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MBR膜一體化設(shè)備中MBR膜污染及控制方法

2022-04-26 08:34:57 來源：上海伊爽環(huán)境

膜污染是膜與反應(yīng)器內(nèi)的污泥混合液中的污染物質(zhì)相互作用而引起的在膜孔內(nèi)或者膜面吸附、聚集、沉淀等，從而引起膜跨膜壓力的升高（恒流模式）或者膜通量的降低（恒壓模式）的現(xiàn)象。

活性污泥體系中物質(zhì)眾多，包括污水基質(zhì)、菌膠團、微生物細胞、細胞碎片以及微生物代謝產(chǎn)物如胞外聚合物（EPS）和溶解性微生物產(chǎn)物（SMP）以及各種有機、無機溶解性物質(zhì)等，理論上講每一部分對膜污染都有貢獻。

活性污泥體系中的物質(zhì)在膜孔內(nèi)的吸附和聚集形成的污染，稱之為內(nèi)部污染；而在膜表面聚集或沉積形成的污染稱之為外部污染。

需要指出的是，MBR的外部污染中存在"泥餅層"污染和"凝膠層"污染的現(xiàn)象。泥餅層污染是指大量污泥絮體在膜面沉積而形成的污染；凝膠層污染則是一些小顆粒物質(zhì)，如膠體物質(zhì)、EPS、SMP 等物質(zhì)在膜面的吸附和聚集，這些物質(zhì)的粒徑分布往往較廣，完全控制這些物質(zhì)不在膜面沉積是不可能的。

在MBR運行過程中，一旦出現(xiàn)泥餅層的污染，系統(tǒng)隨之會出現(xiàn)壓力迅速上升或者通量急劇衰減的現(xiàn)象，MBR在短期內(nèi)達到運行終點，需要進行膜的清洗。而目，在長期運行過程中，這些被認為"可逆"的泥餅層污染會逐漸向"不可逆"過渡，影響系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。

盡管有研究者認為泥餅層污染可以起到攔截細小顆粒物等的作用，但是一般在MBR操作運行中要盡可能避免泥餅層的過渡形成。凝膠層污染所帶來的是膜污染阻力緩慢上升的過程，在恒流操作模式中表現(xiàn)為壓力的緩慢上升，在恒壓操作模式中表現(xiàn)為通量的緩慢衰減。

此外，目前關(guān)于MBR中優(yōu)勢污染物的研究與認識仍存在爭議，但是一般認為反應(yīng)器中存在的膠體物質(zhì)以及微生物產(chǎn)物是引起MBR長期運行過程中污染的主要污染物，并且無機離子與有機物之間存在的架橋和絡(luò)合作用會引起更加嚴重的污染現(xiàn)象。

在MBR 中，膜污染與膜材料、污泥混合液性質(zhì)以及操作運行條件等三方面相關(guān)。因此，MBR的膜污染控制也主要集中于上述三方面，即高性能膜材料/膜組件研制、污泥混合液性質(zhì)調(diào)控和操作運行條件優(yōu)化。

膜材料和膜組件是MBR以及其他膜分離工藝的核心，是影響膜分離工藝中膜污染的關(guān)鍵因素之一。采用高性能、抗污染的膜材料和膜組件是有效控制膜污染的直接、有效的手段。為此，目前市場上出現(xiàn)了多種材質(zhì)、各式各樣膜組件的膜產(chǎn)品。從膜材料而言，膜孔，徑、親/疏水性、Zeta 電位、膜面粗糙度以及膜面官能團情況等均會對膜污染造成影響。

在高性能膜材料制備過程中，需要綜合考慮膜面各個物理化學(xué)性能指標的影響。目前，膜材料性能的改良包括膜面改性與膜本體改性兩種途徑。

具體而言，又包括：

①親水性改良，如等離子體處理、藥劑浸泡-干化等；

②抗污染因子添加或接枝，如添加功能洗滌劑因子、納米材料、表面紫外光照/y光照射接枝等；

③膜面電荷修飾；

④膜孔徑、孔隙率、粗糙度等改良。一般而言，MBR 中膜材料希望具有親水性強、負電性高、孔徑分布均勻、粗糙度低的特點。

除此之外，值得一提的是一些廉價基材，如無紡布、篩絹、不銹鋼絲網(wǎng)、滌綸網(wǎng)等可以利用在基材上形成動態(tài)膜進行過濾分離，不僅取得了良好的分離效果，同時可以避免傳統(tǒng)膜污染嚴重的問題，這類膜基材的清洗也十分方便。當然，膜組件以及膜組器的優(yōu)化設(shè)計對有效控制膜污染也很重要。

混合液性質(zhì)是影響膜污染的另一重要因素，主要包括污泥濃度、污泥成分（纖維狀物質(zhì)、膠體、溶解性物質(zhì)、SMP、EPS、無機離子等）、污泥粒徑、污泥黏度、污泥菌群等。混合液性質(zhì)與膜污染之間的關(guān)聯(lián)十分復(fù)雜，且研究結(jié)論存在著一定的爭議和矛盾之處。

隨著研究的深入，有關(guān)混合液性質(zhì)與膜污染之間的關(guān)系有以下幾點已基本明晰：

①混合液中顆粒粒徑越大越有利于減輕膜污染；

②一般而言，混合液中膠體物質(zhì)和溶解性物質(zhì)的濃度越低膜污染就越低；

③合適的MLSS濃度有利于膜污染控制；

④大分子質(zhì)量的溶解性物質(zhì)中一般易形成膜污染；

⑤污泥膨脹/污泥破碎易形成嚴重的膜污染；

⑥一般而言污泥黏度越大膜污染越嚴重。

此外，污泥菌群會影響微生物在膜表面的滋生。

污泥混合液中存在的毛發(fā)以及其他纖維狀的物質(zhì)會對 MBR中膜組件產(chǎn)生嚴重的纏繞和堵塞現(xiàn)象，并導(dǎo)致膜絲或者膜片之間出現(xiàn)大量污泥顆�；蛘吣囡瀸拥奈廴荆枰O(shè)置精細的預(yù)處理設(shè)施或者在回流污泥中增加處理設(shè)施。

操作條件優(yōu)化對于膜污染控制具有重要意義，其主要包括以下幾個方面：

①選擇合適的運行通量和操作壓力，對于恒流運行模式而言，其運行通量要處于次臨界通量范圍內(nèi)，同樣對于恒壓操作模式需要在次臨界壓力范圍內(nèi)；

②曝氣強度及水力學(xué)流態(tài)控制，在MBR錯流過濾中，一般提高曝氣強度會提升膜表面的水力剪切力和錯流過濾速率，但是也存在一個*大的曝氣強度，超過該值，錯流速率并無明顯提升，也可以通過反應(yīng)器優(yōu)化、投加惰性顆粒物、旋轉(zhuǎn)膜/振動膜簽方法提高水力學(xué)條件；③膜的過濾模式，采用間歇過濾有助于污染控制，提升系統(tǒng)運行穩(wěn)定性；

④達到一定的操作壓力及時進行清洗，污染物在長期過程中性質(zhì)會發(fā)生變化，一些可逆污染會轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢赡嫖廴净蛘卟豢苫謴?fù)污染，及時清洗是避免污染物性質(zhì)轉(zhuǎn)化的有效手段；

⑤選擇合適的HRT和SRT。

操作條件反過來又影響了污泥泥合液性質(zhì)，兩者之間相互關(guān)聯(lián)。

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