合物生成的影响因素及膜污染的研究
胞外聚合物生成的影响因素及膜污染的研究杨义飞;赵飞飞;徐晓鸣;滕希红【摘要】Extracellular polymeric substances ( EPS) has been reported as an important factor governing membrane fouling. This research studies the effect of sludge concentration and temperature on the quantity of the EPS and analyzes the change of LB-EPS on the impact of membrane fouling- The results show that as the concentration of EPS and its components increase when MLSS is greater than 6g/ L, the rate of membrane fouling increases rapidly. The rate of membrane fouling decreases as the a-mounts of EPS becomes less when it is between 10 -25℃.%EPS是影响膜污染的重要因素.本文考察了污泥浓度以及温度的改变对EPS生成量的影响及其与膜污染的关系,并分析了EPS中LB-EPS的变化对膜污染的影响.结果表明:当MLSS大于6g/L 时,EPS及其各组分浓度增加,膜污染速率急速上升；当温度为15 ～25℃时,污泥中EPS含量较低,膜污染速率也较低.【期刊名称】《山东建筑大学学报》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】4页(P28-31)【关键词】环境工程;膜生物反应器;膜污染;EPS【作者】杨义飞;赵飞飞;徐晓鸣;滕希红【作者单位】山东建筑大学市政与环境工程学院,山东济南250101;山东建筑大学市政与环境工程学院,山东济南250101;山东建筑大学市政与环境工程学院,山东济南250101;山东同圆设计集团,山东济南250101【正文语种】中文【中图分类】X7030 引言水资源是人类赖以生存与发展的重要资源，污水资源作为第二水源将从根本上解决水资源匮乏的局面[1]。
农业废旧农膜污染与防治技术
农业废旧农膜污染与防治技术摘要：农膜是在农业生产中使用的塑料薄膜，如果过量使用、乱丢乱弃或不正确处理，容易在土壤中出现大量残留，不利于农作物的正常生长，且容易给机械作业带来阻碍。
本文分析了农业废旧农膜污染带来的危害，并提出农膜污染的有效防治技术与策略，旨在降低环境污染风险，提高农膜回收利用率，促进农业生态效益和经济效益的提升。
关键词：农业生产；废旧农膜污染；防治方法农膜在农业生产中具有重要作用，可以将农田表层覆盖，防止水分蒸发，保温保湿，加速作物的生长发育。
如果废旧农膜处置方式不当，如焚烧或者直接翻入土壤等，容易造成大气污染、土壤污染、水源污染，给生态环境带来不良影响。
因此，为了减少废旧农膜对环境的危害，应该加强对废旧农膜回收利用的重视程度，采取合理的方式处置废旧农膜。
1.农业废旧农膜污染带来的危害1.1对田间土壤环境造成不良影响在自由重力的作用下，土壤会出现渗透现象，具体指水向土壤深层的不断移动。
因为在土壤中，会有农膜的碎片残留，在其不断发生改变的过程中，容易将土壤空隙的连续性切断，所以，给重力水的移动带来巨大阻力，降低了重力水向下移动的速度，在农膜残留量不断增多的过程中，容易减少水分的渗透量，给土壤的含水量及渗透率带来不良影响，一定程度上弱化了土壤的抗旱能力，增加了土地盐碱化概率。
同时，一旦在土壤中残留大量的农膜，会对土壤的物理性状造成明显影响，给农作物的生长带来抑制，久而久之，土壤结构会被严重破坏，不仅影响土壤中微生物的正常活动，还会降低土壤的肥力，无法为农作物提供良好的土壤环境。
1.2对田间农作物造成不良影响在农作物种植过程中，如果土壤中出现残留的农业废旧农膜，会给作物根系的正常生长带来阻碍，导致农作物出现发育困难的问题，且在地膜残留量不断增多的过程中，作物的根重及根长也会有所减少，农作物根系发生畸变的概率也很高。
同时，在农膜的影响下，容易降低幼苗的成活率，导致出现作物出苗困难的问题，很难得到较多的优质苗，种子无法在残留的膜片上正常出苗和成活。
膜通量减少的原因
膜通量减少是指膜分离过程中膜的通透性或通过膜的物质流量降低的现象。
这种情况可能会对许多工业和实验室应用产生负面影响。
膜通量减少的原因可以有多种，以下是一些可能的因素：
膜堵塞：
最常见的原因之一是膜表面或孔隙堵塞。
这可以是由于沉积在膜表面上的颗粒、污垢、微生物生长或沉淀物等引起的。
这些堵塞会减小膜的有效通透性，降低通量。
膜表面污染：
膜表面可能会受到污染，例如油脂、蛋白质、有机物或无机盐等。
这些污染物会粘附在膜上，导致通透性减小。
膜老化：
长时间使用后，膜材料可能会老化，导致其性能下降。
老化通常包括膜材料的物理和化学变化，使其变得不再适合有效通透。
操作条件变化：
如果操作条件与膜的设计参数不匹配，通量可能会下降。
例如，过高或过低的操作压力、温度或流速可能会导致通量减少。
物质浓度变化：
当被处理的液体中的溶质浓度变化时，通量也可能会受到影响。
高浓度的溶质可能会引起膜表面结垢，而低浓度的溶质可能无法维持足够的驱动力。
化学兼容性问题：
一些物质可能与膜材料不兼容，导致膜的损坏或改性，从而影响通量。
操作错误：
不正确的操作或维护方法可能会导致膜通量减少。
例如，使用不合适的清洗剂或不适当的清洗程序可能会损害膜。
膜材料选择不当：
不适当选择的膜材料可能无法满足特定应用的需求，导致通量问题。
要解决膜通量减少的问题，需要先确定减少通量的具体原因，然后采取适当的措施来清洗、维护、更换或调整膜系统，以恢复或改善通量。
正确认识问题的根本原因是解决通量减少问题的关键。
EPS及其在膜生物反应器中的作用和影响
第30卷 第4期膜 科 学 与 技 术V o l.30 N o.4 2010年8月M EM BRA N E SCI EN CE A ND T ECH N OL OG Y A ug.2010EPS及其在膜生物反应器中的作用和影响杨文静,樊耀波*,徐国良,袁栋栋,于 艳(中国科学院生态环境研究中心水污染控制室,北京100085)摘 要:胞外聚合物(EPS)普遍存在于活性污泥絮体内部及表面,具有重要的生理功能,同时也被认为是造成MBR膜污染和降低混合液可过滤性的重要因素之一.EPS的组成和含量与提取过程和分析方法有很大的关系,由于加热法的简洁性可操作性,现在的应用比较多.MBR的营养状况和反应器中环境要素对EPS有很大的影响.据已研究的结果发现,微生物产生EPS的多少取决于微生物生存环境和生长状况,即当其满足和适宜微生物生存时,微生物产生的EPS相对较少;反之,微生物产生的EPS较多.关键词:胞外聚合物(EPS);膜生物反应器(M BR);膜污染;污泥特性中图分类号:TQ028.8;X703 文献标识码:A 文章编号:1007 8924(2010)04 0090 07在污水生物处理工艺中,胞外聚合物(EPS)是许多工艺的核心 活性污泥絮体的主要组成部分,是活性污泥处理系统保持正常净化功能的关键物质.近年来对于EPS的研究越来越多,许多研究者认为在膜生物反应器中,EPS是导致混合液可过滤性变差和膜污染的一个重要因素.本文从MBR 中微生物营养状况和生存环境的角度对EPS的生成做了系统的总结,并抽提出一些规律性的结论.同时还讨论了EPS对混合液性质和膜污染的影响.1 EPS的概念、组成和分类EPS是对多种不同类的高分子物质(>10000 Da)的总称,包括多糖、蛋白质、糖醛酸、核酸、腐殖酸、(磷)脂类以及其他位于细胞表面和细胞间隙的聚合物质[1],这些物质主要来源于活性物质的分泌,细胞表面物质的脱落和消解产生的鞘壁、荚膜和黏液以及进水基质等,其普遍存在于活性污泥絮体内部及表面,被认为是活性污泥絮体里除微生物细胞和水之外的第三种成分,具有重要的生理功能.首先,EPS可将环境中的营养成分富集,通过胞外酶降解成小分子后吸收到细胞内,同时可以抵御杀菌剂和有毒物质对细胞的危害.其次,EPS在细胞之间构成架桥作用,可以作为细胞与外界接触的中间介质,细胞通过这些胞外物质进行物质和能量的传递.理论上EPS的组成和各组分的含量主要取决于M BR所处理的污水类型和反应器的操作条件[2],但是Liu和Fang[3]指出,EPS的提取方法对其组分含量的分析也会产生影响.其对1996年之后的相关文献进行了总结和分析,发现EPS中蛋白质(EPSp)和多糖(EPSc)的比例变化范围很大,在0.5~21.2之间.其中有2/3的数据是EPSp和EP Sc比例在2.0~10.0之间,只有8%的数据此比例在1.0以下.EPS一般有两种存在形式.一种是以胶体或溶解状态松散存在于液相主体中的黏性聚合物,即溶解性EPS(disso lved EPS,s-EPS);一种是附着于细胞壁上的包囊聚合物,即附着性EPS(bound EPS or extracted EPS,b-EPS).许多研究者认为s-EPS与SMP(soluble micr obial pr oducts)在本质上是同一类的物质[4-6],也有一部分文章中用DOC浓度来简易表征s-EPS的含量[7,8].而附着性EPS 根据其依附于细胞壁的紧密程度又可分为松散附着型EPS和紧密附着型EPS[2](见图1).收稿日期:2008 12 07;修改稿收到日期:2009 03 10基金项目:国家高级技术研究发展计划863!项目(2006A A06Z333);国家自然科学基金资助资目(50678168)作者简介:杨文静(1984 ),女,山西大同市人,硕士,从事MBR及膜污染机理研究.∀young-1984@#.*联系人第4期杨文静等:EPS 及其在膜生物反应器中的作用和影响∃91∃ 2 EPS 的提取近年来关于EPS 的相关研究非常多,但是迄今为止还没有建立一个统一的EPS 提取方法,这就使得各种研究结果之间的横向比较变得非常困难.Co mte 等[8]对多种不同的EPS 提取方法进行了比较和研究,得出化学法的提取产量普遍高于物理法,前者提取的EPS 占TSS 的17%~47%,后者为2%~4%.其中甲醛+NaOH 法是提取EPS 产量最高的一种办法.但同时对细胞产生的影响和破坏也最大.考虑到实际操作的简洁性,本文推荐近期被广泛使用的加热离心提取法,见图2.图1 EPS 的分类F ig.1 Classificatio n o fEPS图2 推荐的EPS 加热离心提取法F ig.2 P ro po sed method for EP S ex tr act ion3 营养条件及负荷要素对EPS 的影响EPS 的组成非常复杂,最主要的成分是多糖和蛋白质,两者的TOC 占整个EPS 的70%~80%[9].不同状况下EPS 总量及各成分的比例均不一样.在MBR 中,底物营养水平、消耗速率和污泥负荷(N S )等都会在一定程度上影响EPS 的生成.3.1 进水基质对EPS 组成和含量的影响MBR 进水基质种类及营养水平在很大程度上影响着EPS 的组成和含量变化[10,11].Sponza [2]发现酿酒废水、城市生活污水的好氧污泥中EPS 以蛋白质为主,其含量为70~71mg /gM LVSS,核酸仅为6.2~6.5mg /gM LVSS.这是因为这两种污泥中存在于易于被微生物利用的基质中,同时细菌细胞分泌大量的胞外酶.因此,蛋白质水平高于其他难降解基质污泥.同时微生物的低死亡率使其中的核酸含量较少.Boyette 等发现化学、皮革、染料3种污泥EPS 中蛋白质和DN A 含量相差不大,分别为24~48mg/g M LVSS 和11~12mg/g M LVSS.因为在这3种工业废水中活细胞含量较少,在有毒物质存在的情况下导致细菌细胞的大量死亡.死亡细胞解体,从而导致DNA 的含量较高[12].Spo nza 等[2]认为,废水基质中可降解有机物和难降解惰性物质的比例会影响EPS 的组成,当这个比例由20/1降到0.7/1时,EPS 中的蛋白质会增加,核酸却减少.Sheng 等[10]研究发现,碳源的种类、数量和C/N 比均对EPS 的生长有很大影响,当以安息香酸盐为碳源时,EPS 的产量最大.陈滢等[13]在研究营养物质对污泥沉降性能的影响时得出营养物质比例失调时,微生物不能充分利用碳源合成细胞物质,细菌获得的大量碳源物质转变为EPS.综合上述结论,我们可以看出,不同基质类型的废水在进行生物处理时微生物产生的EPS 含量和组分有所不同.导致此差异的另外一个原因是基质不同,使活性污泥系统中优势菌种的种类不同,细菌分泌的EPS 产量和成分也就不同.同时,基质中各营养成分种类、比例和数量也都会对EPS 的产生有一定影响.当营养物质缺乏或者比例失调时,微生物∃92∃膜 科 学 与 技 术第30卷处于一种不良的生长状态,此时易于产生更多的EPS.3.2 污泥负荷对EPS组成和含量的影响MBR的污泥负荷(N S)在一定程度上反应了有机物的供给情况,对EPS组成和含量也有影响,但是不同研究者得出的具体结论不尽相同.李久义[14]实验发现高负荷条件下,EPS含量增加.Rosenber g er[15]也发现s-EPS的含量与N S成正比,与污泥龄成反比.分析原因主要为在较高的N S下,微生物细胞不能够将可以得到的所有碳源用于细胞合成,多余的含碳基质被转化成胞内储存粒子和积累的胞外高分子,使得EPS含量增加.周健等[16]对MBR中N S对EPS的组分、含量的影响进行了研究,得到了EPS与N S的线性回归方程,发现N S对EP S影响高度显著,且随着负荷降低,EP S含量增加.Chao也认为当细胞处于内源代谢期,此时污泥负荷非常低,EP S的含量反而会增多[9].原因是随着负荷降低,细菌可利用的基质减少,增殖速率降低,活性降低,此时细菌的分泌和自溶使低负荷污泥含有更多的EP S.以上两派的研究从结论上看似矛盾,但本文从微生物适应生存环境需要的角度来解释有其合理性,即当营养物质过多时,捕食、生存和发展的需要会使微生物产生较多的EP S;而当营养物质紧缺时,微生物生存竞争、自我保护的需要同样会使微生物产生较多的EP S.由此推测,当营养物质的提供和微生物对其的消耗达到一个相对平衡的状态时, EPS的产量则相对较少,即污泥负荷应存在一个优化值,此时E PS产量相对较少.3.3 污泥停留时间(SR T)对EPS组成和含量的影响在MBR中,SRT的改变会引起污泥浓度的变化,从而间接影响了污泥负荷.H ernandez[17]研究发现当SRT增加时,EPS含量减少,直到SRT增加到30天后,EPS含量不再有明显变化.Liao等[18]发现当SRT较短时(4~9天),EPS含量升高,停留时间延长后(16~20天),EPS产量下降并最终趋于稳定.王红武等[19]在进行活性污泥的表面特性与其沉降脱水性能关系的研究时发现,随着泥龄由5天、10天变化至20天,EPS总量先增加后减少.由上述研究结果我们可以看出,在废水生物处理系统中,应存在一个最优SRT值,此时系统中所含的EPS量最少.而对于耗氧MBR系统,此SRT 最优值在15~20天之间.当SRT太短,营养物来不及被微生物完全消耗就由新陈代谢转化为EPS,使其含量增加;当SRT太长,系统EPS积累严重,含量也会逐渐增加.3.4 水力停留时间(HR T)对EPS组成和含量的影响H RT是MBR重要的操作条件之一,其变化直接影响着污泥负荷,对EPS的产生也有一定影响. Chae等[20]研究表明,当H RT由10h变为4h, EPSc由23m g/L变为148m g/L,EPSp则没有明显的变化,同时污泥平均颗粒粒径也会增大.3.5 底物消耗速率对EPS产生的影响近年来,越来越多的研究人员研究发现,活性污泥中微生物的生长状况对EPS有很大的影响. Evans发现当细胞生长速度慢的时候(0.01~0 15 h-1)产生较多的EPS,而当微生物处于快速增长期时(0.35~0.45h-1),EPS则相对较少.即EPS的产生速率和底物消耗速率(微生物生长速率)成反比.与之相反的,Turakhia等[21]的研究结果表明EPS的产率和微生物的增长速率成正比.而H sieh 等的实验数据则表明,当微生物的生长速率由0.04 h-1提高到0.18h-1时,EPS的产量会提高大约60%,但当生长速率由0.18h-1提高到0.26h-1时, EPS产量反而会下降20%[22].综上所述,本文认为EPS产率和底物消耗速率在一定程度上依赖于微生物种类和反应器的系统条件,他们之间并不是简单的线性关系.但多数情况下,当底物消耗速率较快,微生物处于快速增长期时,其生存条件和营养水平较为适宜,此时产生的EPS相对较少.3.6 讨论进水基质,N S,SRT,H RT,底物消耗速率等因素,均直接或间接的与微生物的营养状况有关,从而在一定程度上影响了EPS的产生.综合各种不同的研究结果,我们可以提出一种设想,即各因素都存在一个最佳值,此时微生物营养状况良好,处于一种较为舒适!的生长环境和状态,产生的EPS较少,反之,产生的EPS较多.4 环境要素对EPS的影响在M BR中,微生物所处的环境对其生长状态有很大的影响.例如温度、溶解氧和pH值等,这些因素通过改变微生物活性来影响EPS的产生.4.1 温度对EPS产生的影响温度会对M BR系统活性污泥中微生物的生长第4期杨文静等:EPS及其在膜生物反应器中的作用和影响∃93∃状况产生很大的影响,从而导致对EPS含量的影响.Lyko等[22]对一个实际工程应用的M BR进行了长达两年的取样和监测,,结果见图3,低温时期(主要为冬季)MBR的表现变差,此时EPSc含量较多.这是由于低温环境不是微生物所适宜的生存条件,此时易于产生更多的EPS.图3 多糖含量随时间的变化情况Fig.3 Concentr atio n o f so luble carbohy dr ate so ver t ime 4.2 曝气量和溶解氧(DO)对EPS组成和含量的影响MBR的曝气量直接影响污泥混合液中的溶解氧量,同时由于曝气产生的水力剪切力也会影响污泥絮体的状态.Ji等[23]根据研究得出曝气量直接影响絮体中EPS的数量和沉积在膜表面上EPSp和EPSc的比例.Park[12]认为,曝气量太大会破坏污泥絮体结构,使更多的EPS被释放到混合液中.DO是好氧微生物进行正常代谢活动的必要条件,污泥混合液中DO含量不同,会导致微生物的生活状态不同,从而分泌的EPS产量和成分也不同. Drew s[11]认为EPS的生成速率与DO浓度在一定范围内呈正相关性.原因是较高的DO浓度使得微生物代谢旺盛,相应产生的分泌物也多.但是当DO 浓度低于0.5m g/L时,微生物活性降低,甚至开始内源呼吸和分解,此时产生的EPS也开始增加. Zhang[24]则从宏观的角度指出,当活性污泥由好氧环境变为缺氧环境时,EPS的含量会有很大提高.所以,据以上研究结果,在M BR中也应存在着一个最优化的曝气量参数值,既能保持污泥絮体的完整性,又使得混合液中溶解氧量达到微生物生长所需要的水平,此时产生的EPS量相对较少.4.3 pH值对EPS产生的影响当污泥混合液的pH值发生变化时,微生物所在的生存环境条件也随之发生改变,从而影响其分泌物EPS的产生.庄芫等[25]得出当pH值从7增大到10,EPS含量不断减少,从125mg/g M LVSS降至90mg/g M LV SS.周伟伟[26]的实验结果表明,当pH为7~8时,污泥絮体密实,EPS中蛋白质和多糖浓度都较高.当pH达到8.5时,EPS含量就明显减少.5 EPS对M BR中活性污泥性质和膜污染的影响EPS普遍存在于活性污泥絮体内部及表面,微生物被包埋于其中.EPS为固着的细胞创造了一个由其本质所决定的微生物环境,这就决定了它的成分及数量必然对污泥的疏水性、表面电荷、脱水性、絮凝沉降性等有一定影响,进而影响了污泥混合液的可过滤性和膜污染状况.5.1 EPS对活性污泥絮体疏水性和表面电荷的影响污泥的表面电荷(以Zeta电位表示)和相对疏水性(以接触角表示)都是重要的污泥絮体表面性质的表征参数,两者存在明显的负相关性.Bo yette等认为大的污泥絮体的Zeta电位也可以反映出絮体里包含的EPS的电位,而EPS所带的负电荷取决于负离子基团(如羟基和磷酸盐)的离子化[3].疏水性是微生物聚集的重要推动力,可以增强细胞间的亲和力.研究表明EPS的疏水部分主要由蛋白质组成,而多糖中的羧基等基团则使污泥表面具有较多的亲水性,所以蛋白质与多糖的比值能较为准确地表现出污泥的疏水性.5.2 EPS对活性污泥脱水性的影响大量文献均报道EPS对活性污泥脱水性有一定影响.赵军等[27]认为EPS的存在使污泥脱水性变差.这是由于EPS产生了空间阻力.EPS分子从细胞表面伸展出来,阻碍细胞之间的亲密接触,形成密实的凝胶,阻止结合水从凝胶的微孔挤出.而H oughton等[28]试验发现,MBR中好氧活性污泥的脱水性会随着EPS的增加而增强,但是当EPS含量超过35mg/g-V SS时,污泥脱水性则会下降.一些研究者发现,EPS中的具体成分,如EPSc 和EPSp等,对污泥脱水性有很大的影响.其中关于EPSp影响的研究结果不尽相同,一部分认为其对脱水性起到了积极的作用,一部分认为起了消极的作用[3].但是多数研究结果均认为EPSc对污泥脱水性有着消极的影响.王红武等[19]认为,s-EPS和∃94∃膜 科 学 与 技 术第30卷b-EPS的比值会影响污泥的脱水性.当SRT增大,此比值减小,污泥脱水性能较好.分析原因为s -EPS含量的增加导致污泥絮体内间隙水增多,絮体体积增大;同时絮体的Zeta电位增大,静电斥力增大,使得污泥絮体与水分离的难度加大,从而导致脱水性变差.因此,s-EPS和b-EPS的比值增大会致使污泥的脱水性变差.5.3 EPS对活性污泥絮凝沉降性的影响大部分研究结果表明,EPS含量越低,污泥的沉降性能(SV I来表征)越好.即EPS与SVI呈显著的正相关性.分析原因为EPS中带负电的基团使生物絮体表面呈负电性,EPS浓度增加将导致生物絮体表面负电荷增加,Zeta增加.根据DLVO理论,当Zeta电位增加,絮体间的排斥力增加,导致污泥絮凝沉降性能恶化,SVI升高.当SVI<150时,这种正相关性更加显著[22].M artinez等[4]对此做了更加细致地研究,认为SVI只会随着EPSp的增加而增加,与EPS中的其他物质如多糖、核酸等没有关系.5.4 EPS对MBR膜污染影响膜污染是限制膜生物反应器更快地商业化的主要因素之一[9].而EPS则被普遍认为是导致膜污染的一种主要污染物质.不同研究人员从不同方面研究了EPS对膜污染的影响.Drew s等[29]认为,EPS是膜阻力的主要贡献者.其试验结果表明EPS浓度与活性污泥中泥饼层阻力Rc回归的相关系数为0.9以上.而且污泥的每一个生理状态,EPS含量越高,膜污染越严重. Mikkelsen等[30]认为高b-EPS浓度会增大絮体粒径,从而导致污泥可过滤性降低.H oughton等[28]发现b-EPS存在一个最优值,使得M BR过滤性最好;Rosenberg er[15]则认为s-EPS浓度增加会导致MBR过滤性能变差.Jarusutthirak和Cho等[29]众多研究者均认为,溶解性EPS中的多糖对膜污染的影响最大,而腐殖质可以穿过膜孔,对膜污染影响很小.近年来出现了一些关于MBR中生物膜结构的研究,主要考察了其多孔性和EPS的表面覆盖率对膜堵塞的影响.Yun等[12]认为,不仅EPS的数量影响膜过滤性,同时其在生物膜中的空间分布也是一个重要的影响因素.研究发现,尽管好氧M BR的膜污染速率小于缺氧M BR,但是好氧生物膜上提取出的EPSc却比缺氧生物膜上的多(见表1).表1 好氧生物膜和缺氧生物膜上EPSc的质量和多孔率的比较T able1 Co mpar ison of the quantity and po ro sity o fEPSc bet ween aer obic biofilm and anox ic bio film项 目好氧生物膜(D O=6.0mg/L)缺氧生物膜(DO<0.3mg/L)质量/(mgEPSc∃g VSS-1)5522空隙率0.900.68为了解释这个结果,Yun等通过共聚焦激光扫描显微镜观察生物膜表面上多糖的空间分布,发现缺氧生物膜上EPSc的空间排布比好氧膜更加整齐,这有利于在生物膜表面形成水力屏障.扫描图片的红外分析也发现好氧生物膜的开孔率要大于缺氧生物膜.这使我们可以确定EPSc在生物膜表面的分布越整齐,由此导致的生物膜可过滤性也越差.综上所述,EPS的总量和各组分的含量都对膜污染产生一定的影响,同时其在膜表面的空间分布也会影响膜的通透性,由于厌氧生物膜的多孔性较好氧生物膜的多孔性差,所以推测厌氧膜生物反应器的膜污染要较好氧膜生物反应器的膜污染来得严重.6 结语EPS是活性污泥的重要组成部分,对絮体絮凝,细胞物质、能量交换和自我保护都有重要作用.同时其对活性污泥特性也有一定的影响,被认为是造成MBR膜污染和降低混合液可过滤性的重要因素之一.EPS的组成和含量与提取过程和分析方法有很大的关系.本文推荐离心加热法来提取EPS.M BR中的众多因素从各个方面影响着EPS的生成.首先是营养状况及负荷要素对EPS的影响;其次是反应器中环境要素对EPS的影响.据已经研究的结果发现,微生物产生EPS的多少取决于微生物生存环境和生长状况,即当其满足和适宜微生物生存时,微生物产生的EPS相对较少,反之,当营养过剩或环境恶劣时,微生物产生的EPS较多.近年来关于EPS各个方面的相关研究非常之多,已得到一些被普遍认同的结论,但仍存在诸多不尽相同或不够透彻的研究结果和结论.这就有待建立更加统一标准的研究平台,寻找更加多样化的研究手段,继续进行更深入的研究,以找出膜生物反应器中EPS的最佳运行参数、条件、控制方法,有效防第4期杨文静等:EPS及其在膜生物反应器中的作用和影响∃95∃止膜生物反应器中的膜污染.参考文献[1]M eng F,Zhang H,Yang F,et al.Effect of filamentous bacter ia o n membr ane fouling in submer ged mem br ane bio reactor[J].J M embr Sci,2006,272(1-2): 161-168.[2]Sponza D T.Investig atio n o f extr acellular polymer substances(EPS)and phy sicochemical pro pert ies of differ ent activated sludge flocs under steady state conditio ns [J].Enzy me and M icro bial T echnol,2003,32(3-4): 375-385.[3]L iu H,Fang H H P.Extr action of ex tr acellula r po lymeric substances(EP S)of sludges[J].J Biot echnol, 2002,95(3):249-256.[4]M artinez F,Favela T or res E,Gomez J.Oscillations ofexo po ly meric composition and sludge vo lume index in nitr ifying flo cs[J].A ppl Bio lo gical Biotechno l,2000, 87(3):177-188.[5]L yko S,W intgens T,A l H albo uni D,et al.L ong termmonito ring of a full scale municipal membr ane bior eac tor Char acter isatio n o f foulants and operat ional per formance[J].J M embr Sci,2008,317(1-2):78-87.[6]L aspido u C,Rittmann B.A unified theo ry fo r ex tracellular polymer ic substances,so luble microbial pro ducts, and activ e and inert biomass[J].W at R es,2002,36(11):2711-2720.[7]L iang S,L iu C,Song L.So luble microbial pro ducts inmembrane bio reactor operation:Behav ior s,characteris tics,and fo uling potential[J].Wat Res,2007,41(1): 95-101.[8]Comt e S,Guibaud G,Baudu M.Relations betw een extractio n prot ocols for activated sludg e ex tr acellular po ly meric substances(EPS)and EP S complex atio n proper ties:Part pariso n of t he eff iciency of eig ht EPS ext ractio n methods[J].Enzy me and M icr obial T echnol, 2006,38(1-2):237-245.[9]白 玲,蓝伟光,严 滨,等.废水处理中膜生物反应器的研究进展[J].膜科学与技术,2008,28(1):91-95.[10]Sheng G P,Yu H Q,Y ue Z.F actor s influencing theproduction of ex tracellular po ly meric substances by Rhodopseudomonas acido phila[J].Inter Biodeterior&Biodeg r Surf A dh and Bio technol Appls,2006,58(2):89-93.[11]Dr ews A,V ocks M,Iv ersen V,et al.Influence o f unsteady membr ane bio reactor operatio n o n EP S forma t ion and filt ratio n r esistance[J].D esalination,2006,192(1-3):1-9.[12]Yun M,Y eon K,Park J,et al.Character ization ofbio film st ruct ur e and its effect o n membrane permeability in M BR fo r dye wastew ater tr eatment[J].WatRes,2006,40(1):45-52.[13]陈 滢,彭永臻,刘 敏,等.营养物质对污泥沉降性能的影响及污泥膨胀的控制[J].环境科学,2004,25(6):54-58.[14]李久义,左 华,栾兆坤,等.不同基质条件对生物膜细胞外聚合物组成和含量的影响[J].环境化学,2002,21(6):546-551.[15]Rosenber ger S,Ev enblij H,T e Poele S,et al.T heimpo rtance o f liquid phase analy ses to understand fo uling in membr ane assisted activated sludg e pro cessessix case studies of differ ent Euro pean r esear ch g roups [J].J M embr Sci,2005,263(1-2):113-126. 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反渗透膜污染的影响因素
一．反渗透膜基本概念及原理
1.反渗透膜概述
反渗透膜是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜，是反渗透技术的核心构件。
反渗透技术原理是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。
反渗透膜的膜孔径非常小，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。
系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点。
反渗透膜一般用高分子材料制成，如醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜。
表面微孔的直径一般在0.5～10nm之间，透过性的大小与膜本身的化学结构有关。
有的高分子材料对盐的排斥性好，而水的透过速度并不好。
有的高分子材料化学结构具有较多亲水基团，因而水的透过速度相对较快。
因此一种满意的反渗透膜应具有适当的渗透量或脱盐率。
2.反渗透膜的类型
根据脱盐的需要，经过大量的研究试验，从大量的高分子材料中筛选出了醋酸纤维素（CA）和芳香聚酰胺两大类膜材料。
此外，复合膜的表皮层还用到了其他一些特殊材料。
复合膜的特征是主要由以上两种材料制成，它是以很薄的致密层和多孔支撑层复合而成。
多孔支撑层又称基膜，起增强机械强度的作用；致密层也称表皮层，起脱盐作用，故又称脱盐层。
脱盐层厚度一般为50nm，最薄的为30nm。
由单一材料制成的非对称膜有下列不足之处：1、致密层和支持层之间存在被压密的过渡层。
2、表皮层厚度最薄极限为100nm，很难通过减小膜厚度降低推动压力。
3、脱盐率与透水速度相互制约，因为同种材料很难兼具脱盐和支撑两者均优。
复合膜很好地解决了上述问题，它可以分别针对致密层和支持层的要求选择脱盐性能好的材料和机械强度高的材料。
从而复合膜的致密层可以做得很薄，有利于降低拖动压力；同时消除了过渡区，抗压密性能好。
基膜的材料以聚砜最为普遍，其次为聚丙烯和聚丙烯腈。
因为聚砜价廉易得，制膜简单，机械强度好，抗压密性能好，化学性能稳定，无毒，能抗生物降解。
为进一步增强多孔支撑层的强度，常用聚酯无纺布。
脱盐层的材料主要为芳香聚酰胺。
3.影响因素
（1）进水压力对反渗透膜的影响
进水压力本身并不会影响盐透过量，但是进水压力升高使得驱动反渗透的净压力升高，使得产水量加大，同时盐透过量几乎不变，增加的产水量稀释了透过膜的盐分，降低了透盐率，提高脱盐率。
当进水压力超过一定值时，由于过高的回收率，加大了浓差极化，又会导致盐透过量增加，抵消了增加的产水量，使得脱盐率不再增加。
（2）进水温度对反渗透膜的影响
反渗透膜产水电导对进水水温的变化十分敏感，随着水温的增加水对通量也线性的增加，进水水温每升高1℃，产水量就增加
2.5%-
3.0%;(以25℃为标准)
（3）进水PH值对反渗透膜的影响
进水PH值对产水量几乎没有影响，而对脱盐率有较大影响。
PH 值在7.5-8.5之间，脱盐率达到最高。
（4）进水盐浓度对反渗透膜的影响
渗透压是水中所含盐分或有机物浓度的函数，进水含盐量越高，浓度差也越大，透盐率上升，从而导致脱盐率下降。
二．膜污染及其因素
膜污染是指在膜过滤过程中，污水中的微粒、胶体粒子或溶质分子与膜发生物理化学作用，或因为浓差极化使某些溶质在膜表面超过其溶解度及机械作用而引起在膜表面或膜孔内吸附、沉积，造成膜孔径变小或堵塞，使膜透过流量与分离特性发生变化，导致膜通量急剧下降。
尽管通过清洗能恢复膜通量，但清洗达到一定次数后，膜通量的恢复效果就会下降甚至失效，此时就需要更换新膜，频繁的清洗和更换新膜都会导致处理成本的增加。
主要污染物有：（1）碳酸钙垢、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶垢（2）铁、锰、铝等的金属氧化物及二氧
化硅（3）胶体沉积物（无机或无机/有机混合物）（4）自然或合成有机物（5）生物质（生物污泥、霉菌或真菌）
主要污染因素如下：
（1）水中胶体和悬浮物是指水在过滤时，被截留在过滤元件表面的物质，其主要成分为粒子。
胶体和悬浮物之间没有明显的界限。
由于小颗粒胶体和悬浮物的比表面积大，不能通过自然沉降完全去除，但它们由于吸附大量离子而带电，通常通过投加混凝剂和助凝剂来去除它们。
在反渗透系统中，如果胶体和悬浮物含量高，会导致系统严重堵塞，影响系统产水量。
进水污泥指数SDI值可作为判定标准。
（2）在反渗透膜运行过程中，盐分浓度是造成反渗透膜结垢的主要原因之一。
也就是说，浓水中的离子浓度积超过了其溶度积，且没有采取任何防垢措施，形成了CaSO4、BaSO4、SrSO4、CaCO3、SiO2等化学结垢物。
一旦这种结垢物形成后就很难去除，因此，应根据水质情况在反渗透系统的进水投加一定量的阻垢剂，防止化学结垢物的形成。
（3）在反渗透膜运行过程中，微生物和有机物也是造成反渗透膜污堵的主要原因之一。
微生物和有机物污染一般都是同时存在的，相互依存，特别是在中水回用的反渗透系统中，由于水体受到污染，经处理后，仍有大量微生物和可溶性的有机物存在。
中水适宜的温度和充分的有机物为微生物提供了有利的生长环境，这些微生物和有机物进入膜处理系统后，微生物会在水池、管道、膜元件等各道工序大量繁殖生长，形成生物黏泥，造成膜的生物污染。
同时，这些微生物
在生长过程中，新陈代谢，其代谢产物附着到膜元件表面，造成膜元件的污染，严重影响其性能，导致膜性能很快劣化，系统产水量逐渐下降，跨膜压差逐渐增大。
在水体中，一部分有机物作为养料被微生物消耗；另一部分有机物，低分子的能够透过膜元件，对膜的性能没有影响，而那些无法透过膜元件的有机物，被截留在膜表面，对膜元件造成污染。
微生物和有机物污染产生的细菌黏泥及凝胶体，附着力大、黏性强，一旦发生就很难清洗。
三．膜污染防治
1.预处理
（1）去除悬浮固体、胶体或各种有机物-----混凝法、活性炭吸附法、高级氧化法等
（2）抑制和控制微溶盐的沉淀----沉淀池
（3）调节进水温度和pH
（4）杀死或抑制微生物的生长-----紫外灯杀菌
（5）防治铁锰等金属氧化物和二氧化硅的沉淀-----重金属滤料
2.清洗。