MBR工藝中膜污染現(xiàn)象及其防護措施

1、MBR工藝中膜污染現(xiàn)象及其防護措施一、膜污染的機理 研究表明，膜污染的發(fā)展可分為不同階段。在恒定通量操作條件下，MBR中膜污染存在“緩慢積累”和“急速發(fā)展”兩個階段。在這兩個過濾階段之前，還存在一個初始調(diào)節(jié)期。 1初始調(diào)解期污染階段 在運行初期，膜面與混合液中的聚合物和溶解性有機物之間會發(fā)生黏附、電荷作用、孔內(nèi)堵塞等。即使在通量為零的條件下，膠體和有機物也會發(fā)生被動吸附，過濾開始后，大分子在剪切力和擾動力的作用下脫離膜表面，留下較小的生物絮體或聚合物?？拷け砻娴奈⑸锔赘街谀け砻妫ο码A段污染產(chǎn)生影響。小于膜孔徑的顆粒物質(zhì)會在膜孔中吸附，通過濃縮、結(jié)晶、沉

2、淀及生長等作用使膜孔產(chǎn)生不同程度的堵塞。2緩慢積累階段 第一階段后，在膜面會形成沉積層。膜面污染層劃分為三個層次：最外層膜阻力最小，多孔結(jié)構(gòu)明顯，透水能力強；中間層較外層膜阻力升高，空隙率降低，呈凝膠態(tài)；底污染層緊密覆蓋于膜面，結(jié)構(gòu)密實，空隙率低，透水能力最小。膜過濾阻力的增加主要由于濾餅層的積累造成的。 胞外聚合物(EPS)不僅在膜表面積累，也會在膜孔中積累，膜表面的EPS會直接改變沉積層的孔隙率和結(jié)構(gòu)，并與細(xì)微顆粒一并沉積并吸附在膜表面，形成黏性很強的凝膠層。若繼續(xù)以恒定通量運行，將導(dǎo)致跨膜壓差(TMP)升高，TMP升高會促進(jìn)濾餅的壓實，導(dǎo)致緩慢污染縮短。 3

3、急速污染階段 膜污染層在過膜推動力的作用下，結(jié)構(gòu)加厚，孔隙率降低。當(dāng)膜外表面局部吸附層增加到一定程度時，局部的TMP超過了臨界壓力而進(jìn)入了超臨界區(qū)，導(dǎo)致膜污染從量變到質(zhì)變的變化。在進(jìn)入超臨界區(qū)的局部膜表面，混合液中的生物絮體迅速地積聚在膜表面，并引發(fā)整個膜組件各處濾餅層的快速形成，從而引起整個膜組件的平均迅速線性增加。 二、膜污染的影響因素 影響膜污染的因素主要有：膜組件的性質(zhì)、膜池中混合液特性及運行條件等。 1膜組件的性質(zhì)膜組件的性質(zhì)主要包括膜構(gòu)型、膜孔尺寸、粗糙度、膜材質(zhì)、表面電荷、親水性等。 膜構(gòu)型即膜的幾何形狀和水流方向，在大中型污水處

4、理廠中，浸沒式更常用，是由于曝氣產(chǎn)生的剪切力可以減輕膜污染。在浸沒式中，大都采用中空纖維式或平板式膜組件。采用平板式膜組件可以獲得更高的透水率，但在厭氧處理中，具有相同膜孔徑的膜組件對比研究中發(fā)現(xiàn)，平板式膜組件的污染程度比中空纖維式膜稍高。 一般認(rèn)為，截留物質(zhì)分子量小于30萬時，隨孔徑的增大膜通量增大；當(dāng)截留物分子量大于30萬時，膜通量變化不大；當(dāng)孔徑增大到微濾時，膜通量反而減少，是由于微生物在孔徑內(nèi)吸附造成不可逆污染。 空隙率小的膜更易被堵塞。膜表面粗糙度的增加使膜表面吸附污染物增加，但同時也加劇了膜表面的撓動程度，阻礙了污染物在膜表面的沉積，因此粗糙度對膜通量的影響是兩

5、方面因素綜合作用的效果。帶負(fù)電荷的陶瓷膜比不帶電或帶正電的膜的通量有很大的提高，是由于混合液中膠體多帶負(fù)電，與膜表面之間存在較強的電性斥力。 一般認(rèn)為，膜面與污泥的吸附自由能越小越好，即膜的親水性越好越耐污染。2膜池中混合液性質(zhì) MBR中膜污染主要由于膜與混合液之間的相互作用的影響?；旌弦禾匦灾饕ㄎ勰嗵匦院痛x產(chǎn)物。污泥特性主要包括污泥濃度、沉降性能、顆粒分布、表面電荷及黏度等。微生物的代謝產(chǎn)物包括胞外聚合物(EPS)和溶解性有機物(SMP)，對膜污染有重要影響。 一般認(rèn)為污泥濃度存在一個臨界值，當(dāng)污泥濃度高于該值時會對膜透水率產(chǎn)生不利影響。當(dāng)污泥濃度小于6時

6、，增加污泥濃度可以降低污染程度；當(dāng)污泥濃度高于15時，增加污泥濃度則會加劇膜污染；當(dāng)污泥濃度為812時，增加污泥濃度不會對膜污染產(chǎn)生明顯影響。由于污泥濃度較低時，混合液中溶解性有機物濃度增加，易被膜表面吸附形成凝膠層，導(dǎo)致過濾阻力增加，膜通量下降。污泥濃度過高時，污泥易在膜表面沉積，引起污染。所以在中等濃度范圍內(nèi)運行的膜生物反應(yīng)器要比低濃度范圍內(nèi)運行的系統(tǒng)更有效地避免吸附性污染的可能性。污泥的沉降性(SVI)與進(jìn)水負(fù)荷（FM）密切相關(guān)。污泥沉降性越好，濾餅的形成速率越慢，故存在一個最佳水力負(fù)荷，此條件下污泥沉降性最好，膜污染趨勢最小。 小顆粒較大顆粒會更容易引起膜污染。與混合液中其它

7、組分相比，上清液中微小膠體盡管數(shù)量最小，但對沉積阻力貢獻(xiàn)最大。 污泥黏度與其濃度密切相關(guān)，有報道認(rèn)為隨濃度的增加，黏度基本呈指數(shù)方式增長，但存在一個污泥濃度的臨界值，當(dāng)污泥濃度低于該值時，黏度較低，且隨污泥濃度的增加緩慢增長；當(dāng)污泥濃度高于該值時，黏度呈指數(shù)方式增長。這一臨界值通常在1017 之間。EPS是指存在于細(xì)胞表面之上、表面之外以及微生物絮體內(nèi)的細(xì)胞間隙中的所有類型的大分子，包括碳水化合物、蛋白質(zhì)、核酸、(磷)脂和其它聚合物。EPS使細(xì)菌細(xì)胞聚集為絮體或生物膜、在細(xì)菌周圍形成保護層、保持水分及使細(xì)胞附著在表面上，其黏附作用可以促進(jìn)生物反應(yīng)池的污泥顆粒化，增加污泥的沉

8、降性，但是對膜分離系統(tǒng)則帶來了吸附性膜污染。一般來說，蛋白質(zhì)較碳水化合物更為疏水，所以蛋白質(zhì)與碳水化合物的比例越高，EPS疏水性越強。 SP通常是指來自微生物代謝過程，并溶解于水中的有機物質(zhì)，主要成分有碳水化合物、蛋白質(zhì)、腐殖質(zhì)、核酸、有機酸、胞外酶類固醇等。膜受上清液(即SMP)的影響要大于微生物主體的表現(xiàn)。3運行條件 MBR中污泥濃度高，停留時間長，污泥濃度高會引起混合液粘度的增加，從而加劇膜污染。隨著固體停留時間(SRT)的延長，微生物處于內(nèi)源呼吸期，大量微生物死亡，上清液中SMP積累，會比對數(shù)增長期產(chǎn)生更多的細(xì)胞碎片和SMP，從而加劇膜的生物污染，因此對SRT應(yīng)進(jìn)行

9、控制；過短的水力停留時間(HRT)會導(dǎo)致溶解性有機物的積累，吸附在膜面上而影響通量，因此應(yīng)對HRT進(jìn)行控制，以維持溶解性有機物的平衡。 膜池曝氣有兩種作用：提供氧氣，創(chuàng)造湍流，防止膜面沉積物形成。一體式MBR中，膜通量在一定范圍內(nèi)，隨著曝氣量的增加而增加；當(dāng)曝氣量大到一定程度時，膜通量不再變化。因為曝氣量的增加能在膜表面形成較大錯流速度，使污染物不易在膜表面積累，而且可以加快污染物在膜表面的脫離；但曝氣量過大有可能會破壞絮體結(jié)構(gòu)，減小絮體尺寸并使EPS釋放到生物反應(yīng)器中，使混合液中細(xì)小污泥顆粒增多，從而導(dǎo)致膜孔堵塞。另外曝氣氣泡的大小也能影響膜池中液體的流動狀況。在臨界充氧強度以下，

10、細(xì)小的空氣泡能產(chǎn)生最優(yōu)錯流流速，能創(chuàng)造更強的剪切力。膜通量是MBR中膜污染的一個重要影響因素。膜污染速率和膜通量呈指數(shù)相關(guān)，在高通量下操作，膜污染會很快發(fā)生，在低通量下操作，膜污染發(fā)生得較緩慢，但是過低的通量意味著膜的處理能力降低，在實際工程應(yīng)用中則需要更大的膜面積。 升高液體溫度有利于膜的過濾分離過程。溫度升高1可引起膜通透量變化2，是由于溫度變化引起料液黏度的變化所致。隨著溫度的升高，COD，BOD的去除效率都有所增加。但溫度升高會加大能耗，應(yīng)將溫度控制在一定的范圍內(nèi)?；钚晕勰辔⑸镒钸m宜的pH值范圍是6.58.5，pH值過高或過低時，都會影響微生物活性，特別是硝化和反硝化細(xì)菌的

11、活性。三、MBR膜污染防護措施 1膜組件的選取 在選擇膜材料時應(yīng)從強度、穩(wěn)定性、壽命、造價等方面進(jìn)行技術(shù)分析和經(jīng)濟性評價來確定。理論上講，在確保污染物被截留的情況下，選擇孔徑大的膜可以使水通量提高。但工程實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，選用較大膜孔徑，反而加速了膜的污染，膜通量下降很快。一般膜的切割顆粒尺寸比要分離的污染物的尺寸小一個數(shù)量級。通過改變膜表面的物理化學(xué)性質(zhì)以及疏水性，可提高膜的抗污染能力，緩解膜污染。 2混合液特性的改善 有效降低混合液懸浮物濃度，改善污泥活性，從而減緩膜污染的速率。 3優(yōu)化操作條件 一般情況下在次臨界通量區(qū)運行可以減緩膜污染的過程。當(dāng)滲透通量低于臨界通量時，TMP保持穩(wěn)定，污染是可逆的；相反，超過臨界通量時，TMP增加迅速且不穩(wěn)定，此時再降低通量，形成的污染是不可逆的。曝氣對膜表面的清洗作用在于使污泥上流和氣泡混合在膜表面產(chǎn)生錯流作用，從而產(chǎn)生沖擊作用來擦洗膜表面。膜面沉積層的去除率可以通過曝氣強度來提高，如果膜面沉積較嚴(yán)重應(yīng)停止出水進(jìn)行空曝。空曝是去除膜面沉積物的有效方法。 對于浸沒式MBR，在抽吸數(shù)分鐘后，再停下來空曝氣，這樣