（环境工程专业论文）自生动态膜生物反应器膜污染控制研究.pdf

- 0 j 本 完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或 向国家考秽乏部门或砌勾i ：翻做的复日蝌和电子舰允 毓旧咧石朝币口潜阅； 本 擐椒山东务翔以将本学粒敝的全期蚓溯内容编入有衰謦磁非蚤搠予睑 索，可以采用影印、缩印刻新蜥怦段鬃酶铆辑吼编本学擞。 佑壤滋汶在解密后应遵守此规固 一：啦剧嗽：江日期： 声 ， 1 3 动态膜生物反应器1 0 1 3 1 自生动态膜一1 0 1 3 2 动态膜生物反应器1 1 1 3 3 动态膜牛物反应器的优点及问题1 4 1 4 临界通量1 5 1 5 研究目的和内容1 7 第二章膜基材的选取对自生动态膜生物反应器膜污染影响1 8 2 1 实验装置及方法1 8 2 1 1 试验装置1 8 2 1 2 试验方法1 9 2 2 膜基材物理特性表征2 1 2 3 两种基材过滤性能对比2 3 2 3 1 清水过滤实验。2 3 2 3 2 初滤实验一2 3 2 4 两种基材反应器运行特征比较2 5 2 4 1 对c o d 的去除效果2 5 2 4 2 对氨氮的去除效果2 5 2 5 两种基材对膜污染影响及原因分析2 6 2 5 1 反应器膜基材污染周期：2 6 2 5 2e p s 与膜污染关系探究2 7 2 9 3 2 3 4 临界通量3 5 3 5 3 5 3 6 3 8 3 3 间歇压力步长法和传统压力步长法比较3 9 3 4 初始水头和间歇时间的影响4 3 3 5 步长和步高对临界通量测定的影响4 4 3 6 长期试验4 6 3 7 小结4 7 第四章各因素对临界通量测定的影响4 8 4 1 实验装置及方法4 8 4 1 1 试验装置4 8 4 1 2 试验方法4 8 4 2 曝气量对自生动态膜临界通量测定的影响4 9 4 3 污泥浓度对自生动态膜临界通量测定的影响5 2 4 4 污泥性质对自生动态膜临界通量测定的影响5 4 4 4 1e p s 与临界通量的影响5 4 4 4 2 相关憎水性和z e t a 电势与临乔通量的影响5 6 4 4 3 污泥粘度与临界通量的关系5 8 4 5 小结5 9 第五章结论与建议6 0 5 1 结论6 0 5 2 建议6 1 参考文献6 2 致谢6 8 芒 一 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c ti nc h i n e s e c o n t e n t s a b s t r a c ti ne n g l i s h c h a p t e r 1i n t r o d u c t i o n 1 1 1i n t r o d u c t i o n 5 1 2m e m b r a n eb i o r e a c t o r s 5 1 2 1c l a s s i f i c a t i o no f m b r 5 1 2 2c h a r a c t e r i s t i co f m b r 5 1 2 3m e t h o d so f c o n t r o l l i n gm e m b r a n ef o u l i n g 8 1 3s e l f - f o r m i n gd y n a m i cm e m b r a n eb i o r e a c t o r 1 0 1 3 1s e l f - f o r m i n gd y n a m i cm e m b r a n e 1 0 1 3 2s e l f - f o r m i n gd y n a m i cm e m b r a n eb i o r e a c t o r 1 1 1 3 3a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fs f d m b r 1 4 1 4c r i t i c a lf l u x 1 5 1 5t h ep u r p o s ea n dc o n t e n t so ft h er e s e a r c h j 1 7 c h a p t e r 2t h ei n f l u e n c eo ff i l t e rm a t e r i a lt os f d m b r f o u l i n g 1 8 2 1e x p e r i m e n t a li n s t a l l a t i o na n dm e t h o d s 1 8 2 1 1e x p e r i m e n t a li n s t a l l a t i o n 1 8 2 1 2e x p e r i m e n t a lm e t h o d s 1 9 2 2p h y s i c sc h a r a c t e r i s t i c o ff i l t e rm a t e r i a l 2 1 2 3t h ed i f f e r e n c e so ff i l t r a t i o nc a p a b i l i t yf o rt w of i l t e rm a t e r i a l s 2 3 2 3 1f i l t r a t i o ne x p e r i m e n to fp u r ew a t e r 2 3 2 3 2f i l t r a t i o ne x p e r i m e n to fw a s t ew a t e r 2 3 2 4c o m p a r i s o no fo p e r a t i o nc h a r a c t e r i s t i cf o rt w of i l t e rm a t e r i a l s 2 5 2 4 1r e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d 2 5 2 4 2r e m o v a le f f i c i e n c yo fn h 3 制一2 5 2 5t h ei n f l u e n c eo ff i l t e rm a t e r i a lt os f d m b r f o u l i n g 2 5 2 5 1f o u l i n gc y c l eo f d y n a m i cm e m b r a n e 2 5 山东大学硕士学位论文 2 5 2e p sa n dm e m b r a n ef o u l i n g 2 7 2 5 3s e mo b s e r v a t i o no fd y n a m i cm e m b r a n e 2 9 2 5 4r e a s o n so fd y n a m i cm e m b r a n ef o u l i n g 3 2 2 6s u m m a r y 3 4 c h a p t e r 3d e t e r m i n a t i o no fc r i t i c a lf l u xf o rs f d m b r 3 5 3 1e x p e r i m e n t a li n s t a l l a t i o na n dm e t h o d s 3 5 ：；1 1e x p e r i m e n t a li n s t a l l a t i o n 3 5 3 1 2e x p e r i m e n t a lm e t h o d s 3 6 3 2t h ec o m p r e s s i b i l i t yo fd y n a m i cm e m b r a n e 3 7 3 3d i f f e r e n c e so fi n t e r m i t t e n tt m p - s t e pa n dc o m m o nt m p - s t e pm e t h o d 3 9 3 4t h ei n f l u e n c e so fi n i t i a lt m pa n dr e l a x a t i o nt i m eo nc r i t i c a lf l u x 。4 2 3 5e f f e c t so fs t e pl e n g t ha n dh e i g h to nc r i t i c a lf l u xd e t e r m i n a t i o n 4 4 3 6l o n gt e r mt r i a l 4 6 ：i 7s u m m a r y 4 7 c h a p t e r 4t h ee f f e c t so fo t h e rf a c t o r so nc r i t i c a lf l u xd e t e r m i n a t i o n 4 8 4 1e x p e r i m e n t a li n s t a l l a t i o na n dm e t h o d s 4 8 4 1 1e x p e r i m e n t a li n s t a l l a t i o n 4 8 4 1 2e x p e r i m e n t a lm e t h o d s 4 8 4 2r e l a t i o n s h i pb e t w e e na e r a t i o ni n t e n s i t ya n dc r i t i c a lf l u x 4 9 4 3r e l a t i o n s h i pb e t w e e nm l s sc o n c e n t r a t i o na n dc r i t i c a lf l u x 5 2 4 4t h ei n f l u e n c e so fc h a r a c t e r i s t i c so fs l u d g e st oc r i t i c a lf l u x 5 4 4 4 1e p sa n dc r i t i c a lf l u x ! ；z i 4 4 2e f f e c t so fz e t ap o t e n t i a la n dr e l a t i v eh y d r o p h o b i c i t yo nc r i t i c a lf l u x 5 6 4 4 3d y n a m i cv i s c o s i t ya n dc r i t i c a lf l u x 5 8 4 5s u m m a r y 5 9 c h a p t e r5s u m m a r ya n da d v i c e s 6 0 1 ；1s u m m a r y 6 0 1 ；2a d v i c e s 6 1 r e f e r e n c e s t ；：! 厶 摘要 近年来，一种新型的污水处理工艺，自生动态膜生物反应器越来越受到关注。 它是通过在粗孔材料上( 无纺布、尼龙、工业滤布等) 自发形成的污泥层( 孔径 大约为1 0 1 0 0g m ) 来实现近似于微滤膜的高效的泥水分离。由于使用廉价的粗 孔材料代替昂贵的微滤膜，并且能耗大大降低，从而使得自生动态膜生物反应器 的运行费用大大降低。因此为其在发展中国家的推广应用打下了良好的基础。但 是与传统膜生物反应器一样，膜污染问题仍然是限制其发展的重要瓶颈。 基材对于自生动态膜的污染速率影响巨大，因此选择合适的基材显得尤为重 要。本文选取三维滤布和普通单滑面无纺布两种基材做对比，试验结果显示，选 用三维滤布作为基材时，由于其特殊的三维结构和憎水表面，可以有效控制自生 动态膜的污染速率，明显延长自生动态膜生物反应器稳定运行时间。 更重要的是，研究表明，在次临界通量条件下运行反应器可以有效控制膜污 染。但是在自生动态膜生物反应器领域，临界通量方面的研究并不多，由于自生 动态膜具有高度的可压缩性，使得至今还没有合适的测试临界通量方法。本研究 中提出一种间歇式压力步长法，能够最大程度的减少自生动态膜可压缩性对临界 通量测量的影响。同时试验表明，当使用传统压力步长法测量临界通量时，阶梯 式上升的过膜压力使得自生动态膜不断被压缩，过膜阻力不断上升，加剧污染， 导致临界通量测定不准确；而我们所提出的间歇式压力步长法可以有效去除自生 动态膜可压缩性的影响，使得测量结果相对准确。在本文中，为了使试验结果更 准确我们同样给出了间歇式压力步长法测量临界通量各个参数的建议值。 试验结果表明，曝气强度和污泥浓度对临界通量影响很明显。当曝气量小于 2 4 0l h 1 时，临界通量随着曝气量的增大而增大；而当污泥浓度小于9g l q 时， 临界通量随着污泥浓度的上升而下降。同时污泥性质，如e p s 含量、粘度、电 负性和憎水性等都会对自生动态膜临界通量产生相应影响。 关键词：自生动态膜三维滤布可压缩性临界通量间歇式压力步长法 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，a l li n n o v a t i v ea n dp r o m i s i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g y , t e r m e ds e l f - - f o r m i n gd ”a m i cm e m b r a n eb i o r e a c t o r ( s f d m b r ) s y s t e m ，h a sa t t r a c t e d i n c r e a s i n ga t t e n t i o nw o r l d w i d e t h ei d e ai s t ou t i l i z et h em e m b r a n e ，s l u d g el a y e r e s s e n t i a l l y , s e l f - f o r m e do nc e r t a i nc o a r s em a t e r i a l s ( e g n o n - w o v e nf a b r i c ，n y l o n m e s h ，i n d u s t r i a lf i l t e r - c l o t h ) w i t hp o r es i z er a n g i n gf r o m1 0 1 0 0g mf o re f f e c t i v e s o l i d - l i q u i ds e p a r a t i o n i th a sb e e nw i d e l yr e p o r t e dt h a ts e l f - f o r m i n gm e m b r a n e ( s f m ) c a nb eq u i c k l ys h a p e du pa n df u n c t i o ns i m i l a r l ya sc o m m e r c i a lm i c r o f i l t r a t i o n ( m f ) m e m b r a n e s ，e v i d e n c e db yt h ec o m p a r a b l ee f f l u e n tq u a l i t yf r e eo fs u s p e n d e ds o l i d s t h ec o s t so fs f m b rs y s t e m sa r es i g n i f i c a n t l yl o w e rt h a nm b r s y s t e m sd u e p a r t l yt ot h er e p l a c e m e n to fm f m e m b r a n e sb yc h e a pc o a r s em a t e r i a l s ，a n dp a r t l yt o t h el e s se n e r g yc o n s u m p t i o n so fs f mo p e r a t i o n t h i sm a k e ss f d m b rs y s t e m s h i g h l yp o t e n t i a la l t e r n a t i v e so fm b rs y s t e m se s p e c i a l l yi nd e v e l o p i n gc o u n t r i e s w h e r em b rs y s t e m sa r eu s u a l l yu n a f f o r d a b l e h o w e v e r , a sw i t hm b rs y s t e m s ， m e m b r a n ef o u l i n gi n d i c a t e db yt h eu n d e s i r a b l ei n c r e a s eo ff i l t r a t i o nr e s i s t a n c e r e m a i n st h em o s ts e r i o u sp r o b l e mg r e a t l yi m p a i r i n gt h ep e r f o r m a n c eo fs f d m b r s y s t e m s t h ef i l t e rm a t e r i a li st h ek e yf a c t o ro fd y r i a m i cm e m b r a n ef o u l i n g i nt h i ss t u d y , w ec h o s et h r e e - d i m e n s i o n a lf i l t e r - c l o t ha n dn o n w o v e nm a t e r i a lt ob u i l dd y i l a m i c m e m b r a n eb i o r e a c t o r s ( d m b r ) f o rw a s t e w a t e rt r e a t m e n t t h r e e - d i m e n s i o n a l f i l t e r - c l o t hh a v et h r e e - d i m e n s i o n a ls t r u c t u r e ，h y d r o p h o b i cs u r f a c ea n dl i t t l ep o r es i z e ， w h i c hm a d ef o u l a n t sd i f f i c u l tt oa d h e r et of i l t e r - c l o t hs u r f a c e ，a n dd e c r e a s e dt h e ，p r o b a b i l i t y o fm e m b r a n ef o u l i n g i naw o r d ，t h r e e - d i m e n s i o n a lf i l t e r - c l o t hi sab e t t e r m a t e r i a lf o rd m b r ，r e s i s t i n gm e m b r a n ef o u l i n ge f f i c i e n t l y m o r e o v e r , f o rb e t t e rc o n t r o l l i n gm e m b r a n ef o u l i n ga n di d e n t i f i c a t i o no f a p p r o p r i a t eo p e r a t i n gc o n d i t i o n s ，t h ec o n c e p to fc r i t i c a lf l u xw a sp r o p o s e d i tw a s f o u n dt h a tf o u l i n gn e a r l yd i dn o to c c u ru n d e rs u b - c r i t i c a lf l u xf o rm b r h o w e v e r , i n 3 山东大学硕士学位论文 s h a r pc o n t r a s tt ot h en u m e r o u si n v e s t i g a t i o n si nm b rs y s t e m s ，c r i t i c a lf l u xh a sn o t b e e ns e r i o u s l ys t u d i e di ns f m b rs y s t e m s t h i si s p a r t l yb e c a u s eo ft h er e l a t i v e n o v e l t y o fs f m b rs y s t e m s ，a n d p a r t l yb e c a u s eo ft h el a c k o fa p p r o p r i a t e m e a s u r e m e n tm e t h o d s t h ec r i t i c a lf l u xi nm b rs y s t e m si sc o m m o n l yo b t a i n e df r o m s h o r t - t e r mf l u x - t r a n s m e m b r a n ep r e s s u r e ( t m p ) p r o f i l e sb ye i t h e rt m po rf l u x s t e p p i n gm e t h o d s t h e s em e t h o d s ，h o w e v e r , c a n n o tb ed i r e c t l ya p p l i e di ns f m b r s y s t e m sb e c a u s eo ft h ed i s t i n c t i v ec o m p r e s s i b l en a t u r eo fs f m u n l i k ec o m m e r c i a l m fm e m b r a n e sh a v i n gr i g i dc o n f i g u r a t i o n ，s f mi si n d e e das l u d g el a y e rw i t h r e l a t i v e l yl o o s es t r u c t u r ea n d t h u se x p e c t e dt ob ec o n s i d e r a b l yc o m p r e s s e da st m po r f l u x r a p i d l yi n c r e a s e sd u r i n gs h o r t - t i m e c r i t i c a lf l u xd e t e r m i n a t i o nt e s t s i no t h e r w o r d s ，t h ep r o p e r t i e so fs f mw o u l ds i g n i f i c a n t l yc h a n g ed u r i n gt h ec o u r s eo f m e a s u r e m e n tw h e n a p p l y i n g t r a d i t i o n a l t m p f l u x - s t e pm e t h o d s ，r e s u l t i n g i n i n a c c u r a t ec r i t i c a lf l u xv a l u e s i nt h i ss t u d y , an e wm e t h o d ( i e i n t e r m i t t e n tt m p - s t e pm e t h o d ) w a sd e v e l o p e df o r m o r ea c c u r a t ed e t e r m i n a t i o no fc r i t i c a lf l u xi ns f m b rs y s t e m s r e l a x a t i o np h a s e s a r ei n c o r p o r a t e di nt h en e wm e t h o dt om i n i m i z et h ev a r i a t i o no fs f mp r o p e r t i e s m a i n l yr e s u l t e df r o mt h ec o n t i n u o u sc o m p r e s s i o nd u r i n gt h es t e p w i s ei n c r e a s eo f t m eas e r i e so fc o m p a r a t i v et e s t sw e r ec a r r i e do u ti nt h es p e c i a l l yd e s i g n e dl a b - s c a l e s f m b rs y s t e mf o rm o r es y s t e m a t i ca n dr i g o r o u se v a l u a t i o n so ft h ei n t e r m i t t e n t t m p - s t e pm e t h o d t h e r e s u l t sr e p o r t e dh e r em a yc o n t r i b u t et oab e t t e ru n d e r s t a n d i n g o fs f mp r o p e r t i e s ，a n dc o n s e q u e n t l yt h ee s t a b l i s h m e n to ft h ep r o p e rm e t h o df o r c r i t i c a lf l u xd e t e r m i n a t i o ni ns f m b rs y s t e m s k e y w o r d s ：s e l f - f o r m i n gd y n a m i cm e m b r a n e ，t h r e e - d i m e n s i o n a lf i l t e r - c l o t h ， c o m p r e s s i b i l i t y , i n t e r m i t t e n tt m p - s t e pm e t h o d 4 山东大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 作为一个水资源贫乏的国家，我国人均水资源占有量仅为世界平均水平的 1 4 ，并且水资源在地区分布上极不均匀，现在，南方地区出现水质性缺水问题， 北方地区更是面临水质和水量的双重挑战。近些年来，我国经济持续高速发展， 各种企业如雨后春笋般涌现，人们生活水平稳步提高，但是城镇用水量持续增长， 随之带来的水资源短缺问题日益加剧，并已成为制约我国社会经济可持续发展的 瓶颈。 在传统水源数量有限的情况下，开发新水源成为解决水资源短缺的有效方 法。作为水量稳定、供给可靠的潜在水资源，相对于开发其他非传统水源来讲， 污水具有数量巨大、经济、方便等诸多明显优势。开辟这种非传统水源，实现污 水资源化，对保障城市安全供水，促进社会经济与资源环境协调发具有重要的意 义。 于是各种污水处理工艺逐步被开发出来，其中膜咎物反应器是最具有发展 前景的中水回用技术之一【l 】，也是众多工业废水处理的竞争性高效生物处理工 艺，已经在污水处理、再生回用领域得到日益广泛的推广应用。膜生物反应器相 对于其他污水处理工艺具有显著和独特的优点，例如具有高效的固液分离效率， 出水水质优良，能维持高浓度的微生物量，使系统容积负荷提高、占地面积大幅 缩小、剩余污泥产量显著降低、污泥处理费用减少，易实现自动控制，操作管理 方便 2 , 3 1 。在国外一些发达国家，膜生物反应器已经被大规模推广应用。 但是，膜牛物反应器也同时存在诸多不足，由于膜组件造价高、耗能大、易 污染等【4 l ，使得膜牛物反应器的基建投资和运行成本都远远高于传统的二级生化 污水处理工艺，从而限制了膜生物反应器在我国等发展中国家的推广应用。 在这个背景下，动态膜生物反应器应运而生【5 】，在继承了膜生物反应器固有 优点的同时，本身还具备膜基材造价低、操作运行方便等特点，逐渐成为我国污 水资源化领域新的研究热点。目前动态膜生物反应器的研发已取得了不少进展， 但是研究主要集中在水质处理效果方面，对于膜污染问题鲜有研究报道。膜污染 山东大学硕士学位论文 问题严重，致使反应器运行时间极短，出水极不稳定，这限制了动态膜生物反应 器的实际推广使用。 膜生物反应器的研究结论表明，在次临界通量下运行反应器，能有效的控制 膜污染的产生【6 1 。但是目前来讲，临界通量在动态膜生物反应器中的研究还非常 少。本研究将系统研究临界通量在动态膜生物反应器中的产生机理、测定方法和 影响因素等，以求为以后动态膜生物反应器的长期稳定运行提供实验依据与建 议。 1 2 膜生物反应器 1 2 1 分类 膜生物反应器( m e m b r a n eb i o - r e a c t o r , m b r ) 作为一种新型的污水处理工艺， 将膜分离与生物降解结合起来，以膜分离装置取代普通生物反应器中的二沉池， 因此其具有高效的固液分离效果。凭借其良好的处理效果，m b r 愈来愈受到广 大研究者的关注【7 1 0 1 。 根据膜组件与生物反应器的相对位置，可将m b r 分为分置式和一体式两种。 如图1 1 所示，顾名思义，分置式m b r 是指膜组件与生物反应器分开设置，实 现固液分离的压力驱动依靠加压泵；一体式m b r 是将膜组件置入反应器内，压 力驱动靠真空泵抽吸。由于占地面积小、能耗低等原因，一体式m b r 受到更广 泛的应用。 进水 污泥回流 ( a ) 分置式膜生物反应器 出水 排泥 反应器 ( b ) 一体式膜生物反应器 图1 1 膜生物反应器类型简图 1 2 2 工艺特点 m b r 凭借其独特的工艺设计和结构特点，相对于常规废水生物处理工艺具 6 山东大学硕士学位论文 有以下优点f “1 ： ( 1 ) 使用微滤超滤膜进行泥水分离，处理效果高，出水水质好。 m b r 通过两种机制共同作用来去除有机污染物和颗粒物质：一方面是膜对 有机物大分子和颗粒物质的截留作用；另一方面是活性污泥中微生物对有机物的 降解。在处理工业废水时，膜的截留作用还有利于培养出一些对该种废水有特殊 降解能力的专属细菌【1 2 】，并可以延长大分子物质的停留时间，使m b r 处理难降 解有机物的能力得到加强。微滤超滤膜的微小孔径可以实现出水中无悬浮物， 选择性膜还可以截留混合液中的大分子物质和细菌、病毒等，因此，m b r 相对 于传统生物处理工艺来讲，其出水水质明显要好，并且相对稳定。 ( 2 ) 结构紧凑，占地面积小。 m b r ，尤其是一体式m b r 在一个反应器中同时实现了生物降解和泥水分 离，省去了常规生物处理中二沉池的建设，使系统变得较为紧凑，减小了占地面 积。 ( 3 ) 水力停留时间和污泥停留时间完全分离。 m b r 实现了水力停留时间( h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ，h r t ) 和污泥停留时间 ( s l u d g er e t e n t i o nt i m e ，s r t ) 的完全分离，同时实现很短的h r t 和很长的s r t ， 因而能够在反应器中保留足够高的污泥浓度。m b r 中较高的污泥浓度不仅使 m b r 所能达到的容积负荷大大提高，还使系统抵抗冲击负荷和有毒有害物质的 能力得到了加强，并使系统运行的稳定性得以提高。另外一方面m b r 中较高的 污泥浓度可以实现在容积负荷很高的同时，污泥负荷保持很低，因此，大大减小 了剩余污泥的产量。从理论上讲，m b r 能将污泥完全截留在生物反应器内，实 现不排泥操作。m b r 排出的剩余污泥一般较为稳定，可以不进行污泥消化而直 接脱水，使m b r 的剩余污泥处理费用得以降低。 ( 4 ) 具有较高的脱氮效果。 m b r 中长的s r t 有利于累积增殖慢的细菌( 如硝化细菌等微生物) 。硝化作 用的改善不仅因为m b r 可以维持较长的污泥龄，硝化速率的提高还源于m b r 中污泥絮体较小，较小的絮体有着更大的周长面积比，氧传质阻力小。另外， m b r 中污泥浓度高，因而易在污泥絮体中形成表面好氧、内部缺氧状态，所以 可在同一反应器中实现硝化和反硝化，使m b r 在去除c o d 的同时具有良好的 山东大学硕士学位论文 脱氮效果1 3 1 。 ( 5 ) m b r 处理系统的设备化、自动化程度高。 m b r 由于构筑物少，系统结构紧凑，非常容易加工为成套设备，便于运输 和安装，可大大缩短施工期。 1 2 3 减缓膜污染方法 m b r 在运行过程中，会出现膜孑l 吸附小分子溶质、膜孔被大分子溶质堵塞 以及膜表面形成滤饼层的现象，这会造成过膜压力急剧增大，渗透通量严重下降， 这被称为膜污染现象。严重的膜污染会直接导致膜组件更换和膜清洗频率的增 加，从而增加膜生物反应器的运行费用。膜污染现象已经成为严重限制m b r 工 艺进一步发展的瓶颈，因此控制甚至消除膜污染已经成为每个m b r 研究人员工 作的重中之重。目前研究表明，膜污染可以分为无机污染、有机污染、微生物污 染三种1 4 1 ，而控制膜污染的有效措施主要针对以下几个方面来展开： ( 1 ) 膜材料的改性 如上所述，m b r 是通过微滤超滤膜进行固液分离，因此膜材料是影响m b r 处理效果的重要因素之一，除了膜孔的性质，膜表面的亲水性【1 5 】、荷电性、表 面能、溶质与膜表面的分子之间的相互作用等都影响分离的效果【1 6 1 。 在s m b r 的实际运行中，由于疏水膜表面与水无氢键作用，又由于活性污 泥产生的疏水溶质胞外聚合物( e x t r a c e l l u l a rp o l y m e r i cs u b s t a n c e e p s ) 接近膜表 面是个增熵自发过程，易在膜表面产生吸附和沉积，使膜过滤压力上升，运行周 期缩短，因此研究开发强度高、通量大、耐酸碱、耐微生物腐蚀和抗污染性能优 异的膜材料成为m b r 技术推广应用的关键。 ( 2 ) 操作方式的优化 研究表明，在低通量下运行反应器，可以明显减缓膜污染产生，但是若运行 通量过高，会造成严重的膜污染，从而提出了临界通量的概念【1 7 1 。临界通量与 水力操作条件、膜分离操作模式、料液性质以及膜本身性质有关。研究人员一般 推荐在次临界通量条件下运行m b r ，合适的膜通量和操作压力可以有效的减轻 膜污染。 一般来讲，m b r 有恒通量和恒压力两种操作方式。有研究表明，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 山东大学硕士学位论文 行【1 8 l ，这是因为在恒定操作压力过滤中，通量是从超临界水平回落至稳定，在 此过程中，能够堵塞膜孔的颗粒向膜迁移，引起严重污染，而恒定膜通量过滤是 在恒定的次临界通量下运行，因此可以避免严重膜污染。 因为过短的h r t 或者过高的反应器负荷都会造成污水中溶解性有机物的积 累，从而引起污泥快速增长，溶解氧迅速降低，最终引起丝状菌过度繁殖，导致 严重的膜污染【1 9 】，因此提高反应器负荷或缩短反应器水力停留时间可以有效的 延长m b r 稳定运行时间。 再者，间歇操作是控制m b r 膜污染的有效措施之一。在膜的抽吸过程中， 混合液中的颗粒物和溶解性有机物由于膜的截留作用，会在膜的表面浓缩、沉积， 产生所谓的浓差极化现象和滤饼层形成。在停抽过程中，由于扩散作用，膜表面 沉积的有机物会脱离膜表面向反应器内扩削冽。 ( 3 ) 活性污泥改性优化 m b r 工艺中膜污染的本质是活性污泥与过滤膜的相互作用，因此针对活性 污泥性质优化m b r 的膜分离过程是控制膜污染有效的措施。 ( i ) 控制污泥浓度 上文中提到，膜污染主要是由于活性污泥中颗粒物质阻塞膜孔或者聚集在膜 表面造成过膜阻力急剧升高造成的。一般来讲，污泥浓度越高，污泥混合液中颗 粒数量越多，因此会有更多的颗粒阻塞膜孔或者聚集在膜表面，造成更为严重的 膜污染2 1 l 。同时当污泥浓度低于1 0 0 0 0m g l 。1 时，污泥浓度的变化对滤饼渗透性 能的影响较d , j 2 2 l 。因此，为了有效控制膜污染，建议运行反应器时应使污泥浓 度控制在1 0 0 0 0n a