20160322浅谈MBR工艺的膜污染机理与防治教程.docx

浅谈MBR工艺的膜污染机理与防治 作者：增哥 MBR工艺简介 在污水处理和水资源再利用领域，MBR又称膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor），是一种由活性污泥法与膜分离技术相结合的新型水处理技术。 MBR工艺基本流程如下： 图1-1 MBR工艺基本流程 与许多传统的生物水处理工艺相比，MBR 工艺具有以下主要优点： 出水水质优质稳定； 剩余污泥产量少； 占地面积小，不受设置场合限制； 可去除氨氮及难降解有机物； 操作管理方便，易于实现自动控制； 易于从传统工艺进行改造。 在运行过程中，MBR工艺常见的问题是膜污染，给操作管理带来不便。 MBR膜污染机理 了解膜生物反应器中膜污染的机理和发展特点是寻找最佳膜污染控制措施的前提，对膜生物反应器的推广应用具有极其重要的意义。许多研究表明，膜污染的不同污染机理可分为三个阶段。 阶段1：初始污染 在运行初期，膜面与混合液中的胞外聚合物（EPS）及溶解性有机物之间会发生强烈作用，其污染方式包括黏附、电荷作用、孔内堵塞等，研究也发现即使在通量为零的条件下或颗粒物沉积之前，胶体和有机物也会发生被动吸附。但在过滤开始后，在错流运行的情况下，生物凝聚体等大分子会在剪切力和扰动力的作用下脱离膜表面，仅留下较小的生物絮体或胞外聚合物。靠近膜表面的微生物因而更易于附着到膜表面上，并对下一阶段的污染产生影响。而小于膜孔径的颗粒物质会在膜孔中吸附，通过浓缩、结晶、沉淀及生长等作用使膜孔产生不同程度的堵塞，造成膜污染。 阶段2：缓慢污染 第一阶段后，膜表面大部分被溶解性有机物所覆盖，混合液中的悬浮物、胶体及微生物等大分子物质被拦截，通过吸附架桥、网捕等作用结合在一起，在膜面形成沉积层，可将膜面污染层划分为三个层次：最外层膜阻力最小，多孔结构明显，透水能力强；中间层较外层膜阻力升高，空隙率降低，呈凝胶态；底污染层紧密覆盖于膜表面，结构密实，空隙率低，透水能力最小。膜过滤阻力的增加主要由于滤饼层的积累造成的。另外，通过膜孔的细小颗粒物质吸附、沉积在膜的内部孔壁上，导致膜孔径减小，随着时间???推移，膜孔可能会被部分或全部堵塞。 胞外聚合物（EPS）不仅会在膜孔中积累，而且会在膜表面积累，膜表面的胞外聚合物会直接改变沉积层的孔隙率和结构，并且其与细微颗粒一并沉积并吸附在膜表面，形成黏性很强的凝胶层。研究发现胞外聚合物浓度每增加50mg/L,膜通量降低70%。这时若继续以恒定通量运行，将导致跨膜压差（TMP）升高，TMP升高会促进滤饼的压实，导致第2阶段缩短。但由于浸没式膜生物反应器中气体和液流分布可能不均匀，因此膜污染将出现不均匀现象。 阶段3：TMP跃升 进入到第3阶段后，膜污染层在过膜推动力的作用下，结构加厚，孔隙率降低；当膜组件局部的吸附层增加到一定程度时，局部的跨膜压差超过了临界压力而进入了超临界区，导致膜污染从量变到质变的变化。在进入超临界区的局部膜表面，混合液中的生物絮体迅速地积聚在膜表面，并引发了整个膜组件各处滤饼层的快速形成，这样就引起了整个膜组件的平均跨膜压差迅速线性增加，也就是出现了有些文献中报道的灾难性污染现象。 结合MBR工艺特点和运行管理经验及试验研究，MBR工艺出现膜污染的原因主要有以下几个方面： 微生物的污染 MBR膜表面类似于生物膜法工艺中的膜表面，为微生物的滋生繁殖提供了一定的着床（载体）。污水中好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，在MBR膜表面被截留，进而在表面附着，不断滋生繁殖。MBR一般为微滤膜和超滤膜，膜孔径在0.05-0.4μm范围内，微生物的滋生很容易造成MBR膜的堵塞，使跨膜压差（TMP）增大。 浓差极化的影响 浓差极化是指分离过程中，料液中的溶液在压力驱动下透过膜，溶质（离子或不同分子量溶质）被截留，在膜与本体溶液界面或临近膜界面区域浓度越来越高；在浓度梯度作用下，溶质又会由膜面向本体溶液扩散，形成边界层，使流体阻力与局部渗透压增加，从而导致溶剂透过通量下降。 MLSS浓度过高 MBR池内的混合液悬浮固体浓度（MLSS）过高，微生物群体、微生物内源呼吸自身氧化的残留物和一些吸附在污泥上不能被生物降解的有机物和无机物，造成MBR膜的堵孔，使跨膜压差增大。 MBR膜污染的防治 针对MBR膜出现膜污染的原因，在设计和运行过程中，可以从以下几个方面进行MBR膜污染的防治： 膜组件的选取 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。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