降低膜生物反应器中膜污染的研究

1、降低膜生物反响器中膜污染的研究摘要：根据膜生物反响器中膜污染的几种类型，分析了膜污染形成的原因，介绍了几种描绘膜污染的数学模型。从膜本身性质、料液性质到操作过程等总结了几种防止或降低膜污染的方法，提出了曝气生物滤池与膜过滤组合降低膜污染的工艺。关键词：生物反响器膜污染污水处理AStudynReduingebraneFulinginebraneBireatrsAbstrat：ausesffratinfebranefulingareanalyzedbasednseveraltypesfebranefulinginebranebireatrs，andanuberfatheatialdelsdesri

2、bingebranefulingareintrdued.ethdstpreventrredueebranefulingaresuedupintherespetsfthenaturefebraneitself，theharateristisffeedliqurs.theperatingpresses，et.，ithapresstredueebranefulingprpsedhihbinesaeratinbilgialfiltertankithebranefiltratin.Keyrds：ebranebireatr；ebranefuling；asteatertreatent膜生物反响器BR是利用高

3、效别离膜组件取代二沉池与生物处理中的生物单元组合形成一套有机整体的水净化再生技术。BR利用膜的截留作用，几乎能将全部的污泥及微生物截留下来，使生物单元具有很高的污泥浓度，不但进步了其对有机物的去除率，而且使其对氨氮的去除率也明显增高。BR还具有占地面积少，出水水质好，运行稳定，操作简单，易于自动控制等优点，污泥停留时间与水力停留时间别离，克制了活性污泥与自身无法克制的缺点1。要使得BR真正推广应用还需要克制膜污染、膜浓差极化、膜堵塞等问题，增加膜通量，延长膜寿命。1膜污染的类型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外表浓度超过其溶解度

4、，以及机械作用而引起的人膜外表或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与别离特性的不可逆变化现象。膜污染直接导致了膜通量下降，膜使用寿命大大缩短。膜污染分为可逆和不可逆膜污染。如浓差极化，可通过物理、化学和生物方法来减轻和改善的一类污染为可逆膜污染；而膜孔堵塞、不合理的料液性质使膜受到腐蚀及膜的自身劣化等称为不可逆膜污染。从污染物的性质又可分为有机污染，如胞外聚合物、溶解性有机物、蛋白质、脂肪及细微胶体等；无机污染，如废水中碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐、凝胶无机胶体等；生物污染，如帘式中空纤维膜组件，其可视为柔性填料，处理不当，微生物易在其上面吸附生长，形成生物膜，造成水通量下降2。

5、2膜污染的数学模型许多人从不同的角度建立了不同的污染数学模型，但在BR中使用较多的还是用膜阻力系数来表征膜的污染程度。3膜污染形成原因膜污染导致膜通量下降，其形成原因概括起来可分为以下几种。3.1料液的性质在BR中泥水混合液的特性直接影响到膜的污染程度和膜的使用寿命，如反响器中的污泥浓度、pH值、泥水混合液的粘度及菌胶团的大小及特性等。3.2膜的构造和特性膜的构造可分为对称膜和不对称膜，目前选用较多的是不对称膜；较早出现的对称膜组件，两侧是致密的别离层，中间是疏松多孔的支撑层，污染物质可能通过一侧致密层，却可能被另一侧的致密层阻挡，造成膜孔道的堵塞，所以一般来讲，不对称的膜组件较对称的膜组件更

6、具抗污染特性。此外，膜孔径大小，膜的截割相对分子质量大小4，膜的孔径分布，选用膜的材料的不同等都是影响膜污染程度的重要因素。3.3泥水混合液与膜之间的互相作用3.3.1静电作用对于荷电膜来讲，膜材料带有极性基团，当与泥水混合液接触后，膜外表荷电，假如泥水混合液中所含的带电物质与膜所带的电极性相异那么互相吸引，该物质吸附在膜外表使得膜被污染5。3.3.2溶剂化作用膜经过改性后，有亲水性和疏水性膜之分，亲水的膜外表与水形成氢键，这种水处于有序构造，当污泥或其它疏水溶质要接近膜外表，必须破坏有序水，这需要能量，不易进展，所以该种膜较疏水膜不易被污染。3.4膜操作参数的影响膜操作参数包括料液流速，操作

7、压力，温度，曝气速度，LSS，污泥停留时间SRT，水力停留时间HRT等。通常，对于分置式BR来说，进步料液流速，大大进步了泥水混合液对膜外表的剪切力作用，可以降低浓差极化和沉积层的形成，进步水通量6。在浓差极化现象不严重的情况下，可通过进步操作压力来进步透水率，但压力不是越高越好，因为随着压力的进步，膜外表凝胶层越易形成，加重膜污染。泥水混合液的粘度也会随着温度的进步而下降，可过滤性有很大进步，但是在进步温度的同时需要考虑经济效益和微生物的生长需要。对于一体式BR，曝气量对于降低膜污染也是非常重要的，大的曝气量有利于进步膜外表的冲刷作用，减缓凝胶层的形成。4降低膜污染的几种思路目前对膜污染的研

8、究比拟深人。在BR领域，许多研究学者也从不同角度研究了降低膜污染的方法，下面将降低膜污染的几种思路归纳如下。4.1从膜组件考虑在BR中，用于泥水别离的膜组件要根据其自身的特点和操作特性来设计膜组件。天津膜天技术根据一体式BR的特点设计出了帘式膜组件，由于污泥不易在膜上滞留，并且曝气时在膜外表较易获得较好的紊流效果，到达降低膜污染的目的。清华大学钱易教授等还作了BR的水力学研究，提出了生物反响器越高，上升的流道越窄，下降流和底部通道越宽，越能较好地降低膜污染7，这是由于在反响器上部污泥易下沉，导致膜附近污泥浓度低，降低膜污染。膜材料的选择，孔径确实定及膜面亲疏水性的选择都在一定程度上影响了膜污染

9、的降低8。BR中常用的膜材料有聚砜、聚丙烯睛、聚烯烃类等，王猛等对膜材料实验得出，聚丙烯类有优于聚砜抗污染的特点9。还有人作过采用无机膜替有机膜组成BR的研究，其优点是机械性好，寿命长，易拆卸清洗，但制造本钱高，限制了它的使用。在BR中，膜孔径的选择也非常重要，根据不同的泥水混合液性能或者处理对象，选择不同的膜孔径，对于一体式BR通常采用微滤，孔径约为0.10.2，而分置式BR一般采用超滤，截割相对分子质量大约为3000050000。4.2从料液性质考虑污泥浓度越高，污泥越容易在膜外表形成污泥层，导致膜污染。BR的特点之一是能使反响器内污泥浓度较高，但从膜污染角度考虑，应将反响器浓度控制在一定

10、范围内，而且料液中溶解性有机物在膜面的直接吸附也会造成膜面污染。天津大学杨造燕教授等分别对采用投加粉末活性炭或填料来改善料液的可过滤性作了大量研究10；此外，泥水混合液的温度、pH值等均是影响膜污染，进步膜通量需考虑的因素。料液在膜周围流态也是降低膜污染的考虑因素，早期膜过滤是采用径流式过滤。全量式过滤，造成极大的膜污染，此后，人们提出了错流式过滤或非全量式过滤，这在很大程度上改善了膜的污染状况，近年来，又提出了穿流式膜过滤流态11，膜外表紊流得到进一步加强，很好地降低了浓差极化所带来的膜污染。4.3从工艺角度考虑宏观来讲，目前BR分为两种类型.一种是一体式BR，另一种是分置式BR，对于后者由

11、于在膜面有更高的剪切速度，形成较强的紊流流态，可以较好地控制膜污染，而一体式BH属全量式过滤，尽管膜下部采用较高的气水化，对膜能较好地进展冲刷.有一定的抗污染性，但膜通量还是低于分置式BR。从生物单元考虑，由于BR不仅局限于活性污泥和膜过滤的组合，还可采用其它生物工艺，如生物接触氧化，两相厌氧等等，为改善泥水混合的特性，可选择不同的生物工艺，我们正在进展生物曝气滤池BAF与膜过滤组合工艺的研究，生物曝气滤池属生物膜法的一种，微生物大局部附着在填料上，在不影响其对污染物去除率的同时，使得悬浮态微生物浓度大为降低，能有效地降低膜污染，而且由于膜过滤的截流作用，不但进步了出水水质，还使得悬浮态微生物

12、浓度比常规BAF高，又进一步进步了BAF的去除率和耐冲击负荷才能。但所遇到的一个问题是陶粒填料的堵塞问题，所以选择好的陶粒级配是实验成功的关键。4.4操作方式4.4.1错流过滤过滤分为两种，即死端过滤和错流过滤，采用错流过滤的BR简称BR，其过滤方式如图一所示。对于错流过滤，滤液沿着膜外表流动，对膜外表有一定的剪切作用，降低了膜外表的层流层的厚度，防止了污泥在膜外表的沉积，进步了滤速采水率，减缓了膜污染。而死端过滤泥水混合液向膜外表运动，很容易在膜外表沉积，造成严重膜污染12。4.4.2间歇操作间歇操作，也就是降低膜污染中所常说的松弛法。对于一体式BR，在抽吸数分钟后，再停下来空曝气，这样在上

13、升气流的作用下，冲刷膜外表，有利于降低浓差极化的形成，同时沉积在膜外表的污染物也会在上升气水流的带动下脱离膜外表回到主体泥水混合液中，这也有利于降低膜污染。4.4.3其它操作条件的优化在BR中，操作参数很多，包括生物反响器容积V、污水处理量Q、进料浓度i、进料流速Vi、鼓泡速度、操作压力或抽吸压力、循环速度V、产水水质p和水量Qp、污泥质量负荷Us、体积负荷Uv、降解效率、膜清洗法及周期等13。如何在众多的操作参数中选择最正确组合参数，既进步膜通量，又能降低膜污染，延长膜寿命，同时还不进步运行本钱，这还有待于进一步大量的实验研究。5己污染膜的处理方法对已污染的膜进展处理，使其恢复膜通量，目前归

14、纳起来主要有三种方法，一是反冲洗，反冲洗是进步膜透水率和保护膜透水稳定性的重要技术，樊耀波教授曾对BR的反冲洗周期做过研究14，得出确定BR的反冲洗周期公式，并讨论如何在实际运行过程中测得的最正确反冲洗周期，至于反冲洗水量，反冲洗压力还有待于进一步研究。二是水力冲洗，何义量教授等分别对分置式、一体式BR的水力冲洗做了研究，得出用0.07Pa的带压水清洗10in能有效恢复膜通量15。三是在线药洗16-17，但采用在线药洗时需要小心慎重，以免杀死反响器中的微生物，也可采用拆卸膜组件，用药水浸泡，通常采用的化学药剂有次氯酸钠、稀碱、稀酸、酶、外表活性剂、络合剂和氧化剂等，至于对于不同的膜采用什么药剂

15、，用量是多少，配成什么浓度，清洗或浸泡多长时间有待于作更优化的研究。但针对不同的膜污染形成原因，应采取不同的措施。6结语BR水处理技术是将来水工业中极具生命力的一项新技术，是能真正实现污水回用，废水资源化的一项重要且竞争力强的技术，但其实际推广应用一直受到膜污染问题的困扰，如何解决污染问题是摆在从事BR研究工作者面前的难题。相信会有越来越多的环保工作者从事这项研究与应用。参考文献：1黄霞，桂萍，范晓军，等.膜生物反响器废水处理工艺研究进程J.环境科学研究，1998，111：40442KANGHH，HUNGHAKLEE.branefulingehanisintheebraneupledanaer

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