曝氣對(duì)膜生物反應(yīng)器中膜污染的影響

       膜污染是制約膜生物反應(yīng)器廣泛應(yīng)用的主要因素，而曝氣過程又作為膜污染控制主要的手段而被普遍使用。曝氣過程對(duì)膜污染的影響可以分為直接影響和間接影響2方面，直接影響主要為改變膜表面的流體動(dòng)力學(xué)環(huán)境，增加膜表面的流體剪切力，以減少和去除膜污染物的附著；間接影響主要為改變反應(yīng)器中混合液的特性，從而優(yōu)化或劣化膜過濾的環(huán)境條件。
       通過控制曝氣過程中的關(guān)鍵要素，可以有效減緩膜污染，促進(jìn)膜生物反應(yīng)器在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。
       膜生物反應(yīng)器（簡(jiǎn)稱MBR，Membrane Bioreactor）是將生物處理技術(shù)和膜過濾技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物［1］。相較于傳統(tǒng)生物處理技術(shù)，膜生物反應(yīng)器具有處理效果好、污泥濃度高、可應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)［2-4］。然而在近幾十年的發(fā)展過程中，膜污染問題成為制約膜生物反應(yīng)器技術(shù)廣泛應(yīng)用的主要原因。
       膜污染是在膜過濾過程中，各類膜污染物在物理、化學(xué)、生物作用下吸附在膜表面，從而導(dǎo)致膜過濾性能下降的現(xiàn)象。常見的膜污染控制方法包括曝氣沖刷、混合液特性調(diào)節(jié)、物理/化學(xué)反沖洗等方法，由于膜生物反應(yīng)器通常需要通過曝氣來維持反應(yīng)器中一定的溶解氧濃度，因此利用曝氣沖刷的方式來控制膜污染得到了最為廣泛的應(yīng)用。
       雖然幾十年來國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對(duì)曝氣控制膜污染相關(guān)的課題進(jìn)行了廣泛研究，但其中絕大多數(shù)集中在實(shí)驗(yàn)研究方面，對(duì)眾多實(shí)驗(yàn)結(jié)果的歸納比較卻鮮見報(bào)道。因此，本文在廣泛總結(jié)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，歸納出曝氣過程對(duì)膜生物反應(yīng)器中膜污染的主要影響途徑，并進(jìn)一步提出該過程中有效控制膜污染的關(guān)鍵因素，以期為后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究和工程應(yīng)用提供技術(shù)參考。
1曝氣過程對(duì)膜生物反應(yīng)器中膜污染的影響途徑
       曝氣過程對(duì)膜污染的影響途徑可以從直接影響和間接影響2部分來進(jìn)行分析。直接影響主要為對(duì)膜表面流體動(dòng)力學(xué)環(huán)境的影響，間接影響主要為通過改變反應(yīng)器中混合液的特性而導(dǎo)致膜污染特性發(fā)生變化，具體見圖1。

1.1膜表面流體動(dòng)力學(xué)環(huán)境
       膜表面流體動(dòng)力學(xué)環(huán)境主要影響膜污染物在膜表面的附著，而曝氣作用通常會(huì)有效改善反應(yīng)器內(nèi)和膜表面的流體動(dòng)力學(xué)環(huán)境。曝氣作用的影響因子可以從曝氣強(qiáng)度、氣泡特性以及曝氣模式3方面進(jìn)行討論。
1.1.1曝氣強(qiáng)度
       曝氣強(qiáng)度是曝氣過程最重要的參數(shù)之一，通常以曝氣量和膜面積的比值作為衡量曝氣強(qiáng)度的指標(biāo)。張君等［5］以膜生物反應(yīng)器處理模擬生活廢水為研究體系，考察了曝氣強(qiáng)度對(duì)系統(tǒng)污染物去除、混合液特性以及膜污染的影響。研究結(jié)果表明曝氣產(chǎn)生的水力剪切力不是影響污泥粒徑大小的主導(dǎo)因素，但水力剪切力有利于緩解膜污染。
       陶中蘭等［6］則使用計(jì)算流體力學(xué)的方法研究了曝氣條件對(duì)浸沒式膜生物反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)的影響，模擬結(jié)果表明曝氣孔徑一定時(shí)，隨著曝氣強(qiáng)度的增加，膜面的液相速度也逐漸增加，曝氣孔徑為1mm時(shí)，曝氣量為5.5m3/h是膜面的沖刷效果較好。雖然曝氣強(qiáng)度的增加可以顯著改善膜表面的流體動(dòng)力學(xué)條件，但過高的曝氣強(qiáng)度缺不利于污泥絮體的集聚，并且會(huì)導(dǎo)致不必要的能耗，因此曝氣強(qiáng)度的選擇要適中。