MBR膜污染的形成及其影响因素研究进展

第33卷第1期2013年2月膜科学与技术MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYVo1．33No．1Feb．2013∞鲥零釜专题综述季leo《×》oMBR膜污染的形成及其影响因素研究进展韩永萍，肖燕，宋蕾，王晓琳(1．清华大学化工系膜材料与工程北京市重点实验室，北京100084；2．北京联合大学生物化学工程学院，北京100023)摘要：拥有众多优势的膜生物反应器(MBR)技术在污废水处理方面有着广阔的应用前景，膜污染一直是MBR技术应用研究的热点和难点．膜污染的形成和主要污染因素的探讨为MBR膜污染研究奠定了基础，而确定操作工艺条件和膜特性对膜污染的影响规律，可为MBR系统设计或运行中减缓和控制膜污染提供指导．本文概述MBR膜污染的形成过程、主要污染因素及操作参数和膜性能对膜污染的影响．关键词：膜生物反应器；膜污染；影响因素中图分类号：X703文献标志码：A文章编号：1007—8924(2013)01—0102—09膜生物反应器(MBR)工艺将膜分离技术与污废水的传统生物处理技术进行有机结合，在活性污泥池中直接加入帘式微滤(MF)或超滤(UF)膜组件代替二沉池进行泥水分离．具有污泥龄、污泥浓度等技术条件调控空间大、出水水质标准高、稳定性好、占地面积小、剩余污泥量小及结构紧凑等优点．在污水资源化的背景下，MBR工艺得到世界各国的广泛关注．2005年，全球MBR技术市场规模约为2．17亿美元，并以每年近10．9的速度稳步增长，远远超过其它先进污废水处理技术和其它膜技术_1]．我国MBR技术在20世纪9O年代中期开始进入商业应用阶段，在2006年第一座市政污水MBR项目正式投运，而截止2010年12月，市政污水投入运行万吨以上MBR项目总规模已达到日处理量103万t，年增率高达5O～lO0，发展势头十分强劲．目前，世界范围内有超过8家大、中型MBR制造厂商，如美国GE(Zenon)，日本Kubota、美国KMS、荷兰Norit、德国Simens、美国USfilter及我国的碧水源等，发展态势良好[2]．然而，随着有机膜的生产成本显著下降，膜污染已经成为限制膜生物反应器进一步广泛应用的瓶颈．膜污染不仅导致组件频繁清洗、更换，降低膜的使用寿命，也是直接造成产水阻力升高和曝气量增加，运行能耗和操作难度增大的主要原因．在MBR系统中，受生物相组成及代谢情况影响，混合液组成繁杂多变，膜污染因素众多而又相互关联，所涉及的污染机理至今没有统一合理的解释．下面就有关MBR膜污染的形成、主要污染因素及操作参数和膜性能对膜污染的影响进行概述．1MBR膜污染的形成过程与分类1．1MBR膜污染的形成膜污染的类型主要有无机污染、有机污染和微生物污染．其中，微生物污染是导致膜水通量衰减的主要原因．其表现形式一种为微生物代谢产生的溶解性或胶体物质在膜过程中吸附于膜表面及孔道内；另一种是细菌吸附在膜表面并增殖形成生物膜．MBR膜直接与混合液接触，而污泥混合液又是微生物降解污废水中有机物的主要场所，其中充斥着各种粒径大小的活性污泥絮体及胞外聚合物(EPS)．收稿日期：2012—03～20；稿收到日期：2012—05—25基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划，20O9CB623401)；国家高技术研究发展计划资助项目(863计划，2OO9AA0629Ol；2012AAO3A6O4)；北京市自然科学基金重大项目(2100001)第一作者简介：韩永萍(1971一)，女，山东巢县人，工学博士，副教授，E-maihhypyyt@163．com第l期韩永萍等：MBR膜污染的形成及其影响因素研究进展因此MBR膜污染主要被归类于微生物污染，同时兼有机污染和无机污染．污染物与膜的作用有堵孔、吸附和沉积等多种形式．在操作过程中，膜污染表现为通量下降或跨膜压差(TMP)升高．污染物向膜面迁移速率主要由通量决定，MBR在恒定通量下操作时TMP通常表现为三个阶段变化．第一阶段发生在运行初始的几个小时内，膜面与混合液发生强烈的相互作用，TMP快速升高．Zhang等[3]观察到即使膜通量为0，混合液中的有机物和胶体也会短时间内在膜表面发生吸附，而在膜面翻转和滑行的一些污泥絮体，最终都脱离进入混合液．Ognier等的研究表明，该阶段产生的跨膜阻力与膜面流体剪切力无关，而是取决于膜的孑L径分布和表面化学特性(特别是疏水性)[4]．Zhang等L5]对比不同孔径MBR膜引起的TMP变化后推测，膜孔堵塞对这一阶段影响较大．大量研究结果表明，MBR在通量低于某个临界值(又称临界通量)条件下运行时，TMP增长很快达到一个相对稳定的状态，而产生的污染相对于整个运行过程可忽略．当运行通量高于该值时，稳定状态消失，TMP将随着运行时间的延长不断攀升，呈现严重污染[6]．第二阶段TMP表现