降低膜生物反应器中膜污染的研究

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1、降低膜生物反应器中膜污染的研究　 　　膜生物反应器（MBR）是利用高效分离膜组件取代二沉池与生物处理中的生物单元组合形成一套有机整体的水净化再生技术。MBR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。MBR还具有占地面积少，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［1］。　　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　　膜污染是由于被处理物料中的微粒

2、、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。膜污染分为可逆和不可逆膜污染。如浓差极化，可通过物理、化学和生物方法来减轻和改善的一类污染为可逆膜污染；而膜孔堵塞、不合理的料液性质使膜受到腐蚀及膜的自身劣化等称为不可逆膜污染。从污染物的性质又可分为有机污染，如胞外聚合物、溶解性有机物、蛋白质、脂肪及细微胶体等；无机污染，如废水中碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐、凝胶无机胶体等；生物污染，如帘式中空纤维膜

3、组件，其可视为柔性填料，处理不当，微生物易在其上面吸附生长，形成生物膜，造成水通量下降［2］。　　2膜污染的数学模型　　许多人从不同的角度建立了不同的污染数学模型，但在MBR中使用较多的还是用膜阻力系数来表征膜的污染程度。　　3膜污染形成原因　　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。3.1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。3.2膜的结构和特性　　膜的结构可分为对称膜和不对称膜，目前选用较多的是不对称膜；较早出现的对称膜组件，两侧是致密的分离层，中间是疏松多孔的支

4、撑层，污染物质可能通过一侧致密层，却可能被另一侧的致密层阻挡，造成膜孔道的堵塞，所以一般来讲，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［4］，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。3.3泥水混合液与膜之间的相互作用3.3.1静电作用　　对于荷电膜来讲，膜材料带有极性基团，当与泥水混合液接触后，膜表面荷电，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［5］。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

5、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［6］。在浓差极化现象不严重的情况下，可通过提高操作压力来提高透水率，但压力不是越高越好，因为随着压力的提高，膜表面凝胶层越易形成，加重膜污染。泥水混合液的粘度也会随着温度的提高而下降，可过滤性有很大提高，但是在提高温度的同时需要考虑经济效益和微

6、生物的生长需要。对于一体式MBR，曝气量对于降低膜污染也是非常重要的，大的曝气量有利于提高膜表面的冲刷作用，减缓凝胶层的形成。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

7、道越窄，下降流和底部通道越宽，越能较好地降低膜污染［7］，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。　　膜材料的选择，孔径的确定及膜面亲疏水性的选择都在一定程度上影响了膜污染的降低［8］。MBR中常用的膜材料有聚砜、聚丙烯睛、聚烯烃类等，王猛等对膜材料实验得出，聚丙烯类有优于聚砜抗污染的特点［9］。还有人作过采用无机膜替有机膜组成MBR的研究，其优点是机械性好，寿命长，易拆卸清洗，但制