MBR膜污染概述

MBR膜污染概述摘要：膜生物反应器(MBR)是目前污水处理领域中的一个研究热点，但膜污染导致的运行费用的增加又限制丁它的大规模应用。本文对膜污染形成途径、影响因素以及控制措施作了全面的概述。关键词：MBR膜污染影响因素控制措施随着现代化工业的迅猛发展和城市规模的不断扩大，城市用水量和废水量不断增加，造成城市水源水量日益不足，水环境日趋恶化，水资源危机日渐严峻。用传统方法解决水污染已不能适应飞速发展的新形势，膜生物反应器(MembraneBioreactor．简写为MBR)就是在这个环境需求动力下的产物[1]，它融合了生物反应器的生物降解和膜的高效分离于一体，具有传统生化处理技术无法比拟的独到优势：出水水质良好且稳定、处理效率高、占用空间少、操作简便。但是，膜污染在很大程度上限制了MBR的应用。一．膜污染的形成途径膜污染的形成途径主要有三个：1．滤饼层(cake1ayer)主要是水透过膜时，被截留下来的部分活性污泥和胶体物质，没来得及送走就在滤压差和透过水流的作用下堆积在膜表面，形成膜污染。2．溶解性有机物有机物的来源主要是微生物的代谢产物，它可在膜表面形成凝胶层，也可在膜内微孔表面被吸附而堵塞孔道，使膜通量下降。3．微生物污染膜面和膜内的微孔中有微生物所需的营养物质，因而不可避免的会有大量微生物滋生。二．影响因素影响膜污染的主要因素有：膜的性质、料液性质和膜的运行条件等(见图1)[2]。具体影响膜污染的主要因素有：1．膜本身的特性；如膜孔径及其分布、膜材料、膜结构、膜一溶质一溶剂之间的相互作用；2．被处理的污水水质；特别是水中有机物的种类和浓度；3．操作条件如污泥泥龄、溶解氧浓度、膜面流速、温度等；4．MAR的特征尺寸，高度、曝气系统布置等；5．其他因素如微生物种群之问的相互影响、膜本身对生物膜生长的影响、细菌胞外聚合物(EPS)的组成及浓度等。三．膜污染的防治措施1.膜组件的选择和合理优化1)膜材料选取：已经商品化的膜材料有硝化纤维素(CN)、醋酸纤维素(cA)、cN—cA混合膜、聚乙烯膜(PE)、聚丙烯膜(PP)、聚丙烯氰(PPc)及偏氟乙烯(PVF)等，在选择膜材料时应从材料的强度、热稳定性、化学稳定性、耐污染性能、产水性能、使用寿命、膜造价等方面进行技术分析和经济性评价来确定。2)膜孔径选择：从理论上讲，在确保污染物被截留的情况下，选择孔径大的膜可以使水通量提高。但实验发现，选用较大膜孔径，反而加速了膜的污染，水通量下降很快。一般膜的切割颗粒尺寸(截留分子量)应比要分离的污染物的尺寸小一个数量级。3)膜表面改性：考虑到废水中的污染物和活性污泥是有机物质，为了防止膜污染，应降低膜和原水间界面能，因此应采用具有优良的抗亍弓染特性的亲水性膜；另外，膜材料的电荷与溶质的电倚相同的膜也较耐污染。4)膜组件的安装：为防止膜污染，膜组件在安装时应合理确定膜组件和曝气池墙体之间的距离、膜组件和空气扩散管之间的距离以及膜组件和反应器液面、空气护散器和曝气池底之问的距离，以保证在一定曝气最F获得较高的液体上升速率，减少污泥层在膜表面的沉积，减缓膜污染。2．改善污泥混合液特性为了提高生物反应器中的污泥浓度，保证处理效率，又能维持较高的膜通量，延缓膜污染，许多研究者进行了向MBR中投加填料的试验研究，取得了很好的效果。日前使用较多的填料有粉末活性炭(PAC)、沸石、泡沫填料、多孔柔性悬浮填料、聚酰胺弹性填料、壳聚糖等。例如：李春杰等[3]在SMSBR处理焦化废水的过程中，通过向反应器中投加粉末活性炭(PAC)明显改善了污泥混合液的过滤性能，显著提高了膜通量，减轻了膜污染。金玉兰等[4]发现在MBR中投加一定最的沸石使膜污染阻力随时问的增长率有不同程度的F降，但存在一个最佳的沸石投加量。3.优化分离操作条件膜通量的选择足影响膜污染的重要因素，一般认为特定的膜存在临界膜通量，当实际采用的膜通量低于临界膜通量时，膜过滤压力保持平稳且膜污染可逆；反之，膜过滤压力迅速上升，膜污染的可逆性显著下降。L．Defiance等[5]对恒定膜通量和恒定操作压力这两种情况进行比较。认为采用恒定膜通量的操作方式在运行初期能够避免膜面过度污染，更有利于膜的长期稳定运行。曝气在MBR中除了供氧以外，还利用上升的气泡产生紊动水流来清洗膜表面和阻止污泥聚集，因此所需曝气量较高，一般气水比为(30：1)～(100：1)。温度对膜过滤分离过程也有影响，升高温度有利子膜分离过程的进行。有研究表明，温度每升高l℃可引起膜通量增加2％，这主要是由于温度变化引起污泥混合液粘度的变化所致。此外，提高温度还可以改变膜面上污泥层的厚度和孔径，从而改变膜的通透性。但是温度不能太高，否则会破坏微生物的活性(大部分微生物在20～30℃时活性强)，并造成能量浪费。间歇出水就是降低膜污染中常说的松弛法。当一体式MBR采用连续过滤方式出水时，滤饼层和凝胶层不断加厚，膜污染逐渐加重，而间歇式出水时，在停止抽吸的时间段内，上升的气液两相流会冲刷膜表面，降低浓差极化的影响，同时沉积在膜表面的污染物也会在气液两相流的带动下脱离膜表面回到堤水混合液中，从而减轻膜污染的影响。4．膜污染后的清洗物理清洗是通过人工或机械清洗去除膜上的污染物，主要方法有正方向冲洗、变方向清洗、透过液反压冲洗、振动、排气冲水法、空气喷射、水力方法、气一液脉冲和循环洗涤等。李春杰等[6]采用聚砜、聚丙烯腈共混超滤膜进行错流MBR水力清洗特性研究表明，在水力清洗时采用高膜面流速和低操作压力有利于膜通量的恢复。四．结束语毋庸置疑，MBR是一项极具潜力的污(废)水处理技术。从工艺流程设计、预处理、膜材料性能、投加填料、设备操作运行以及污染后清洗等各个环节采取措施对MBR中膜污染进行控制，可以使浓差极化和膜污染减小到最低程度。但这些措施都还需要进一步改进。我相信，MBR最终会克服膜污染的问题，成为水污染控制的主要技术之一。参考文献:[1]张军-王宝贞等．复合淹没式中空纤维膜生物反应器处理生话行水的特性研究．1999，15(9)，13．16[2]ZhuZhengjiel，WenZhiliang，LiangZhihui，FanHongbo，LUSihaDevelopmentofMembraneFoulingProtectioninMBR．PromotingIndustryCenterofDongguanEnvironmentProtection，Dongguan52000；[3]李春杰，耿琰，周琪，等．SMSBR中PAC对膜污染的防治作用[J]．中国给水排水，2002，18(6)：5-9．[4]金玉兰，吴志超，顾国维．平板膜生物反应器中投加沸石对膜污染的影响【J】．环境科学与技术，2005，28(3)：9-13．[5]DefianceL，JafrinMY．ComparisonbetA^，eenfiltrationsatfixedtransmembranepressureandfixedpermeateflux：Applicationtoamcmbrauebioreactorusedforwastewatertreatment[J]．J．Membr．sci．，1999．152(2)：203．210．[6]李春杰，何义亮．错流膜生物反应器水力清洗特性研究叨．环境科学．1999．20(2)：57-60．