MBR工艺中膜污染现象及其防护措施探讨

第12卷第3期中国水运Vol.12No.32012年3月ChinaWaterTransportMarch2012收稿日期：2012-01-22作者简介：杨龙（1981-），男，北京碧水源科技股份有限公司，从事水处理工艺设计工作。MBR工艺中膜污染现象及其防护措施探讨杨龙（北京碧水源科技股份有限公司，北京100000）摘要：膜生物反应器（MBR）应用于各种污水的处理领域。与传统或性污泥法相比，MBR具有出水水质好、占地面积小、污泥产量少等特点。但存在膜污染问题，因此，研究膜污染的机理和影响因素以及其防护措施具有十分重要的意义。关键词：MBR；污水处理；膜污染；机理中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1006-7973（2012）03-0260-02一、膜污染的机理研究表明，膜污染的发展可分为不同阶段。在恒定通量操作条件下，MBR中膜污染存在“缓慢积累”和“急速发展”两个阶段。在这两个过滤阶段之前，还存在一个初始调节期。1．初始调解期污染阶段在运行初期，膜面与混合液中的聚合物和溶解性有机物之间会发生黏附、电荷作用、孔内堵塞等。即使在通量为零的条件下，胶体和有机物也会发生被动吸附，过滤开始后，大分子在剪切力和扰动力的作用下脱离膜表面，留下较小的生物絮体或聚合物。靠近膜表面的微生物更易附着在膜表面，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中吸附，通过浓缩、结晶、沉淀及生长等作用使膜孔产生不同程度的堵塞。2．缓慢积累阶段第一阶段后，在膜面会形成沉积层。膜面污染层划分为三个层次：最外层膜阻力最小，多孔结构明显，透水能力强；中间层较外层膜阻力升高，空隙率降低，呈凝胶态；底污染层紧密覆盖于膜面，结构密实，空隙率低，透水能力最小。膜过滤阻力的增加主要由于滤饼层的积累造成的。胞外聚合物（EPS）不仅在膜表面积累，也会在膜孔中积累，膜表面的EPS会直接改变沉积层的孔隙率和结构，并与细微颗粒一并沉积并吸附在膜表面，形成黏性很强的凝胶层。若继续以恒定通量运行，将导致跨膜压差（TMP）升高，TMP升高会促进滤饼的压实，导致缓慢污染缩短。3．急速污染阶段膜污染层在过膜推动力的作用下，结构加厚，孔隙率降低。当膜外表面局部吸附层增加到一定程度时，局部的TMP超过了临界压力而进入了超临界区，导致膜污染从量变到质变的变化。在进入超临界区的局部膜表面，混合液中的生物絮体迅速地积聚在膜表面，并引发整个膜组件各处滤饼层的快速形成，从而引起整个膜组件的平均TMP迅速线性增加。二、膜污染的影响因素影响膜污染的因素主要有：膜组件的性质、膜池中混合液特性及运行条件等。1．膜组件的性质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。膜构型即膜的几何形状和水流方向，在大中型污水处理厂中，浸没式MBR更常用，是由于曝气产生的剪切力可以减轻膜污染。在浸没式MBR中，大都采用中空纤维式或平板式膜组件。采用平板式膜组件可以获得更高的透水率，但在厌氧处理中，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空纤维式膜稍高。一般认为，截留物质分子量小于30万时，随孔径的增大膜通量增大；当截留物分子量大于30万时，膜通量变化不大；当孔径增大到微滤时，膜通量反而减少，是由于微生物在孔径内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，但同时也加剧了膜表面的挠动程度，阻碍了污染物在膜表面的沉积，因此粗糙度对膜通量的影响是两方面因素综合作用的效果。带负电荷的陶瓷膜比不带电或带正电的膜的通量有很大的提高，是由于混合液中胶体多带负电，与膜表面之间存在较强的电性斥力。一般认为，膜面与污泥的吸附自由能越小越好，即膜的亲水性越好越耐污染。2．膜池中混合液性质MBR中膜污染主要由于膜与混合液之间的相互作用的影响。混合液特性主要包括污泥特性和代谢产物。污泥特性主要包括污泥浓度、沉降性能、颗粒分布、表面电荷及黏度等。微生物的代谢产物包括胞外聚合物（EPS）和溶解性有机物（SMP），对膜污染有重要影响。一般认为污泥浓度存在一个临界值，当污泥浓度高于该值时会对膜透水率产生不利影响。当污泥浓度小于6g/L时，增加污泥浓度可以降低污染程度；当污泥浓度高于15g/L时，增加污泥浓度则会加剧膜污染；当污泥浓度为8~12g/L时，增加污泥浓度不会对膜污染产生明显影响。由于污泥浓度较低时，混合液中溶解性有机物浓度增加，易被膜表面吸附形成凝胶层，导致过滤阻力增加，膜通量下降。污泥浓度过高时，污泥易在膜表面沉积，引起污染。所以在中等浓度范围第3期杨龙：MBR工艺中膜污染现象及其防护措施探讨261内运行的膜生物反应器要比低浓度范围内运行的系统更有效地避免吸附性污染的可能性。污泥的沉降性（SVI）与进水负荷（F/M）密切相关。污泥沉降性越好，滤