MBR膜污染及防治技术研究

MBR膜污染及防治技术研究
摘要：膜污染是MBR工艺中关键的制约因素。

本文介绍了膜污染的三阶段理论，包括初始污染阶段、缓慢污染阶段、跨膜压强跃升阶段。

综合国内外对膜污染的相关实验，总结分析了有效控制膜污染的几种技术，包括对原水进行预处理、膜的清洗、投加添加剂改变污泥特性、优化MBR条件以及培养好氧颗粒污泥。

关键字：MBR；膜污染机理；污染防治；
1前言
膜生物反应器MBR工艺作为一种新型的污水处理工艺，通过膜的高效截流作用代替了传统活性污泥工艺中的二沉池。

MBR反应器内部具有活性污泥浓度高、面积占地小、出水水质好且产率低等特点，现已应用于污水、工业水、回用水处理领域。

但存在已久的膜污染问题将导致膜通量下降、膜冲洗、能耗增加等问题，因而限制了MBR的广泛使用。

研究膜污染运行过程中的膜污染机理将对膜污染的控制从而降低能耗有重大研究意义，因此，笔者通过分析膜污染机理从而研究总结了降低膜污染的控制技术。

2MBR膜污染
在MBR运行条件下，膜的表面容易沉积各种浓缩液中的截留物，从而导致在既定跨膜压差下透过膜的通量减少，或是在既定膜通量下跨膜压差增大，这些现象统称为膜污染。

通过对膜污染的研究，胞外聚合物EPS被公认为是导致膜污染的关键因素。

EPS是多种分子量大物质的合称，包括存在于细胞表面之上和之下和絮体内细胞间隙中的所有类型大分子，如蛋白质、碳水化合物、、核酸、磷脂和其他聚合物[1]，它们包括由细胞分泌、从细胞表面脱落、或是细胞衰亡产生的不溶物质。

3 减缓膜污染防治技术
3.1 预处理
王小佳等人[2]对传统膜生物反应器（CMBR）与复合式膜污染反应器（HMBR）作了研究对比。

实验表明，HMBR系统相比于CMBR系统膜污染速率很低,同等条件下，当运行到50d时，HMBR的跨膜压差几乎不变，而CMBR 压差变化从459Kpa到2618Kpa。

由此表明，化学絮凝预处理对MBR膜污染具有减缓作用，可以作为降低MBR膜污染防治措施之一。

图1 膜生物复合式反应器
3.2 膜清洗
对于MBR 膜的清洗通常有空曝、水洗、空气压缩、物化清洗四种清洗方式。

张西旺[3]对不同空曝时间下膜通量衰减至初始通量所需的运行时间进行了观察。

研究发现，空曝时间与膜通量衰减至初始值所需时间成正比，但所需时间与空曝时间比值逐渐变小，因此空曝时间不宜过长，以不超过6h为宜。

水反冲洗不仅将膜表面的沉积层破坏，还能去除膜孔里堵塞物，在0.09Mpa反冲压力下，反冲10min，膜通量恢复效果优于空曝3h的膜通量恢复量。

空气反冲洗是一种通过空气在混合液中造成的扰动效果来清洗膜的措施。

据报道，采用空气反冲洗获得的净通量可达到连续运行的400%。

膜的物化清洗是一种较复杂的冲洗办法，但其效果明显。

实验表明，以气量700—900L/h空曝0.5h后，用Ph=3盐酸稀溶液清洗，接着以500L/h气量曝气，之后用Ph=10的氢氧化钠稀溶液清洗，再以500L/h气曝0.5h，最后在1Mpa压力下压缩空气反冲膜10min，结果表明清洗后膜的通量恢复了442%。

3.3优化MBR运行条件
HRT和SRT是MBR系统运行中非常重要的两个参数。

张一鸣[4]等对石化废水用MBR处理。

结果发现，在HRT为12h、污泥质量浓度为5g/L时，HRT 太短将致使水质恶化，同时建议HRT为15h最为适宜。

Lee[5]等人分别在20d、40d、60d污泥龄下运行的MBR系统进行了研究。

实验发现，在20d时，污泥中溶解性有机物和胶体物质将造成膜的污染，而SRT越大，膜污染阻力也越大，所以在SRT太长或太短运行条件下都将对膜造成不利影响，最佳SRT范围是20—50d。

曝气强度通过在膜表面形成的液/气两相剪切力作用来使膜面上污泥沉积脱落从而延缓膜污染。

孙丽华等认为淹没式超滤膜运行过程中存在最优曝气强度，试验中适宜的强度为45m3·m-2·h-1。

MBR中pH值通过影响溶质的电荷和膜面特性来影响膜面上污泥沉积量。

混合液中pH值的高低与膜面间排斥力和膜通量成正比。

李秀芬等人通过实验得出pH=7.0时，初始相对膜通量为9.8%，沉积量为1.25g/m2，沉积阻力为3.34×1011m-1。

4结语
目前，膜生物反应器的膜污染问题仍是大范围推广及应用膜技术的重要瓶颈。

对于MBR膜污染机理进行深度研究将有助于开发新的膜和反应器系统，从而从根源上有效解决膜污染问题。

对MBR进行预处理、膜清洗、和改善污泥特性是目前有效控制膜污染的几种技术。

随着材料科学、化工、计算机技术的发展和进步，人们会有效解决膜污染问题，MBR水处理技术会得到广泛的应用领域。

参考文献：
[1] Flemming,H.C.,and wingender,J.(2001) Relevance of microbial extracellular polymeric substances(epss)-parti:Structural and ecological aspects.
Water Sci.Technol.,43,1-8.
[2] 王小佳，李继香，夏四清.化学絮凝预处理对膜生物反应器膜污染的影响[J].中国给水排水，2010,26（3）：18-21.
[3] 张西旺，余奇庭，任锦霞.淹没式加压MBR膜污染机理及治理措施[J].水处理技术，2005,31（3）：61-64.
[4] 张一鸣，李悦，李理等.膜生物反应器处理石化废水研究[J].西南给排水，2010，32（5）：29-31.
[5] Lee W,Kang S.Sludge characteristics and their contribution to microfiltration in Submerged membrane bioreactors[J].Jourmal of Membrane Science,2003,216(1-2）：217-227.。