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1、为什么MBR膜上这么简单结垢？怎么办？MBR在污水处理已经得到了广泛且成熟的应用，由于MBR替代了二 沉池，可以保证出水SS和高污泥浓度，省去了很多污师在运营中的一 些苦恼，但是，膜污染问题也始终困扰着MBR的进展及运行！那么针对 这些问题，MBR操作人员终归该怎么做？才能快速找到膜污染根源，并 赐予精准打击，以此削减清洗频率。一、膜污染的定义膜污染通常是指混合液中的物质在膜表面（外部）和膜孔内（内 部）吸附聚集，造成膜孔堵塞并促使孔隙率变小，引起膜通量的衰减和 过滤压力上升的过程。在膜过滤的操作中，水分子和细小物质不断透过膜，同时一些物 质被膜截留而堵塞膜孔或在膜表面沉积，从而造成膜污染。可
2、以说，是 膜截留导致了膜污染。膜污染的直接表现，就是膜通量的下降或者操作 压力的上升。活性污泥混合液体系中存在的养分基质、菌胶团、微生物细胞、 细胞碎片、微生物代谢产物（EPS、SMP）以及各种有机、无机溶解性物 质等都对膜污染有贡献。膜污染的进展通常可分为3阶段（也有2阶段说法）：（1）初始污染：发生在膜系统投入运行的初期，膜面与混合液中 的胶体、有机物等发生猛烈的相互作用，污染方式有粘附、电荷作用、 膜孔堵塞等。错流过滤的条件下，细小的生物絮体或胞外聚合物照旧能 够依附在膜表面上，而小于膜孔径的物质会在膜孔中吸附，通过浓缩、 结晶沉淀和生长繁殖的作用造成膜污染。（2）缓慢污染：初期膜表面光
3、滑，大颗粒物质不简单附着，重要 由EPS、SMP、生物胶体等黏性物质通过吸附桥架、网捕等作用吸附在膜 表面形成凝胶层，造成膜过滤阻力的缓慢上升，对混合液中的污染物的 截留性能会有加添。凝胶层的污染是不行避开的，带来的影响是膜阻力的缓慢上升。在恒流操作中表现为TMP的缓慢上升，在恒压模式中表现 为通量的缓慢衰减。（3）快速污染：第2阶段形成的凝胶层在持续的过滤压差和透水 流的作用下，随着污染物的沉积渐渐密实，导致膜污染从量变到质变， 混合液中的絮体快速在膜表面聚集并形成污泥滤饼，跨膜压差快速上升。凝胶层的污染是不行避开的，带来的影响是膜阻力的缓慢上升。 在恒流操作中表现为TMP的缓慢上升，在恒压
4、模式中表现为通量的缓慢 衰减。一旦大量的污泥絮体在膜面沉积而形成的泥饼层，系统基本是无 法正常运行的。MBR运维过程的重要留意事项就是延缓凝胶层污染（保 持好的水力条件，原位清洗，把握膜污染进展速率，延长缓慢污染的运 行时间），把握泥饼层污染（快速污染）。二、膜污染的类型（1）按污染物质成分分类有机污染重要来源于混合液中的大分子有机物（多糖、蛋白质等），腐殖 酸类，微生物絮体、细胞碎片等。其中溶解性有机物SMP、EPS虽然对 于MLSS来说占比特别低，但是它们所造成的膜污染占到26%52%。微 生物在膜孔内及膜表面生长、吸附作用也是膜污染的紧要因素。无机污染由金属盐类，无机盐离子架桥作用形成。
5、膜的常见无机污染重要 是钙、镁、铁、硅等的碳酸盐、硫酸盐及硅酸盐的结垢物质，其中碳酸 钙、硫酸钙、氢氧化美较多。（2）按污染物的性质分类可逆污染（临时污染）：可以通过确定的水力措施进行去除膜污 染；如通过清水反洗、曝气抖动可以去除的。不行逆污染（长期污染）：不能通过水力清洗措施去除的膜污染, 可以通过用氧化剂、酸、碱、还原剂等清洗进行去除的。可逆和不行逆，都是可以洗出来的。任何清洗手段都洗不出来的 就叫不行恢复性污染。（3）按污染物的位置分类混合液中的物料在膜孔内吸附、浓缩结晶、聚集形成的叫内部污 染；在膜表面的聚集和沉积形成的叫外部污染。三、膜污染的因素影响1、污泥混合液特性膜生物反应器中的
6、膜污染物质的来源是活性污泥混合液，污泥混 合液对膜的污染极为简单。1） EPS 和 SMP胞外聚合物（EPS）和溶解性微生物产物（SMP）都是微生物代谢 产物，成分大致相同，它们对膜污染有侧紧要且简单的影响，是MBR过 程中最重要污染物。EPS浓度过高，会增大混合液粘度而不利于溶解氧的集中，使污泥 系统充氧困难，从而影响菌胶团的正常生理活动，从而使膜过滤阻力上 升。而EPS含量过低，会引起絮状物分解，从而对MBR的运行不利。因此，存在一个*EPS值，使絮状物结构稳定，并且不会引起高的 膜污染趋势。讨论发觉大部分SMP分子量小于IKDa和大于lOKDa,小分子量的 溶解有机物，在通过膜的同时，易
7、堵塞膜孔，造成膜污染，并成为出水 中重要残留有机物。同时，SMP的特性与构成也受到多个运行参数影响。一般来说，MBR中SMP对膜的污染趋势随MLSS的加添，有机物载 入量的下降，以及溶解氧的上升而减弱。2）混合液悬浮固体浓度MLSSMLSS浓度直接影响混合液粘度，粘度上升是MLSS上升引起混合液 过滤性能下降的重要原因，假如错流速率或者曝气强度不足以冲刷掉附 着在膜表面的固体，将很快引起污染层的产生。3）粘度混合液粘度受MLSS影响，MLSS浓度高于临界值时，粘度随固体浓 度加添而指数上升。在中空纤维MBR中，混合液粘度影响气泡大小，及纤维膜在反应 器中的快捷性。另外，粘度上升会使溶解氧DO传
8、递效率下降，低溶解 氧浓度会加剧膜污染趋势。4）污泥亲疏水性很多讨论结果表明污泥中亲水性溶解有机物对膜污染的发生起到 负面作用。然而，也有讨论发觉高疏水性絮状污泥同样会引起膜污染。污泥的疏水性和表面电荷都与胞外聚合物的构成和性质以及丝状 细菌生长指数有关，丝状细菌过量繁殖会产生大量，使电势下降，絮状 污泥外形不规章，疏水性加添，导致严峻的膜污染。5）污泥颗粒大小膜通量下降重要是由于2um左右的颗粒引起的。一般来说，颗粒 尺寸越小，颗粒越易在膜面沉积，形成的沉积层也越致密，透水性越小, 故颗粒尺寸过小将加剧膜污染。6）污泥沉降指数SVI尽管对膜污染没有直接影响，但污泥沉降指数（SVI）能够反映出
9、 混合液中的有机物质的沉降性。目前不能沉降的有机物质，如胶体，溶解有机物，被普遍认为是 膜的重要污染物质。2、MBR过程的操作条件操作条件直接或间接影响着膜污染和污泥的性质和构成。1）污泥停留时间（SRT）实际结果表明，加添SRT可以削减SMP和EPS的产生，膜污染率 也会随之降低。但是，过长的SRT会使污泥浓度过高，也会带来过高的粘度并影 响到传质和反应器的流体力学，导致更严峻的膜污染。一般城市污水处 理中膜生物反应器的SRT为520天。2）水力停留时间（HRT）虽然HRT对膜污染没有直接影响，但是短HRT会给微生物供应更 多的养分物质，而使微生物快速生长，导致MLSS浓度上升，并且使通 量
10、加添，从而会增大膜污染发生的可能。3）温度和pH对比不同季节温度不难发觉，低温期可逆污染更加严峻，高温期 不行逆污染进展更快速。MBR运行pH范围一般是69,范围之外，反应器中的硝化细菌会 快速削减，导致硝化作用受到抑制。当pH值高于其临界值时，膜污染 快速，而当温度上升时，最大允许pH值就会降低。4）溶解氧（DO）低浓度溶解氧会使细胞疏水性降低，而引起污泥絮体分解，当D0 低于lmg/1时，SMP含量急剧上升。溶解氧也会影响EPS和SMP中成分 构成，在高溶解氧MBR体系中，蛋白和多聚糖的比率也会上升，并且微 生物群落构成会特别不同。5）膜通量对于全部膜过程，通量的上升都会引起膜污染的加剧。
11、在通量的选择与膜面积最小化，反冲洗和化学清洗时间间隔最小 化之间取得平衡，也直接影响着运行成本。6）错流速率和曝气在分体式膜生物反应器中，错流速率（CFV）是快速变化膜透过性 的方法之一。在高浓度和小孔径膜的系统中，CFV的增大可以缓解污染物在膜表 面沉积。但对于混合液颗粒物相对较大的情形下，CFV的加添对通量上 升没有甚至相反的作用。浸没式MBR工艺中曝气起到特别紧要的作用：a、通过曝气供应溶 解氧，供污泥中的微生物正常生长代谢；b、起到搅拌作用，使污泥悬 浮，在混合溶液中充分混合；c、使中空纤维膜组件膜丝疏松，并在膜 表面产生剪切力，削减污染物在膜表面沉积，确定程度上防止膜污染的 产生。3
12、、膜的性质与膜组件结构1）膜的孔径大小小孔径膜，简单截留溶液中的污染物，在膜表面产生沉积层，使 膜阻力加添。这类污染一般属于可逆污染，可以通过错流、反洗、曝气 等物理方式去除，内部污染较小。大孔径膜，在过滤初期膜孔堵塞较严峻，随着表面动态膜的形成, 截留作用开头提高。但是污染物易在膜孔表面和内部产生沉积和堵塞， 形成不行逆污染甚至不行恢复污染，成为长期运行中造成膜性能下降， 寿命削减的重要因素。2）膜材料针对厌氧MBR中不同膜材料的污染情形，讨论表面在同样运行条 件下，聚偏氟乙烯(PVDF)膜的污染趋势明显小于聚碉膜(PS)和纤维 素膜。值得一提的是，当活性污泥有机物组分中存在与膜材料相像的聚
13、 合物时，不行逆污染物的成分取决于膜材料。3)膜表面粗糙程度膜表面粗糙度的加添使膜表面吸附污染物的可能性加添，但同时 也加添了膜表面的挠动程度，拦阻了污染物在膜表面的沉积，因此粗糙 度对膜通量的影响是两方面因素综合作用的结果。4)亲疏水性膜材料的憎水性对膜污染也有很紧要的影响，比较了憎水性超滤 膜和亲水性超滤膜，得出憎水性超滤膜膜面更简单吸附溶解性物质，表 现出更大的易污染倾向。目前，变化膜疏水性的方式大多是对膜材料进行改性。如变化孔 径大小，膜表面粗糙程度，添加无机材料在膜表面形成动态预涂层等。4、膜污染的把握措施膜污染的形成重要因素有：膜固有性质、混合液性质和系统运行 环境，把握及解决膜污
14、染也应当从这三方面实行相应的措施。(1)膜的固有性质膜的物理及其化学性能是由膜材料计划的，膜在混合液中的抗污 染气力与其材料有关。有讨论表明膜的亲水性对抗污染气力有特别紧要 的影响。在有机膜材料中，有的是亲水性材质如PAN,大多数均为疏水 性材质，像PVDF、PE、PS等。疏水性有机材料在应用时必需进行亲水 性改造，由于改造工艺的差异，亲水性在使用过程中的流失就有了快慢 之分。此外，膜抗污染气力还与膜表面粗糙度、膜表面电荷、膜孔径等 均有关系。一般来说，可以通过选择亲水性更好的膜材料，改善膜表面 的粗糙度，选用与混合液电位相同的膜材料和合适的膜孔径来改善膜抗 污染的气力。无机膜如陶瓷膜：以氧化
15、铝、碳化硅、氧化钛、氧化错等为原材 料，高温烧结而成，在通量、强度、化学稳定性便利比有机膜具有明显 的优势。(2)混合液的性质膜污染很大程度是膜与混合液之间的相互作用的影响结果，混合 液的性质包括污泥浓度和黏度、颗粒分布、溶解性有机物浓度、微生物 代谢产物浓度等。污泥浓度较低时，污泥对有机物的吸附降解气力不足，混合液中 有机物浓度加添，膜孔堵塞严峻，浓差极化引起膜表面溶质的浓度显著 提高易形成凝胶层，导致过滤阻力加添；当污泥浓度高于确定值时， EPC浓度加添，污泥黏度增长快速，黏度对膜通量和混合液中气泡大小 都会产生影响，污泥易在膜表面沉积，形成较厚的污泥层。一般认为污 泥浓度存在一个临界值，
16、当污泥浓度高于该值时，对膜通量将产生不利 影响，所以可以选择污泥浓度把握在合适的范围内来有效的把握膜污染。 污泥膨胀和污泥细碎易引起严峻的膜污染。另MBR工艺的进水水质对混合液组分也有较大的影响，需要进行 确定程度的预处理，比如：毛发垃圾物质会缠绕模式，造成膜组件积泥 从而导致膜污染，需要在进入好氧生化前接受不同的细膜格栅去除；泥 砂等硬度较大的颗粒可能会损伤膜丝，需要接受沉砂池去除；油类对膜 丝造成无法清洗的污染，超过要求需要通过隔油、气浮等去除；无机物: 可能在膜表面析出、结垢，堵塞膜孔。可通过絮凝沉淀或调整pH把握 其不析出。其它对膜有影响的特征污染物，像有机溶剂、表面活性剂、 消泡剂、
17、PAM、硬度、碱度、温度，这些在认真情形中要特别留意。(3)系统运行环境次临界通量临界通量的定义为，存在这样一个通量，当通量大于此值时，TMP 加添明显；而当通量小于此值时，TMP保持稳定不变。这个概念可以挂 念我们在膜通量最DA化和膜污染有效把握之间找一个参考点。在膜组 件的实际运行中，将运行通量高于临界通量时称为超临界通量操作，运 行通量小于临界通量时称为次临界通量操作。在实际应用中，必需选择 合适的运行通量。此运行通量值在次临界的范围，有时候运行通量仅为 临界通量的50%左右。当然，膜污染在长期运行的MBR中，即使接受次 临界通量操作模式，其TMP也是渐渐加添的。合理的曝气在MBR中，曝
18、气的目的除了为微生物供氧以外，还使上升的气泡 及其产生的扰动水流清洗膜表面和阻拦污泥聚集，以保持膜通量的稳定。 同时气泡与膜纤维碰撞产生的抖动作用甚至使膜纤维之间相互摩擦，可 加速膜面沉积物的脱落，利于膜污染的缓解。曝气过大时，会导致膜表 面沉积的颗粒粒径减小，使滤饼的结构更加致密，从而使膜过滤阻力加 添；相反的，曝气量过小时，扰动减弱，污染会加重，因此要选择合适 的曝气量。运停交替依据膜污染的3阶段理论，膜表面的污染形成需要一个过程。首 先，污染物会在膜表面吸附、沉积、聚集，接受间歇抽吸的操作模式旨 在通过定期的停止膜过滤，以使沉积在膜表面的污泥在曝气和水流所造 成的剪切力作用下从膜表面脱落下来，使膜的过滤性能得以恢复。一般 抽吸时间越长，悬浮固体在膜表面积累的程度越大；停止的时间越长， 膜表面沉积污泥脱落越*,膜过滤性能也能恢复越多。原则上应依据膜 厂家的推举及实际工程的运行来确定符合自身特点的运停交替方式。