MBR膜污染形成机理及控制

膜污染问题是影响膜生物反应器(MBR)技术推广使用的一大障碍。本文通过对MBR膜污染的形成机理及主要影响因素的分析研究，认为造成膜通透性能降低及工艺运行成本增加的主要污染因素是膜孔的堵塞和投胶层的形成，在膜过滤过程中，采用优化选择膜组件及运行操作条件、改善污泥混合液的生化特性、确定临界污泥浓度、膜清洗等方法可减少膜孔的堵塞，抑制凝胶层的形成，有效的控制膜污染。

　　膜生物反应器 (Membrane Bio-reactor MBR)是将膜分离技术与生物反应原理相结合而开发的一种新型污水处理工艺。与传统工艺相比具有固液分离效果好、生物反应器内生物量高、污泥产量低、出水水质好、占地面积小等优点。但是在膜分离过程中出现的膜污染严重的影响了膜的通透性能，增加了工艺的运行成本，已成为影响该技术推广使用的一个关键问题。因此，有必要对MBR膜污染的形成机理及主要影响因素进行分析并研究相关控制方法，以期为推广该项新技术的工业化应用创造条件。

1、 MBR膜污染的形成机理

　　所谓膜污染是指处理物料中的微粒、胶体颗粒以及溶质大分子由于与膜存在物理、化学作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附和沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜通量及膜的分离特性产生变化的现象。造成MBR膜污染的直接物质来源是生物反应器中的污泥混合液，成分包括微生物菌群及其代谢产物、废水中的大小有机分子、溶解性物质和固体颗粒等。通常，在MBR膜过滤过程中，膜污染的形成机理主要有以下几种:

1.1.1  小于膜孔径的颗粒物质在膜孔中吸附，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。

1.1.2  料液中的悬浮物、胶体物质及微生物被膜拦截，物质间通过吸附、架桥、网捕等作用结合在一起，在膜表面沉积形成沉积层，降低膜通量，造成膜污染。

1.1.3  膜穿透压力及膜孔的堵塞造成膜表面出现浓差极化现象，当达到极限浓度后，溶解性难降解小分子有机物析出 并与污泥混合液悬浮固体 (MLSS)结合在膜表面形成凝 胶层，造成膜污染。

2 、MBR膜污染控制的关键方法

2.1 膜组件的优化设计

　　膜组件的优化设计包括膜材质、膜结构型号的优化选择、膜组件的合理布置等。膜材质具体的选择方式应根据料液特性来决定，对于有机膜来说，膜通常是由高分子材料作成，其本身带有荷电基团，根据同性相斥原理，选择和料液颗粒物电荷相同的材料制作膜组件可减少膜对污染物的吸附。疏水性膜比亲水性膜更容易吸附料液中的物质造成污染，宜选择亲水性膜材料制作膜组件。对于膜结构来说，一般对称结构较不对称结构更易堵塞，中空纤维比双皮层膜抗污染能力强。膜组件的布置方式应结合水力形态的特征综合考虑，合理确定膜组件与空气扩散器之间的距离，以保证在一定瀑气量下获得较高的液体上升速率，减少污泥层在膜面的积累。

2.2 改善污泥混合液的生化特性

　　在MBR污泥混合液中投加活性炭粉末形成生物活性污泥(BAG)，可降低反应器中胞外聚合物(EPS)的浓度，减少凝胶层的析出。J.S. Kim等将MBR普通活性污泥与投加了活性炭粉末的活性污泥的上清液中的EPS作了对比，发现从投加活性炭粉末的活性污泥上清液中萃取的EPS的蛋白和多糖的含量比普通活性污泥的减少了50%。活性炭粉末的加入改变了微生物的生理特性，抑制了EPS的释放并且使污泥絮体可压缩性减少，凝胶层难以形成，因此可以通过改善污泥混合液的生化特性来抑制凝胶层的形成。

MBR膜污染形成机理及控制