MBR膜污染及其控制

       膜污染是膜與反應(yīng)器內(nèi)的污泥混合液中的污染物質(zhì)相互作用而引起的在膜孔內(nèi)或者膜面吸附、聚集、沉淀等，從而引起膜跨膜壓力的升高（恒流模式）或者膜通量的降低（恒壓模式）的現(xiàn)象。
       活性污泥體系中物質(zhì)眾多，包括污水基質(zhì)、菌膠團(tuán)、微生物細(xì)胞、細(xì)胞碎片以及微生物代謝產(chǎn)物如胞外聚合物（EPS）和溶解性微生物產(chǎn)物（SMP）以及各種有機(jī)、無(wú)機(jī)溶解性物質(zhì)等，理論上講每一部分對(duì)膜污染都有貢獻(xiàn)。
       活性污泥體系中的物質(zhì)在膜孔內(nèi)的吸附和聚集形成的污染，稱之為內(nèi)部污染；而在膜表面聚集或沉積形成的污染稱之為外部污染。
       需要指出的是，MBR的外部污染中存在"泥餅層"污染和"凝膠層"污染的現(xiàn)象。泥餅層污染是指大量污泥絮體在膜面沉積而形成的污染；凝膠層污染則是一些小顆粒物質(zhì)，如膠體物質(zhì)、EPS、SMP 等物質(zhì)在膜面的吸附和聚集，這些物質(zhì)的粒徑分布往往較廣，*控制這些物質(zhì)不在膜面沉積是不可能的。
       在MBR運(yùn)行過(guò)程中，一旦出現(xiàn)泥餅層的污染，系統(tǒng)隨之會(huì)出現(xiàn)壓力迅速上升或者通量急劇衰減的現(xiàn)象，MBR在短期內(nèi)達(dá)到運(yùn)行終點(diǎn)，需要進(jìn)行膜的清洗。而目，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，這些被認(rèn)為"可逆"的泥餅層污染會(huì)逐漸向"不可逆"過(guò)渡，影響系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
       盡管有研究者認(rèn)為泥餅層污染可以起到攔截細(xì)小顆粒物等的作用，但是一般在MBR操作運(yùn)行中要盡可能避免泥餅層的過(guò)渡形成。凝膠層污染所帶來(lái)的是膜污染阻力緩慢上升的過(guò)程，在恒流操作模式中表現(xiàn)為壓力的緩慢上升，在恒壓操作模式中表現(xiàn)為通量的緩慢衰減。
       此外，目前關(guān)于MBR中優(yōu)勢(shì)污染物的研究與認(rèn)識(shí)仍存在爭(zhēng)議，但是一般認(rèn)為反應(yīng)器中存在的膠體物質(zhì)以及微生物產(chǎn)物是引起MBR長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中污染的主要污染物，并且無(wú)機(jī)離子與有機(jī)物之間存在的架橋和絡(luò)合作用會(huì)引起更加嚴(yán)重的污染現(xiàn)象。
       在MBR 中，膜污染與膜材料、污泥混合液性質(zhì)以及操作運(yùn)行條件等三方面相關(guān)。因此，MBR的膜污染控制也主要集中于上述三方面，即高性能膜材料/膜組件研制、污泥混合液性質(zhì)調(diào)控和操作運(yùn)行條件優(yōu)化。
       膜材料和膜組件是MBR以及其他膜分離工藝的核心，是影響膜分離工藝中膜污染的關(guān)鍵因素之一。采用高性能、抗污染的膜材料和膜組件是有效控制膜污染的直接、有效的手段。為此，目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了多種材質(zhì)、各式各樣膜組件的膜產(chǎn)品。從膜材料而言，膜孔，徑、親/疏水性、Zeta 電位、膜面粗糙度以及膜面官能團(tuán)情況等均會(huì)對(duì)膜污染造成影響。
       在高性能膜材料制備過(guò)程中，需要綜合考慮膜面各個(gè)物理化學(xué)性能指標(biāo)的影響。目前，膜材料性能的改良包括膜面改性與膜本體改性兩種途徑。
       具體而言，又包括：
       ①親水性改良，如等離子體處理、藥劑浸泡-干化等；
       ②抗污染因子添加或接枝，如添加功能洗滌劑因子、納米材料、表面紫外光照/y光照射接枝等；
       ③膜面電荷修飾；
       ④膜孔徑、孔隙率、粗糙度等改良。一般而言，MBR 中膜材料希望具有親水性強(qiáng)、負(fù)電性高、孔徑分布均勻、粗糙度低的特點(diǎn)。
       除此之外，值得一提的是一些廉價(jià)基材，如無(wú)紡布、篩絹、不銹鋼絲網(wǎng)、滌綸網(wǎng)等可以利用在基材上形成動(dòng)態(tài)膜進(jìn)行過(guò)濾分離，不僅取得了良好的分離效果，同時(shí)可以避免傳統(tǒng)膜污染嚴(yán)重的問題，這類膜基材的清洗也十分方便。當(dāng)然，膜組件以及膜組器的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)有效控制膜污染也很重要。

       混合液性質(zhì)是影響膜污染的另一重要因素，主要包括污泥濃度、污泥成分（纖維狀物質(zhì)、膠體、溶解性物質(zhì)、SMP、EPS、無(wú)機(jī)離子等）、污泥粒徑、污泥黏度、污泥菌群等。混合液性質(zhì)與膜污染之間的關(guān)聯(lián)十分復(fù)雜，且研究結(jié)論存在著一定的爭(zhēng)議和矛盾之處。
       隨著研究的深入，有關(guān)混合液性質(zhì)與膜污染之間的關(guān)系有以下幾點(diǎn)已基本明晰：
       ①混合液中顆粒粒徑越大越有利于減輕膜污染；
       ②一般而言，混合液中膠體物質(zhì)和溶解性物質(zhì)的濃度越低膜污染就越低；
       ③合適的MLSS濃度有利于膜污染控制；
       ④大分子質(zhì)量的溶解性物質(zhì)中一般易形成膜污染；
       ⑤污泥膨脹/污泥破碎易形成嚴(yán)重的膜污染；
       ⑥一般而言污泥黏度越大膜污染越嚴(yán)重。
       此外，污泥菌群會(huì)影響微生物在膜表面的滋生。
       污泥混合液中存在的毛發(fā)以及其他纖維狀的物質(zhì)會(huì)對(duì) MBR中膜組件產(chǎn)生嚴(yán)重的纏繞和堵塞現(xiàn)象，并導(dǎo)致膜絲或者膜片之間出現(xiàn)大量污泥顆粒或者泥餅層的污染，需要設(shè)置精細(xì)的預(yù)處理設(shè)施或者在回流污泥中增加處理設(shè)施。
       操作條件優(yōu)化對(duì)于膜污染控制具有重要意義，其主要包括以下幾個(gè)方面：
       ①選擇合適的運(yùn)行通量和操作壓力，對(duì)于恒流運(yùn)行模式而言，其運(yùn)行通量要處于次臨界通量范圍內(nèi)，同樣對(duì)于恒壓操作模式需要在次臨界壓力范圍內(nèi)；
       ②曝氣強(qiáng)度及水力學(xué)流態(tài)控制，在MBR錯(cuò)流過(guò)濾中，一般提高曝氣強(qiáng)度會(huì)提升膜表面的水力剪切力和錯(cuò)流過(guò)濾速率，但是也存在一個(gè)最大的曝氣強(qiáng)度，超過(guò)該值，錯(cuò)流速率并無(wú)明顯提升，也可以通過(guò)反應(yīng)器優(yōu)化、投加惰性顆粒物、旋轉(zhuǎn)膜/振動(dòng)膜簽方法提高水力學(xué)條件；

       ③膜的過(guò)濾模式，采用間歇過(guò)濾有助于污染控制，提升系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性；
       ④達(dá)到一定的操作壓力及時(shí)進(jìn)行清洗，污染物在長(zhǎng)期過(guò)程中性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，一些可逆污染會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢赡嫖廴净蛘卟豢苫謴?fù)污染，及時(shí)清洗是避免污染物性質(zhì)轉(zhuǎn)化的有效手段；
       ⑤選擇合適的HRT和SRT。
       操作條件反過(guò)來(lái)又影響了污泥泥合液性質(zhì)，兩者之間相互關(guān)聯(lián)。