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MBR工艺膜污染影响因素及其减缓措施
作者：李国兵 许强
来源：《中国科技纵横》2012年第18期
摘要:随着MBR工艺的逐步应用,其运行过程中的膜污染成为关键的问题所在。本文通过对膜污染机理以及影响因素的分析,提出相应的减缓措施,并对化学清洗方法进行了讨论。 关键词:MBR 膜污染 化学清洗 1、概述
目前MBR工艺的优越性已经被大量的研究成果所证实,但是在运行过程中的膜污染问题依然是影响膜技术推广并应用于实际的关键所在。因为膜更换和膜清洗的花费,势必会增加运行费用和造成运行周期的中断。因此对膜污染机理、膜污染影响因素、膜清洗效果和减缓膜污染的措施的研究也越来越多。 2、膜污染机理
膜污染是由于被处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质分子与膜发生物理化学作用,或因浓度极化使某些溶质在膜表面浓度超过其溶解度,以及机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔变小或堵塞,使膜产生透过流量与分离特性的变化现象。膜污染可以通过几种物理化学机制和生物机制产生,并且通过浓差极化而使污染加重。
根据产生机制,膜污染分为两类:物理化学污染和生物污染。其中,物理化学污染一般由进水中的蛋白质和胶体（颗粒）物质引起;而生物污染一般由微生物引起。对于好氧MBR活性污泥过滤系统中,一般公认的主要污染物是细胞产生的胞外聚合物（EPS）。这就是通常所说的膜生物污染。膜生物污染一般可分为两个阶段:第一阶段是微生物（包括各种细菌和微生物）通过向膜面的传递（可以通过扩散、重力沉降、主体对流）而能动地积累在膜面上形成生物膜。第二阶段是生物膜积累到一定程度,引起膜通量的明显下降。 3、膜污染影响因素 3.1 膜的本身特性
膜的特性包括膜的材料、孔径大小分布及其物化性质（包括膜面的亲水性、疏水性等）。因此在选择膜的类型时,必须考虑其防污染特性。 3.2 料液成分及性质
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反应器中混合物成分会直接影响到膜的污染程度和使用寿命,如无机成分中的铁盐会沉积在膜丝上,另外油污对膜的污染影响也很大。所以膜处理需要较好的预处理,以除去对膜污染影响较大的成分。在膜生物反应器中,污泥浓度、pH值、泥水混合液的粘度及菌胶团的大小、特性等都会对膜污染产生直接影响。 3.3 微生物污染
超滤膜在处理过程中,会生成生物膜,虽然这样提高了有机污染物的处理效率,但是也不可避免的带来了微生物污染。因为膜面和膜内的微孔中有微生物所需的营养物质,因而会有大量微生物滋生。
3.4 溶解性有机物。
这些有机物来源于微生物的代谢产物,它们可在膜丝表面形成凝胶层,也能吸附在膜丝的微孔表面而堵塞孔道。
通过对膜污染的宏观观察、微观观察及对进水成分的分析,发现处理城市污水影响较大的是料液成分和微生物。在膜的化学清洗过程中也证明了这一点,洗脱的污染物除了生物膜、难溶的无机成分外,洗液表面漂了一层油污,而且颜色呈深棕褐色,这是铁盐溶解的现象。 4、膜污染减缓措施及膜化学清洗效果 4.1 膜污染减缓措施
在污水处理中,膜污染是不可避免的,但是采用有效的措施来减缓膜污染的程度,提高膜的正常运行时间和使用寿命是完全可行的。 4.1.1 膜材料选择
在膜材料上,选择聚丙烯为膜材料,是由于其良好的抗腐蚀性,不易产生因腐蚀和膜身劣化的不可逆膜污染。同样在膜组件方面,选择敞开帘式模块型,就是因为污泥不易在膜丝上滞留,并且在曝气时膜表面容易取得较好的紊流效果,达到降低膜污染的目的。 4.1.2 料液成分
从料液成分上考虑,必须进行预处理,有效去除SS和油污。实验中改从一沉池进水就避免了这一点。
4.1.3 料液性质
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从料液性质上考虑,污泥浓度越高,污泥越容易在膜丝表面形成污泥层,导致膜污染。当采取厌氧-兼性-好氧的膜生物反应器工艺,再加上城市污水的有机负荷较低,同时为了除氮而进行的泥水混合液回流,这些因素综合起来就使得系统的污泥浓度能维持在和常规活性污泥法一样的程度,不仅降低了能耗,也减小了膜污染的可能。另外,工艺采用的曝气穿孔管直接安装在膜丝下方,从而使膜丝附近的紊流状态进一步得到加强,很好地降低了浓差极化所带来的膜污染。 4.1.4 降低有机负荷
降低有机负荷也会减轻一定程度的膜污染,因为高有机负荷会促进胞外高分子底物的增长,从而可能造成MBR通量下降。采用厌氧-兼性-好氧MBR工艺,可降低好氧区的有机负荷,抑制胞外高分子底物的增长。 4.1.5 操作运行
在操作运行中,还可以采用以下两种方法来减缓膜污染:(1)空曝气,即停止进出水,加大曝气强度连续曝气数小时（一般3～4h）,以冲脱沉积在膜表面上污泥层的方法。空曝气可以使系统的膜通量恢复原来的10％～25％左右。因为空曝只是去除膜面沉积的最外层的污泥层,并不能完全去除所有的污泥层,那么污泥之间的粘附性并没多少改变。空曝气可以使膜污染程度减缓3～4天左右。空曝只是暂时的减缓方法,只有在操作压力上升的不是很高的时候才有效。当压力上升到一定程度,空曝气就会基本失去效用,即使曝气的时间再长,去除污泥层的效果也会很小。(2)水力反冲洗。用清水在16kPa压力以下的条件下,从内向外进行反向冲洗,时间为2～3h。此种方法对膜通量的恢复作用比较显著,可以使膜组件恢复到清水膜通量的50％～70％左右,持续时间达到一周以上,最好的时候可以达到两周。同样,水力反冲洗也不是永远有效,它的效用是递减的。等到水力反清洗的效果也不显著时,这就需要进行化学清洗。 4.2 膜的化学清洗
当水力清洗不再起效果的时候,说明膜丝已经被严重污染,需要拆卸下来进行全面的化学清洗。先用自来水冲洗膜表面生成的生物膜泥饼,由于膜丝的截留作用,也会发现许多固体难降解的物质,例如塑料碎片等粘附在膜丝之间;然后用1%NaOH溶液浸泡4h,清洗液呈深棕褐色,且表面有很多油污,有很多絮状、片状污泥脱落;再用清水清洗干净后,用1%盐酸溶液浸泡4h,有少量碎小的污泥脱落;用清水清洗后,再以1%NaOH溶液浸泡2h,清洗液颜色变浅,无明显污泥脱落;最后,用清水冲洗干净后,把膜安装好,重新放入反应器。
MBR工艺膜污染影响因素及其减缓措施
