MBR膜污染及控制方法介紹

MBR膜污染及控制方法介紹自MBR工藝問世以來，其便因占地面積小，出水水質(zhì)好，有機(jī)負(fù)荷率大，污泥產(chǎn)量少等而在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，尤其在城市污水處理中發(fā)展迅速。但是由于運(yùn)行過程中需要對膜污染進(jìn)行有效控制，而必須采取加大錯(cuò)流速率，曝氣等手段，使得MBR運(yùn)行過程中消耗大量能源。那么針對這些問題，MBR操作人員究竟該怎么做？才能快速找到膜污染根源，并給予精準(zhǔn)打擊，以此減少清洗頻率。1、膜污染產(chǎn)生原因嚴(yán)格來講，膜污染是指在運(yùn)行過程中處理物料的微粒，膠體粒子或溶質(zhì)大分子由于與膜發(fā)生物理化學(xué)相互作用或機(jī)械作用而引起的吸附或者沉積而造成的膜表面覆蓋及膜孔堵塞的現(xiàn)象。膜污染現(xiàn)象非常復(fù)雜，包括多種機(jī)理。其中，濃差極化是表面形成濾餅層的主要原因，主要沉積顆粒有懸浮固體，膠體和微生物群。有機(jī)和無機(jī)物污染是指有機(jī)和無機(jī)物吸附于膜表面和膜孔中產(chǎn)生的污染。生物污染是微生物群在膜表面附著生長而產(chǎn)生的生物膜。結(jié)垢現(xiàn)象是當(dāng)膜表面溶解的鹽的濃度超過其溶解度時(shí)產(chǎn)生的，不是主要的膜污染原因。膜污染通常用于概括所有導(dǎo)致膜透過流量下降的現(xiàn)象，根據(jù)清洗方法不同，膜污染可以分為：1、 短時(shí)間內(nèi)由于濃差極化、膜孔污染和凝膠層的形成使通量下降的可逆污染，通過反洗，曝氣，錯(cuò)流等表面清洗方法可以迅速去除的污染，一般指短期污染。2、 物料顆粒與膜材料發(fā)生的長期作用而產(chǎn)生的不可逆污染，不能被物理清洗方法去除，但可以通過化學(xué)清洗恢復(fù)通量的污染，一般指長期污染。3、 長期運(yùn)行過程中不能被任何清洗方法所去除的污染稱為不可恢復(fù)污染。二、膜污染受哪些因素影響？（一）、污泥混合液特性膜生物反應(yīng)器中的膜污染物質(zhì)的來源是活性污泥混合液，污泥混合液對膜的污染極為復(fù)雜。1、EPS和SMP胞外聚合物（EPS）和溶解性微生物產(chǎn)物（SMP）都是微生物代謝產(chǎn)物，成分大致相同，它們對膜污染有著重要且復(fù)雜的影響，是MBR過程中最主要污染物。EPS濃度過高，會(huì)增大混合液粘度而不利于溶解氧的擴(kuò)散，使污泥系統(tǒng)充氧困難，從而影響菌膠團(tuán)的正常生理活動(dòng)，從而使膜過濾阻力升高。而EPS含量過低，會(huì)引起絮狀物分解，從而對MBR的運(yùn)行不利。因此，存在一個(gè)最優(yōu)EPS值，使絮狀物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且不會(huì)引起高的膜污染趨勢。研究發(fā)現(xiàn)大部分SMP分子量小于lKDa和大于lOKDa，小分子量的溶解有機(jī)物，在通過膜的同時(shí)，易堵塞膜孔，造成膜污染，并成為出水中主要?dú)埩粲袡C(jī)物。同時(shí)，SMP的特性與組成也受到多個(gè)運(yùn)行參數(shù)影響。一般來說，MBR中SMP對膜的污染趨勢隨MLSS的增加，有機(jī)物載入量的下降，以及溶解氧的升高而減弱。2、 混合液懸浮固體濃度MLSSMLSS濃度直接影響混合液粘度，粘度升高是MLSS上升引起混合液過濾性能下降的主要原因，如果錯(cuò)流速率或者曝氣強(qiáng)度不足以沖刷掉附著在膜表面的固體，將很快引起污染層的產(chǎn)生。3、 粘度混合液粘度受MLSS影響，MLSS濃度高于臨界值時(shí)，粘度隨固體濃度增加而指數(shù)升高。在中空纖維MBR中，混合液粘度影響氣泡大小，及纖維膜在反應(yīng)器中的靈活性。另外，粘度升高會(huì)使溶解氧DO傳遞效率下降，低溶解氧濃度會(huì)加劇膜污染趨勢。4、 污泥親疏水性許多研究結(jié)果表明污泥中親水性溶解有機(jī)物對膜污染的發(fā)生起到負(fù)面作用。然而，也有研究發(fā)現(xiàn)高疏水性絮狀污泥同樣會(huì)引起膜污染。污泥的疏水性和表面電荷都與胞外聚合物的組成和性質(zhì)以及絲狀細(xì)菌生長指數(shù)有關(guān)，絲狀細(xì)菌過量繁殖會(huì)產(chǎn)生大量，使電勢下降，絮狀污泥形狀不規(guī)則，疏水性增強(qiáng)，導(dǎo)致嚴(yán)重的膜污染。5、 污泥顆粒大小膜通量下降主要是由于2um左右的顆粒引起的。一般來說，顆粒尺寸越小，顆粒越易在膜面沉積，形成的沉積層也越致密，透水性越小，故顆粒尺寸過小將加劇膜污染。6、 污泥沉降指數(shù)SVI盡管對膜污染沒有直接影響，但污泥沉降指數(shù)（SVI）能夠反映出混合液中的有機(jī)物質(zhì)的沉降性。目前不能沉降的有機(jī)物質(zhì)，如膠體，溶解有機(jī)物，被普遍認(rèn)為是膜的主要污染物質(zhì)。（二）、MBR過程的操作條件操作條件直接或間接影響著膜污染和污泥的性質(zhì)和組成。7、 污泥停留時(shí)間（SRT）實(shí)際結(jié)果表明，增加SRT可以減少SMP和EPS的產(chǎn)生，膜污染率也會(huì)隨之降低。但是，過長的SRT會(huì)使污泥濃度過高，也會(huì)帶來過高的粘度并影響到傳質(zhì)和反應(yīng)器的流體力學(xué)，導(dǎo)致更嚴(yán)重的膜污染。一般城市污水處理中膜生物反應(yīng)器的SRT為5-20天。8、水力停留時(shí)間（HRT）雖然HRT對膜污染沒有直接影響，但是短HRT會(huì)給微生物提供更多的營養(yǎng)物質(zhì)，而使微生物快速生長，導(dǎo)致MLSS濃度升高，并且使通量增加，從而會(huì)增大膜污染發(fā)生的可能。9、 溫度和pH對比不同季節(jié)溫度不難發(fā)現(xiàn)，低溫期可逆污染更加嚴(yán)重，高溫期不可逆污染發(fā)展更迅速。MBR運(yùn)行pH范圍一般是6-9，范圍之外，反應(yīng)器中的硝化細(xì)菌會(huì)迅速減少，導(dǎo)致硝化作用受到抑制。當(dāng)pH值高于其臨界值時(shí)，膜污染迅速，而當(dāng)溫度升高時(shí)，最大允許pH值就會(huì)降低。10、 溶解氧（DO）低濃度溶解氧會(huì)使細(xì)胞疏水性降低，而引起污泥絮體分解，當(dāng) DO低于lmg/L時(shí)，SMP含量急劇升高。溶解氧也會(huì)影響EPS和SMP中成分組成，在高溶解氧MBR體系中，蛋白和多聚糖的比率也會(huì)升高，并且微生物群落組成會(huì)非常不同。11、 膜通量對于所有膜過程，通量的升高都會(huì)引起膜污染的加劇。在通量的選擇與膜面積最小化，反沖洗和化學(xué)清洗時(shí)間間隔最小化之間取得平衡，也直接影響著運(yùn)行成本。12、 錯(cuò)流速率和曝氣在分體式膜生物反應(yīng)器中，錯(cuò)流速率（CFV）是快速改變膜透過性的方法之一。在高濃度和小孔徑膜的系統(tǒng)中，CFV的增大可以緩解污染物在膜表面沉積。但對于混合液顆粒物相對較大的情況下，CFV的增強(qiáng)對通量升高沒有甚至相反的作用。浸沒式MBR工藝中曝氣起到非常重要的作用：a、通過曝氣提供溶解氧，供污泥中的微生物正常生長代謝；b、起到攪拌作用，使污泥懸浮，在混合溶液中充分混合；c、使中空纖維膜組件膜絲疏松，并在膜表面產(chǎn)生剪切力，減少污染物在膜表面沉積，一定程度上防止膜污染的產(chǎn)生。（三）、膜的性質(zhì)與膜組件結(jié)構(gòu)13、 膜的孔徑大小小孔徑膜，容易截留溶液中的污染物，在膜表面產(chǎn)生沉積層，使膜阻力增加。這類污染一般屬于可逆污染，可以通過錯(cuò)流、反洗、曝氣等物理方式去除，內(nèi)部污染較小。大孔徑膜，在過濾初期膜孔堵塞較嚴(yán)重，隨著表面動(dòng)態(tài)膜的形成，截留作用開始提高。但是污染物易在膜孔表面和內(nèi)部產(chǎn)生沉積和堵塞，形成不可逆污染甚至不可恢復(fù)污染，成為長期運(yùn)行中造成膜性能下降，壽命減少的主要因素。14、 膜材料針對厭氧MBR中不同膜材料的污染情況，研究表面在同樣運(yùn)行條件下,聚偏氟乙烯（PVDF）膜的污染趨勢明顯小于聚砜膜（PS）和纖維素膜。值得一提的是，當(dāng)活性污泥有機(jī)物組分中存在與膜材料相似的聚合物時(shí)，不可逆污染物的成分取決于膜材料。15、膜表面粗糙程度膜表面粗糙度的增加使膜表面吸附污染物的可能性增加，但同時(shí)也增加了膜表面的撓動(dòng)程度，阻礙了污染物在膜表面的沉積，因此粗糙度對膜通量的影響是兩方面因素綜合作用的結(jié)果。16、親疏水性膜材料的憎水性對膜污染也有很重要的影響，比較了憎水性超濾膜和親水性超濾膜，得出憎水性超濾膜膜面更容易吸附溶解性物質(zhì)，表現(xiàn)出更大的易污染傾向。目前，改變膜疏水性的方式大多是對膜材料進(jìn)行改性。如改變孔徑大小，膜表面粗糙程度，添加無機(jī)材料在膜表面形成動(dòng)態(tài)預(yù)涂層等。三、如何控制MBR膜污染？1、 臨界通量運(yùn)行目前，MBR工藝設(shè)計(jì)基本都采取恒通量運(yùn)行，在盡量滿足污水處理量要求的前提下，通過其他操作手段控制膜污染。臨界通量的概念與1995年首次提出，它的定義是在該通量以下，透膜壓力不會(huì)隨過濾時(shí)間的延長而增加，透膜壓力和通量保持良好的線性關(guān)系。臨界通量的選擇對運(yùn)行有著重要作用，超過臨界通量，污染就會(huì)發(fā)生,跨膜壓差（TMP）隨過濾時(shí)間的延長而增加，膜組件在臨界通量以下運(yùn)行可大大延緩膜污染。2、 曝氣量以及曝氣強(qiáng)度一般來說，增強(qiáng)曝氣強(qiáng)度有利于提高膜透過性，減少膜污染，長時(shí)間的低曝氣下，污染物迅速沉積在膜表面。

然而，強(qiáng)曝氣也會(huì)破壞污泥絮體。會(huì)改變污泥顆粒大小及分布，釋放出更多的膠體和溶解有機(jī)物（EPS和SMP），而加劇膜污染。曝氣強(qiáng)度對膜透過性的作用受多種因素影響，如混合液濃度、混合液粘度、運(yùn)行通量等。有學(xué)者提出將曝氣強(qiáng)度，跨膜壓差（ TMP）變化以及80601540f20eo&0incneasingEfficiencyw；30I!340j呵80601540f20eo&0incneasingEfficiencyw；30I!340j呵通量改變在一張圖中做出，以此找到最優(yōu)曝氣強(qiáng)度。3、膜污染清洗方法的選擇跨腫壓差”逞昏度艱靈關(guān)召圏TMP……曝氣效率（—過灘通呈（L/m-/h）膜污染清洗方法主要包括物理清洗和化學(xué)清洗。物理清洗物理清洗包括間歇運(yùn)行和清水反洗。MBR運(yùn)行過程中，反沖洗方法是去除可逆污染，延緩膜污染的有效途徑。如在中試浸沒式MBR中研究了反洗對延緩膜污染的效果，發(fā)現(xiàn)在相同的通量下，低頻率高強(qiáng)度反洗比高頻率清洗更能有效降低膜污染。值得一提的是，在間歇運(yùn)行期間，膜表面的污染物由于重力作用而松散脫落，在曝氣作用下，效果更加明顯。因此，將間歇運(yùn)行與反沖洗結(jié)合可以更有效緩解膜污染?；瘜W(xué)清洗物理清洗無法阻止不可逆污染的發(fā)生，必須通過化學(xué)清洗手段來恢復(fù)通量?；瘜W(xué)清洗包括維護(hù)清洗和強(qiáng)力（恢復(fù)）清洗。目前常用的清洗劑有NaClO溶液，用于去除有機(jī)污染物，檸檬酸，用于去除無機(jī)污染物等。眾所周知，MBR供應(yīng)商都有自己的強(qiáng)力清洗配方，主要區(qū)別是清洗劑濃度和清洗方法。化學(xué)清洗劑濃度％方案0.2反法+循環(huán)檸檬醴涪液0.2-03清械方案強(qiáng)率時(shí)清洗劑間歇期冠天30秒反洗無X維護(hù)消洗蒔周一次30彷￡0幷(1096/500mg/l)膜過嚨性能衣穩(wěn)崖時(shí)"傲2-3幻年次孰酸鈉潛液2耳小時(shí)淳泡,檸檬醴溶鍍浸池5小時(shí)（過夜）000mg/l）檸椽酸溶液4、吸附劑的添加在MBR中，混合液的成分非常復(fù)雜。為改善混合液特性，應(yīng)用最多的就是向反應(yīng)器內(nèi)投加粉末活性炭PAC形成生物活性炭。某實(shí)驗(yàn)比較了三個(gè)不同PAC投加量（0、0.75g/L、1.5g/L）對膜生物反應(yīng)器膜污染的影響。結(jié)果表明膜表面污染層隨PAC劑量的增加而減少，