改善污泥性质控制MBR膜污染的研究进展

第36卷第1期302010年1月水处理技术VO1．36No．1Jan．，2010改善污泥性质控制MBR膜污染的研究进展安晓红17肖羽堂t～，吕晓龙s，周蕾-(1．南开大学环境科学与工程学院，天津300071；、2．中国科学院南京地理与湖泊研究所，江苏南京210008；3．天津工业大学生物化工研究所，天津300160)摘要：膜生物反应器(MBR)具有高效、出水水质好的特点，在生活污水和工业废水处理中得到了应用，但膜污染是MBR广泛应用的主要障碍。介绍了污泥混合液中胞外聚合物(EPS)对膜污染的影响，详细总结了改善活性污泥。混合液性质的途径，包括投加添加剂、优化运行参数和培养好氧颗粒污泥。提出了投加天然高分子混凝剂改善污泥性质的方法。．关键词，膜生物反应器；膜污染；污泥性质；胞外聚合物中圈分类号；TQ028．8文献标识码lA文章编号：1000．3770(2010)01．0030．06膜生物反应器(MBR)通过膜的高效截留作用；使反应器内部维持很高的污泥浓度，提高了系统的处理效率，污泥产率低、占地面积小，在污水处理中的应用范围和规模不断扩大和增加。目前，国内外对MBR的研究发展迅速，MBR应用于污水处理和回用的研究日益增多。但是膜价格昂贵、膜容易堵塞、膜清洗以及能耗高等问题，限制了膜生物反应器的广泛应用。其中膜污染是当前限制MBR广泛应用的主要瓶颈，其导致膜通量下降，增加膜组件更换和清洗的频率，从而增加MBR的运行费用。因此研究者进行了大量的试验研究寻找有效的膜污染控制方法，主要是通过改善污泥混合液性质或对进水进行预处理；优化膜生物反应器操作条件；膜改性或开发新型抗污染膜材料来解决膜污染问题。本文简要介绍污泥混合液中胞外聚合物(EPS)对膜污染的影响，详细总结改善活性污泥混合液性质的途径，并提出主要的研究方向。1膜污染膜污染是指被过滤料液中的某些组分在膜表面或膜孔中沉积导致膜通量下降的现象，包括膜孔吸附小分子溶质、膜孔被大分子溶质堵塞引起膜过滤阻力增加，膜表面形成滤饼层增加传质阻力。膜污染后其通量严重下降，过膜压力增大，截留效率下降。膜污染可分为可逆污染和不可逆污染，也可分为生物污染、有机污染和无机污染【n。生物污染和有机污染都与活性污泥性质相关，如污泥絮体、细菌新陈代谢以及细菌所产生的胞外聚合物。2污泥混合液EPS对膜污染的影响活性污泥混合液是MBR中膜污染的物质来源，不仅受进水水质的影响，也受操作条件的影响。混合液的性质包括污泥浓度、污泥颗粒大小、污泥粘度、污泥表面电荷、混合液所含胶体粒子及溶解性有机物含量等都会对膜污染产生不同程度的影响，而且这些性质之间相互交叉影响。胞外聚合物对于污泥的絮凝性能、沉降性能、脱水性能和对重金属的吸附性能都有很重要的影响和作用，是近些年膜污染的研究热点之一，因此，本文主要总结了活性污泥中胞外聚合物对膜污染的影响。2．1固着性EPS和SMP的定义有关污泥性质方面的研究报道很多，特别是混合液中固着性EPS和SMP浓度对膜污染影响的报道。细菌胞外聚合物(Extracellularpolymericsub．stances，EPS)．是来自微生物细胞的高分子物质，分收稿日期：2009—05-14基金项目：天津市应用基础及前沿技术研究计划(O8JcYBJc02600)作者简介：安晓红(1984-)，女，硕士研究生，研究方向为水污染控~IJ：E—mail：www_hong_com@163．tom联系作者：肖羽堂，教授，博士生导师；E—mail．xiaoyt@namkai．edu．cn安晓红等，改善污泥性质控制MBR膜污染的研究进展31为固着性和溶解性两种。在微生物降解基质和内源呼吸过程中产生的溶解性微生物产物(Solublemi．crobialproduct，SMP)与EPS的关系一直较为模糊，Laspidou等[2J提出了SMP与溶解性EPS是同一物质的理论。EPS的组成比较复杂，其中主要为多糖和蛋白质，约占EPS总质量的70％~80％，含量较低的腐殖质、核酸、糖醛酸、脂类和氨基酸等也是EPS中常见的物质[3]。近年来，大量研究表明，EPS是优势污染物，微生物通过这些物质相互粘连形成菌胶团，并在过滤过程中显示出较强的压密性，使过滤阻力不断升高，膜污染加剧。2．2固着性EPS对膜污染的影响固着性EPS不仅是维持污泥絮体成三维矩阵的主要成分，也是膜生物反应器中主要的污染物。Cho[4]等发现了固着性EPS和滤饼层比阻之问有密切关系。Ahmed[5]等也观察到随着固着性EPS浓度的增高，滤饼层比阻增加，最终导致跨膜压差的增大。Choi[6[等人研究发现，当发生污泥膨胀时，膜的污染更为严重，其原因是丝状菌比菌胶团细菌产生更多的EPS，并且丝状细菌如诺卡氏菌属比正常污泥含有更多的类脂类物质。但是一些研究发现固着性EPS