MBR膜污染机理及其控制

M BR 膜污染机理及其控制

杨红群　周艳玲

(九江学院化学化工学院,江西九江　332005)

摘　要:本文论述了膜生物反应器中膜的污染机理及其控制。关键词:膜生物反应器　膜污染　机理　控制

1　用于水处理的膜生物反应器技术简介

活性污泥法将生物反应器与二沉池结合起来,是最常用的废水处理方法。常规活性污泥法(C ASP :con 2

ventional activated sludge process )的成功与否取决于依靠

重力进行分离的二沉池的运行效果,但在实际应用中,污泥的沉降性不易控制,处理效果不稳定。膜生物反应器技术(M BR :membrane bioreactor )将活性污泥法水处理技术和膜分离技术结合起来,可以避免C ASP 中污泥沉降性难以控制的问题并且可以替代二沉池。最初报

道的应用于活性污泥法水处理的膜为超滤膜[1]。由于膜能够将生物反应器中的泥水完全分离,可以根据废水特征和其它设计参数将污泥浓度增高至任何适当的浓度。高的活性污泥浓度可以保证在各种进水条件下均能取得较好的出水水质,并且可以减小水处理厂占地空间。M BR 使用的膜有着较小的孔径(对微滤膜来讲通常为0.1μm ),这意味着出水中的悬浮固体(SS:sus 2

pended s olids )很少,微生物量也比常规活性污泥法出水

中的含量低很多

。

图1　循环式(分置式)膜生物反应器示意图

第一代膜生物反应器使用管状膜,膜分离装置置于生物反应器之外并用泵进行水循环,称之为循环式

(分置式)M BR ,如图1所示。反应之后的泥水混合物经

泵送入膜组件,透过液作为处理出水,浓缩液再返回反应器进一步降解。循环流导致了较高的能耗,典型值为3kWhm -3出水[2]。膜组件能耗的高低还取决于膜组件的构造[1]。液体在膜组件中的高速剪切流和循环泵的剪切力可以破坏微生物并直接导致生物反应器中的

微生物失去活性。

浸没式(一体式)M BR 首先在日本被开发并大量安装使用。它可以克服循环式M BR 的缺点。在浸没式

M BR 中,膜组件直接浸没在泥水混合物中,透过液在抽

吸泵的作用下流出膜组件,如图2所示。膜组件的下方有曝气装置,将空气压缩机送来的空气形成上浮的微气泡;在曝气的同时,紊动的液流在膜表面产生剪切力,有利于去除膜表面的污染物。浸没式M BR 能耗的

典型值为0.8kWhm -3出水[2]。当前浸没式M BR 技术发展迅速,主要是因为此种构造的膜生物反应器具有较低的制造、维护和运行费用。使用的膜组件可以是垂

直或水平放置的中空纤维,或者是垂直安放的平板膜[3]

。

图2　浸没式(一体式)膜生物反应器示意图

使用M BR 的最主要限制因素是经济性[4]。和普通分离装置相比,膜组件的费用高、寿命短。膜分离的驱动力是压力差,这意味着操作费用也很高。为了使

M BR 装置有较好的经济性,必须优化设计膜分离步骤,

充分控制膜污染。

2　污泥浓度对膜生物反应器运行特性的影响M BR 的重要特征之一就是通过膜组件的高效固液

分离作用,将绝大部分固形物都截留在反应器中,因而可以维持很高的污泥浓度,降低污泥负荷,提高系统的处理效率。但系统长期不排泥,也会产生一些问题。研究表明,膜的通量会随着M LSS (M ixed Liquor Suspended

S olids )的增大而减小。黄霞等人[6]对循环式M BR 中的

污泥浓度和膜通量的关系进行了研究。膜通量基本上与污泥浓度的对数值呈直线关系,随着污泥浓度的升高而降低。封莉等人[5]对浸没式M BR 的研究也得出了类似的结论。

3　膜污染机理

M BR 工艺的广泛应用不仅取决于自身的技术可行

性,还取决于经济可行性;较高的运行费用是M BR 推广应用中遇到的主要问题。膜生物反应器运行中的能耗问题实质上就是膜污染问题。在了解膜污染机理的基础上,选用适当的膜组件和操作方式可以有效地控制

膜污染,提高膜与整个系统的使用性能和寿命。

3.1　膜污染

废水中的固体颗粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理或化学作用而引起在膜面上的沉积或膜孔内的吸附造成膜孔径变小或堵塞,使膜的透水阻力增加,妨碍了膜面上的溶解与扩散,从而导致膜发生通量降低与分离性能变差的不可逆变化[13]

3.2　膜污染的种类3.2.1无机污染

膜的无机污染主要是指碳酸钙与钙、钡、锶等硫酸盐及硅酸盐等结垢物质的污染,其中碳酸钙和硫酸钙最常见。碳酸钙垢主要是由化学沉降作用引起的。二氧化硅胶体颗粒主要是由胶体富集作用决定。在膜生物反应器中保持水的紊流对于降低膜表面的无机污染是很重要的。

3.2.2浓差极化

当溶质不透过膜或只有少量透过而溶剂透过膜发生迁移时,产生了界面与主体液间的浓度梯度,引起溶质从界面向主体液的扩散,其结果会引起渗透压增加,这就使有限的操作压力减少,引起膜通量减少。但是浓差极化产生的作用是可逆的,一般可以通过增加主体溶液的湍流程度来减轻浓差极化现象的影响。

3.2.3生物污染

不可逆的膜污染和可逆的浓差极化均能引起膜性能的下降,但不可逆的膜污染是主要原因。需要特别注意的是膜的生物污染。

微生物通过向膜面的传递而积累在膜面形成生物膜。当生物膜积累到一定程度引起膜通量的明显下降时便形成生物污染。几乎所有的天然和合成高分子材料都易于被细菌吸附,即使是表面自由能很低的憎水性材料也是如此。在强化传递过程以增强生物降解效果的膜生物反应器中,微生物和膜面的接触得到了强化,使得细菌很容易吸附到膜面上形成生物膜,并进一步生长、繁殖形成生物污垢。形成生物膜的细菌由于自身代谢和聚合作用会产生大量的细胞外聚合物(EPS:extra-cellular polymeric substance),它们将粘附在膜面上的细胞体包裹起来形成粘度很高的水合凝胶层,进一步增强了污垢与膜的结合力。

与无机污染相似,生物污染造成的直接后果是膜通量的下降,引起操作压力的上升,增加了系统的能耗。然而膜通量不是呈线性下降的,初期的时候下降迅速,随后逐渐缓慢下降,最终稳定在较低水平。膜生物污染的另一个影响是破坏膜的内部结构。细菌和微生物可以直接(发酵形式)或间接(改变溶液性质)对膜进行降解,尤其是对那些有机高分子膜。生物降解的破坏作用主要是堵塞膜的孔道,破坏膜内部致密的结构,使得膜内部变得疏松和散乱。不仅严重影响到膜的分离性能,而且大大降低了膜的寿命,使得有机大分子和污染物透过膜,影响到出水水质。

3.3　膜污染的数学模型

目前有关膜污染的数学模型主要可归纳为两大类:一类是从膜的结构、特性出发来描述污染现象的模型。这类模型其参数虽有一定的实际物理意义,但待定参数多,模型复杂,实际应用不方便。例如,Nagaoka 等人的膜生物污染模型[7]。另一类是指数式经验模型[8]。这类模型虽能较好地与实验结果相符合,但往往只关联了少量的影响因素,受到一定的条件限制,无通用性,且不能解释膜污染现象。

4　控制膜污染的措施

我们可以从膜生物反应器的设计和运行两方面来进行优化,降低膜污染,降低运行费用,提高系统的处理能力。

4.1　分离膜的选择

M BR中膜的主要作用是对悬浮固体提供一个障碍物。生物反应器中的固液混合物通常是一个复杂的混合物,对不同物质的去除性能取决于所选用的膜。表1列举出常用膜对不同物质的过滤性能[3]。

表1　常用膜对不同物质的过滤性能

项目微滤超滤纳滤

悬浮固体可以去除可以去除可以去除亚微米胶体有可能去除可以去除可以去除大分子溶质有可能去除有可能去除可以去除病毒有可能去除可以去除可以去除小分子溶质不可以去除不可以去除有可能去除

微滤膜(MF:microfiltration)的孔径小至0.1～0. 2μm。它们能够有效地滤去固体悬浮物,包括绝大多数细菌,并且可以部分移去病毒和大分子溶质。固液混合物中主要的大分子溶质是由细菌产生的EPS,通过吸附作用作为污染物滞留在膜的表面而被滤去。因此,微滤膜能够部分去除M BR处理水中的BOD,主要是悬浮固体物。在膜未被污染时,对于一定的处理出水流量,微滤膜的跨膜压差(T MP:transmembrane pressure)较低,但会因为膜污染而逐渐失去这一特性。

超滤膜(UF:ultrafiltration)的孔径从5nm到0.1μm。这些膜能够有效地滤去病毒和胞外多聚物,因此也能够去除M BR处理水中的BOD。对于给定的出水流量,超滤膜有比微虑膜高的T MP,特别是在操作循环的初始阶段。

纳滤膜(NF:nanofiltration)有着2nm级的孔径。除一些单共价键离子和一些低分子量的有机物外,纳滤膜能够滤去绝大部分物质。因为有着很高的水力学阻力,它们很少应用于M BR,但在特定领域有一定的应用。

膜材料可以是有机高分子或无机陶瓷。废水处理中要求使用价格较低的部件,无机膜相对较高的价格使它们在M BR中的应用处于不利的地位。一些膜的物理和化学特性使得它们适合应用于M BR。这些特性包括:亲水性。众所周知亲水性的高分子膜不易被生物固体和溶解性生物质污染,纤维素材料受到青睐;但也不排除一些憎水性材料,如聚烯烃和含氟聚合物。鲁棒性。膜材料能够抵御化学清洗剂的侵蚀并能够经受周期性的破坏力,特别是反冲洗或曝气鼓泡。适当的价格。许多应用场合需要使用低价格的部件。易于制造。一些材料更易于被制成微孔膜或经挤出加工成为中空纤维。通常使用的高分子成膜材料包括聚烯烃、聚砜和聚偏氟乙烯。

4.2　膜组件的特征

膜系统的设计包括选用适当的膜、设计膜组件和管理流体,也就是怎样将进料液合理地分配于膜表面。膜组件的设计也决定了其它特征,比如能耗、处理悬浮固体的能力、清洗和替换膜组件的难易、装填密度等。表2将各种常用的膜组件的特点进行了归纳总结[3]。

表2　常用膜组件的特点

特征平板膜螺旋卷式管式中空纤维装填密度中等高低高能耗低/中等中等高低

固体处理能力中等差好中等/差清洗难易中等困难好,可进行物理清洗可反冲洗替换膜部件膜片单元管或单元单元

M BR要求膜组件能够处理悬浮固体、对能耗的需求相对较低、提供较高的装填密度。这些要求使得管状膜、中空纤维、螺旋卷式的膜组件不适用于循环式M BR。浸没式M BR比循环式M BR易于使用。

由于浸没式M BR越来越多地被应用,我们对浸没式M BR中的膜组件型式的选用作一探讨。对于相同处理量的两个生活污水处理厂[9],它们运行于类似的活性污泥浓度、相似的曝气强度、相似的膜孔径、相近的出水水质。在采用中空纤维膜组件的系统中,由于水力学特征不易控制,这些膜比平板膜更易于被污染。因此需要更频繁的物理冲洗和化学清洗。平板膜组件比中空纤维膜组件要贵20-25%,但反冲洗容易,并且平板膜组件的水力学阻力要小一些。膜组件的选型是一个综合考虑多种因素后的折衷。

4.3　影响M BR出水通量的因素

对于浸没式中空纤维M BR系统,有几个设计和运行参数可以影响其性能。它们包括:曝气鼓泡时气泡的数量和性质,由此产生的液体流动的流量,纤维的放置方式,纤维的直径、长度,装填密度和松紧程度,生物质的浓度,操作方式等。

下面结合具体的应用[3]来讨论影响M BR出水通量的因素。系统1使用一个错流室,允许流体以横向或轴向流过中空纤维,可以使用不同尺寸的中空纤维并且纤维间的间距可以调整。系统2使用一个料液罐,用以垂直安放实验室规模的中空纤维膜组件(约0.3m和0. 5m长),在恒定的通量下进行抽吸压力监控。在这两个系统中使用的是孔径为0.2μm的聚丙烯中空纤维,外径从0.65mm到2.7mm不等。使用的生物质为干酵母,平均直径5μm。

4.3.1临界通量[3]

在系统1中,曝气能显著增加处理出水流量。在出水量较小时效果明显,在出水量较大时效果不明显。图3表示了在T MP固定时出水通量和曝气气体流速的关系[3]。由图可见,通量随着曝气强度的增加而升高,最后稳定在一较高值上。曝气鼓泡可以降低可恢复和不可恢复阻力的程度。

在理论上,当系统运行在固定出水通量条件下,可以做到在操作过程中固体颗粒不在膜表面上积累。当污染物开始积累时的出水通量被称为“临界通量”(J crit)。在这个通量下,对流所引起的固体物沉积,刚好被流体剪切力之类的作用所平衡,不会引起固体物在膜表面的沉积。可以用通量步进和观察T MP历史的方法来测量J crit,一旦T MP开始显著地增加,就意味着沉积就开始了并且通量超过了J crit。由于曝气鼓泡可以增强液体流动在膜表面形成的剪切作用,可以预料曝气鼓泡将使J crit增大。图4所示为临界通量和曝气气体

流量之间的关系[3]。由图可见,J crit 随曝气气体流量增

加而增大

。

图3　浸没式M BR

中曝气气体流速对出水通量的影响

图4　临界流量和曝气气体流量之间的关系

在实际运行的M BR 中,J crit 并不是一个非常清晰的概念,这是因为:M BR 反应器中的液体是一个由不同物种组成的混合物,每种物质对膜表面液体流动形成的剪切力有不同的响应,通量步进法只能测量主要物种的Jcrit ;在浸没式M BR 中,由于中空纤维内腔沿着轴向存在一个压差,所以中空纤维膜内存在着一个通量分布,这就意味着某些位置的通量大于J crit ,而某些位置的通量小于J crit 。因此,考虑“可持续通量”是很现实的做法,也就是在适当的操作周期内不需进行膜清洗而能持续的出水通量。可以认为“可持续通量”随着曝气气流速度的增加而增大。

4.3.2反应器内循环流流率[1]

在实际操作中,曝气也是一个影响膜组件性能的重要因素。在浸没式M BR 中,由曝气而形成的液流湍动可以降低膜表面污染物的积累。在浸没式M BR 中,曝气形成的液流在反应器内形成升流区和降流区。当降流区的横截面积与升流区之比较小时(1.6),生物反应器内没有形成足够的液体流动用于清洗膜表面。当这个比值较大时(3.6～4.5),生物反应器内形成了适当的能够减缓膜面污染的流体流动。

4.3.3膜的放置方式[3]

在系统1的测试中,浸没式中空纤维的性能变化很

复杂,取决于纤维的尺寸和有无曝气鼓泡。

无鼓泡:对于小纤维(id/od:0.39mm/0.65mm)横向放置效果好于竖直放置;对于大纤维(id/od=1.8mm/2. 7mm),竖直放置效果好于横向放置。

有鼓泡:竖直放置效果好于横向放置。有证据表明横向放置的膜单元能滞留部分气泡,不能够在膜表面形成充分的湍动与剪切作用。

4.3.4膜纤维的直径[3]

在系统1中,较小的纤维比较大的纤维效果好,可能原因是较纤细的纤维更加易于活动,易随水流摆动,从而不利于污垢在膜表面的积累。

在系统2的测试中,当使用最小直径的纤维并且纤维装填较松时,效果最佳。在实际应用中,要考虑到不能将中空纤维装填过松,否则液流有可能导致纤维丝的过度运动并损坏纤维丝。

Fane等人[3]提出一个数学模型用来模拟浸没式M BR中的中空纤维膜组件的行为,并使用该模型对一定长度的中空纤维膜直径予以优化以获得最大产率。他们认为,由于直径很小的纤维有着高的压力损失,而直径较大的纤维有着较低的装填密度和比表面积,所以对于一定长度的中空纤维膜,一定存在一个最优的纤维直径。

杨大春等人[10]采用水力学计算方法对中空纤维膜组件进行优化设计,发现膜的几何尺寸对产水量的影响很大,并提出在经济性允许的条件下应将膜选得尽量短:同时膜纤维端口的粘合长度越长,出水量越低。在膜的制造过程中,在强度允许的条件下应尽量缩短粘合长度。

4.3.5操作压力

选择适当的T MP。T MP对膜通量的影响主要体现在污染层的厚度与密实程度。膜表面的凝胶层在高的操作压力下变得更加密实,导致过滤阻力的增加,从而降低了膜通量。同时凝胶层的密实化也增加了膜的清洗难度,降低了反冲洗对膜的清洗效果。从膜的处理水量来看,提高膜操作压力有利于增加膜通量,但操作压力的增加几乎使处理每m3污水的能耗线性增加。在实际运行中,操作压力的选择应从膜通量和能耗两方面进行综合考虑,系统存在着一个最佳操作压力范围。

系统开始运行时的膜通量影响主体料液中粒子向膜面的运动速度,膜通量越大,粒子在膜面沉积越快,膜的阻力增加幅度也越大,膜通量衰减得越快。恒通量操作方式避免了初始T MP过高产生的不可逆的膜污染,如粒子被压入膜孔,造成污染阻力急剧增加、膜通量难以稳定的后果,可有效地控制膜污染的快速增长,使膜通量可以长期保持在较高水平。

4.3.6间隙出水操作

间隙出水操作并进行曝气鼓泡。在膜生物反应器中,曝气的目的除了为微生物供氧之外,还能使上升的气泡及其产生的紊动水流阻止污泥聚集和清洗膜表面,保持膜通量稳定。在浸没式M BR中,采用间隙抽吸的操作模式旨在通过定期地停止膜过滤,使从液体到膜面的净流速为零,以使沉积在膜面上的污泥在曝气鼓泡作用下松弛从而从膜面上脱落下来,使膜的过滤性能得以部分恢复。抽吸过程越长,污染物在膜表面的积累越多;停止抽吸时间越长,膜表面可逆污染物脱落越多,膜过滤性能的恢复也就越好。

4.3.7控制活性污泥浓度

控制活性污泥浓度。污泥浓度对膜过滤性能的影响主要体现在两个方面。一方面,污泥浓度较高时,污泥易在膜表面沉积,形成较厚的污泥层,导致过滤阻力增加,膜通量降低。另一方面,当污泥浓度太低时,污泥对溶解性有机物的吸附和降解能力减弱,使得混合液中的溶解性有机物浓度增加,从而易被膜表面吸附形成凝胶层,导致过滤阻力增加,膜通量下降。在一定的操作条件下,膜通量基本上与污泥浓度的对数值呈直线关系[6,11]。尽管较高的污泥浓度可以提高生物反应器的容积负荷,但膜通量的降低又会限制出水流量,从而影响整个膜生物反应器的处理能力。因此,膜生物反应器的污泥浓度不宜过高。

4.4　膜的清洗

4.4.1膜的反冲洗

采用少量膜出水对膜组件进行周期性反冲洗能显著提高膜通量。但反冲洗要消耗一定量的净化水,反冲洗过于频繁会使膜出水量过分下降;反冲洗间隔过长,反冲洗后膜通量衰减较快,无法长时间保持稳定的

反冲洗效果。所以,在M BR系统中找到最佳反冲洗周期,使用最小反冲洗水量来达到最佳反冲洗效果是十分重要的。樊耀波等人[12]推导出一个最佳反冲洗周期测算公式:

F(t)=(Q f-Q b)/(t f+t b)(1)

f(t)=dQ f/dt(2)其中,F(t)为膜的有效透水率;

f(t)为膜的即时透水率;

Q f为一个周期内的过滤出水量;

Q b为一次反冲洗的耗水量,通过实验确定,一般为常量;

t b为反冲洗持续时间,通过实验确定,一般为常量;

t f为系统过滤透水时间;

t b为反冲洗持续时间。

根据(1,2)式,很容易测得最佳的过滤透水时间t f:首先以反冲洗效果为依据通过实验确定t b和Q b;记录透水量Q f和时间t,处理数据得到有效透水率F(t)和即时透水率f(t);作F(t)和f(t)对t的图,F(t)=f(t)的时间即为所求时间t f。

4.4.2膜的化学清洗

经过长期运行,随着膜污染的增加,反冲洗后的膜通量不能完全恢复,必须对膜进行化学清洗。常用的化学试剂有稀酸、稀碱、酯、表面活性剂、络合剂和氧化剂等。对不同的膜,选择化学试剂要慎重,以防止化学清洗剂对膜的损害。选用酸类清洗剂,可以溶解除去矿物质及DNA,而采用NaOH水溶液可有效地脱除蛋白质污染。对于蛋白质污染严重的膜,用含0.5%蛋白酶的0.01NNaOH溶液清洗30min可有效恢复透水量。在某些应用中,如多糖等,用水浸泡清洗,即可基本恢复初始透水量。用柠檬酸加氨水清洗液可去除碳酸盐垢及金属胶体。E DT A加NaOH清洗液可去除二氧化硅、有机物及微生物污染物。加入杀菌剂可以控制膜的生物污染。应注意防止杀菌剂进入生物反应器杀伤微生物,从而影响生物活性,使处理效果变差。

4.4.3超声波清洗

超声波清洗主要是利用超声波在液体中空化作用达到清洗目的,与此同时,超声波在液体中又能起到加速溶解和乳化作用。用超声波清洗,质量好,速度快,尤其对于采用一般常规清洗方法难以达到要求、几何形状比较复杂的被清洗物,超声波效果更为明显。使用超声波清洗膜需要解决一系列问题:对不同的膜组件、污染程度选用适当频率和功率的超声波,以达到较好的清洗效果;超声波对微生物的生长是否有抑制作用,若有如何将这种影响降到最低。总之,用超声波替代人工清洗膜是可行的,但还需对具体的操作参数作进一步的研究。

5　结论

膜的高制造成本以及污染问题一直是阻碍M BR广泛应用的两大因素。随着制膜工艺的不断成熟,膜的制造成本进一步接近于实用。对膜污染机理及其控制的研究,使M BR的运行费用的降低成为现实。有实际工程应用表明[2],对于处理典型的生活污水,一体式膜生物反应器总运行成本为1.9元/m3,用于中水回用具有明显的竞争优势,具有很好的环境效益和经济效益。M BR技术应用会越来越广,在环境保护方面将发挥重要的作用。

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Membrane Fouling and Control in MBR

H ongqun Y ang　Y anling Zhou

(College o f Chemistry and Chemical Engineering,Jiujiang Univer sity,Jiujiang,Jiangxi,China,332005)

Abstract:This paper reviews membrane fouling mechanisms and fouling control techiques in.M BR.

K ey w ords:membrane bioreactor　fouling　mechanism　control

(上接第14页)

他的原料5,6一二甲氧基一2一乙氧基羰基一1一茚酮非常的难寻,并且使用了乙氰做为溶剂。在前四个方案中,反应时间也非常的长,这些都不利于盐酸多奈哌齐的大规模、商业化生产。在第五方案中,反应时间、条件都比较适合,是一条较为适合大规模、商业化生产的工艺路线。

4　发展趋势

盐酸多奈哌齐通常为口服给药,在给药前为销售和储藏可能要放置一段时间。在储藏期间,该药物耐热和耐温的稳定性是非常重要的。因此需要更加稳定的盐酸多奈哌齐药物,不过已知尚无盐酸多奈哌齐的多晶型物存在,还没有找到足够稳定的盐酸多奈哌齐药物。所以寻找盐酸多奈哌齐的长期更稳定的结晶形式,对销售和储藏都具有更实际的意义。

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[6]吴畏,傅若秋.第二代胆碱酯酶抑制剂多奈哌齐的药理作用及临床应用。

MBR膜污染形成机理及控制

２００６年２月 Ｆｅｂ．２００６ ?110? 文章编号：1673-1212(2006)01-0110-03 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膜污染的形成机理及主要影响因素 １．１ 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。［１］ 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。 ［５］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。 ［５］ 第二种机理形成的沉积层与膜表面的结合力较弱，控制膜出水通量在合理的范围内可减少污泥絮体在膜表面的沉积。此外，在膜过滤过程中，曝气或膜面错流等操作形成的剪切力和扰动作用基本可以将沉积层去除，它对膜的通透性能影响不大。造成膜通透性能降低的主要污染因素是膜孔的堵塞和凝胶层的形成。在膜过滤过程中水力作用很难将这两种污染去除，必须通过专门的膜清洗才能恢复膜的通透性，这也是导致工艺运行费用增加的主要原因之一。控制膜污染的主要目的是确保膜的通透性，降低运行成本。因而，膜孔的堵塞和抑制凝胶层的形成是ＭＢＲ膜污染控制的重点。１．２ 影响因素 影响膜孔堵塞的主要因素是料液中的生物相尺寸和膜自身的特性。一般生物相尺寸越小越容易堵塞膜孔且孔内微生物在营养物充足时会出现滋生现象，加重膜孔 堵塞程度。［１０］膜的特性主要有膜材质、膜孔径大小、空隙 率、亲疏性、电荷性质和粗糙度等。不同特性的膜吸附料液颗粒物的程度不同，所以污染的程度也不同。影响凝胶层析出的因素为料液生物相尺寸和反应器中的溶解性难降解有机物浓度。溶解性难降解有机物这里主要是指胞外聚合物（ＥＰＳ）会导致溶液粘度的增加，堵塞污泥絮体颗粒之间的空隙，改变膜面形成的空隙率的结构，是凝胶 层形成的主要因素。［５］生物相尺寸越小在过滤过程中越容 易达到膜表面，形成比阻更高的致密层，加速凝胶层的形成。此外，膜的出水通量在膜过滤过程中控制着浓差极化 收稿日期：　２００５－０９－２３ 作者简介：蒋波（１９７９－），男，江苏徐州人，中国矿业大学环测学院工程系在读硕士研究生，主要研究方向为污水处理技术。 ＭＢＲ膜污染形成机理及控制 蒋波１，王丽萍２，华素兰３，张传义４ （１．２．３．４中国矿业大学　环测学院，　江苏　徐州　２２１００８） 摘 要：　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凝胶层的形成，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。关键词：　ＭＢＲ 膜污染 凝胶层 胞外聚合物（ＥＰＳ） 中图分类号：X703 文献标识码：B ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT

膜产品污染的防治方法

膜产品污染的防治方法

膜产品污染的防治方法 1. 实施膜材料改性 膜材料对膜分离技术有着藏药影响，因此选用或开发研究新型膜材料是改善或解决膜材料对膜分离效果影响的最根本 方法。由于原液成分负载多样，因此应根据实际的水质特点和处理要求选择合理的膜材料。 随着对膜分离技术要求的提高，工作人员应根据实际情况对膜材料进行改性，从而提高膜的耐压性和稳定性。工作人员首先应对污染物细致进行分析，之后将污染物性质与膜的性质进行比对。膜的亲水性会直接影响膜的无燃气卡，因此亲水性越低膜越容易被污染。在实践过程中，针对膜材料改性可利用纳米颗粒进行超滤膜改性，提高膜的通量，提高膜污染的条件，降低整体系统的损耗。此外，针对膜的表面改性可将海印衍生物结合在伤痛表面，提高反渗透膜的耐污性。 2. 优化膜清洗工艺 在实际应用中，膜材料合理和操作的规范只是降低膜污染情况，但仍存在着膜孔堵塞等污染情况。膜污染处理最直接有效的方法就是膜清洗。膜的化学清洗主要应用酸碱和氧化剂等去除膜污染物，这种方法快速直接，但往往伴随着二次污染。

膜的物理清洗主要是通过超声波、气水反冲洗和空气反吹洗的方式进行清洗。但这种方式效果与化学清洗相比略差，且会影响膜通过量。因此，二者结合的方式是实际工作中最长使用的。首先工作人员经膜用纯净水进行反复冲洗。其次将膜浸泡在柠檬酸中，进行短期循环清洗。之后对浸泡清洗的膜再次进行纯净水冲洗。用EDTA溶液与氢氧化钠的混合液再次清洗膜。最后再次利用纯净水对膜进行冲洗，投入生产。膜的无机物污染有酸性清洗，膜的有机污染有碱性清洗完成。 3. 保证渗透液预处理的有效性 在膜污染防治中，渗透液的处理至关重要。废水中的大分子有机物、颗粒或者胶体等物质处理效果不理想进行膜分离，就会造成膜的污染。目前渗透液的处理方法有生物法，絮凝组合和机械过滤等方式。根据渗透液的位置年龄选择对应合适的方法，避免逆效应的产生。在反硝化工艺中，排除垃圾渗滤液中的氨氮和硝态氮，提高系统的处理效果，加强系统工作效率。增加纳滤膜和反渗透膜的通量，降低污染，确保系统的稳定性。

MBR膜污染机理及其控制

M BR 膜污染机理及其控制 杨红群　周艳玲 (九江学院化学化工学院,江西九江　332005) 摘　要:本文论述了膜生物反应器中膜的污染机理及其控制。关键词:膜生物反应器　膜污染　机理　控制 1　用于水处理的膜生物反应器技术简介 活性污泥法将生物反应器与二沉池结合起来,是最常用的废水处理方法。常规活性污泥法(C ASP :con 2 ventional activated sludge process )的成功与否取决于依靠 重力进行分离的二沉池的运行效果,但在实际应用中,污泥的沉降性不易控制,处理效果不稳定。膜生物反应器技术(M BR :membrane bioreactor )将活性污泥法水处理技术和膜分离技术结合起来,可以避免C ASP 中污泥沉降性难以控制的问题并且可以替代二沉池。最初报 道的应用于活性污泥法水处理的膜为超滤膜[1]。由于膜能够将生物反应器中的泥水完全分离,可以根据废水特征和其它设计参数将污泥浓度增高至任何适当的浓度。高的活性污泥浓度可以保证在各种进水条件下均能取得较好的出水水质,并且可以减小水处理厂占地空间。M BR 使用的膜有着较小的孔径(对微滤膜来讲通常为0.1μm ),这意味着出水中的悬浮固体(SS:sus 2 pended s olids )很少,微生物量也比常规活性污泥法出水 中的含量低很多 。 图1　循环式(分置式)膜生物反应器示意图 第一代膜生物反应器使用管状膜,膜分离装置置于生物反应器之外并用泵进行水循环,称之为循环式 (分置式)M BR ,如图1所示。反应之后的泥水混合物经 泵送入膜组件,透过液作为处理出水,浓缩液再返回反应器进一步降解。循环流导致了较高的能耗,典型值为3kWhm -3出水[2]。膜组件能耗的高低还取决于膜组件的构造[1]。液体在膜组件中的高速剪切流和循环泵的剪切力可以破坏微生物并直接导致生物反应器中的 微生物失去活性。 浸没式(一体式)M BR 首先在日本被开发并大量安装使用。它可以克服循环式M BR 的缺点。在浸没式 M BR 中,膜组件直接浸没在泥水混合物中,透过液在抽 吸泵的作用下流出膜组件,如图2所示。膜组件的下方有曝气装置,将空气压缩机送来的空气形成上浮的微气泡;在曝气的同时,紊动的液流在膜表面产生剪切力,有利于去除膜表面的污染物。浸没式M BR 能耗的

造成RO膜污染的原因及解决方式

造成R O膜污染的原因 及解决方式 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

1.造成RO膜污染的原因有哪些 反渗透运行时，进水中含有的悬浮物质、溶解物质以及微生物繁殖等原因都会造成膜元件污染。反渗透系统的预处理应尽可能的除去这些污染物质，尽量降低膜元件污染的可能性。造成膜污染的原因主要有以下几种： 新装置管道中含有油类物质和焊接管道时的残留物，以及灰尘且在装膜前未清洗干净； ●预处理装置设计不合理； ●添加化学药品的量发生错误或设备发生故障； ●人为操作失误； ●停止运行时未作低压冲洗或冲洗条件控制得不正确； ●给水水源或水质发生变化。 ●污染物的种类、发生原因及处理方法请参见下表。 反渗透膜污染的和种类、原因及处理方法 2.反渗透和纳滤系统的清洗方式有哪些 反渗透和纳滤系统的清洗可分物理清洗和化学清洗。 物理清洗也可叫物理冲洗，冲洗是采用低压大流量的进水冲洗膜元件，冲洗掉附着在膜表面的污染物或堆积物。 冲洗的要点： a.冲洗的流速 装置运行时，颗粒污染物逐渐堆积在膜的表面。如果冲洗时的流速和制水时的流速相等或略低，则很难把污染物从膜元件中冲出来。因此，冲洗时要使用比正常运行时更高的流速。通常，单支压力容器内的冲洗流速为： ●8英寸膜元件：h； ●4英寸膜元件：。 b.冲洗的压力 正常高压运行时，污染物被压向膜表面造成污染。所以在冲洗时，如果采用同样的高压，污染物仍会被压在膜表面上，清洗的效果不会理想。因此在冲洗时，应尽可能的通过低压、高流速的方式，增加水平方向的剪切力，把污染物冲出膜元件。压力通常控制在以下。如果在以下，很难达到一定的流量时，应尽可能控制进水压力，以不出产水或少出产水为标准。一般进水压力不能大于。

膜污染机制及防治和控制技术研究

膜污染的各种因素及EPS对膜污染的影响 膜污染是膜应用过程中普遍面临的问题，它主要来源于处理过程中溶液中的溶质沉积在膜表面或者进入膜孔内部，即膜面污染和膜孔污染，这两种形式的膜污染都会造成过膜压力的提高和膜通量的迅速下降。一直以来，关于膜污染的研究很多，主要集中在对具体形式的膜污染特点进行分析，或者针对某种特定水的膜污染特点进行分析。例如： 2009年清华大学的朱洪涛等人研究的在臭氧消毒的膜法水处理工艺中臭氧的投加量对膜污染的影响，具体内容在下文会介绍到。 2010年西安建筑科技大学的金鹏康等人采用热重分析法(TG)测定污染膜的表面沉积物变化情况，并利用光散射颗粒分析仪( PDA)评价膜过滤过程中膜表面截留液中颗粒物的沉积情况，同时借助扫描电镜(SEM)以检测膜表面和横截面污染物情况来分析超滤膜过滤过程，讨论不同截留分子量超滤膜的膜面污染和膜孔污染的关系。得出结论：（1）截留分子量越小，膜表面污染物质越多，其截留液的中颗粒物浓度在初始时刻增加显著。膜截留分子量的增加使得截留液颗粒物浓度逐渐减小，膜面污染较小。（2）截留分子量较小的膜，在初始时刻的过滤过程中主要是膜面截留的污染物质起主要作用，即首先形成滤饼层，滤饼层可进一步吸附截留水中污染物质，防止污染物质进入膜孔内部。但是对于截留分子量较大的超滤膜，由于膜孔相对较大，污染物质则相对容易进入膜孔内部，从而迅速造成膜孔内部污

染，膜面污染物质则较少。 2010年同济大学的董滨等人研究了不同泥龄下溶解性微生物产 物对膜污染的影响。溶解性微生物产物( soluble microbial product s ,SMP) 是指微生物代谢过程中产生的可溶性有机物，近年来在污水生物处理中备受关注，已被证实是引起膜污染的重要物质。SMP 的组成极为复杂，既包括疏水性物质(如腐殖酸和黄腐酸，也包括亲水性物质(如碳水化合物和蛋白质)，且其组分的相对分子质量和电荷性质不尽相同。目前,普遍认为SMP构成了二级生物处理水中溶解性有机碳(DOC)的绝大部分，并具有一些其他特性,如对生化反应的毒性、与金属的鳌合性等。SMP在MBR中的行为更为复杂。黄霞等对MBR长时间运行过程中SMP的积累情况进行研究，发现积累的SMP不仅抑制微生物代谢活性,而且产生膜污染，造成膜通透性下降. H. S. Shin 和S.T. Kang对SMP积累的相关研究指出，积累的SMP大部分来自微生物内源呼吸过程中细胞的解体。而SMP对膜的污染机理也逐渐成为更多MBR系统研究者的考察内容。其研究结果有：(1) MBR中及出水中的SMP质量浓度,随泥龄的延长呈先减小后略有增大的趋势,而SMP在MBR中的积累 程度及SMP的膜污染潜势随泥龄延长呈下降趋势,泥龄短时SMP积累和膜污染潜势显著增大,表明膜污染与SMP 积累密切相关.(2) MBR中与出水中SMP相对分子质量分布相似,表明膜对SMP不同相对分子质量组分的截留并非基于尺寸排阻。SMP的相对分子质量分布呈明显的双峰特征,随着泥龄由10d延至60d，泥龄短时的MBR中，SMP中的小分子组分积累显著,泥龄长时的MBR中，SMP中高分子组分的比例升高。据此

超滤膜污染的机理和控制_张原

研究与探索 超滤膜污染的机理和控制 张　原 (深圳市自来水集团有限公司,广东　深圳　518031) 摘要　文章介绍了超滤膜污染的机理和模型,然后试验证明引起膜污染的主要因素包括:膜材料的性能、膜材料与所处理液的相互配合、处理液的浓度与流速等。通过改善膜材料的性能、合理处理好膜与所处理液之间的各种参数匹配,可以有效地解决膜的污染问题。 关键词　超滤膜　范德华力　双电层　吉布氏吸附方程　弗雷德里希方程 Mechanism and Control of the Pollution of Ultrafiltration Membrane Zhang Yuan (Shenzheng Water S upply (Group )Co .Ltd .,Guangdong Shenzheng 518031) A bstract In this paper ,mechanism and model of the pollution of ultra -filtration membrane are in -trouduced and then the main facto rs including the characteristics of the materials membrane m ade of ,m atching of the membrane and the liquid to be treated ,make the mem brane polluted were approved .To improre the char -acteristics of the membrane and match well the parameters related to the membrane may be solved . Keywords ultra -fillration membrane van der weals force electric double layer Gibb 's adsorption e -quation freundlich isotherm 1　膜技术在给排水行业的应用 由于在给排水领域内,超滤膜应用较广,而系统在运行过程中,特别是废水处理领域内,因膜污染而引起的过滤阻力不断增加,膜过滤通量严重衰减,是阻碍该项技术应用推广的关键所在。本文拟通过对超滤膜污染的实验,总结污染的控制因素,提高膜技术在给排水领域内有效应用的认识。2　超滤膜污染机理与模型2.1　污染的机理与模型 从宏观理论上讲,溶液在膜表面的吸附过程比 较复杂,因为在吸附过程中,溶质和溶剂之间,或者吸附剂混合物(膜)各组分之间始终存在着竞争吸附,所以溶液的吸附等温线必须在测量表观等温吸附线后,加上适当的蒸气吸附数据进行计算才能得到。但在实际上,从定性的角度可以认为,膜对溶质的吸附与两者之间的极性密切相关,极性材料的膜倾向于强烈的吸附极性物质,对非极性物质的吸附就弱得多。相反,非极性材料的膜则更容易吸附非 另据试验表明,2%浓度的稳定性ClO 2,由于浓度低,活化后转化率不高,ClO 2含量低,如能采用高纯ClO 2发生器(如上海技源科技有限公司的产品),ClO 2转化率在95%以上,效果更佳。 参考文献 1　王升坤:《Cl O 2用于油田采出水处理的研究》,工业水处理,1999,3. 2　陈雷等:《石油开采废水处理技术的现状与展望》,中国给水排水, 1999,11. 3　唐晓东等:《含硫气油水的综合治理技术》,工业水处理,1999,4.4　李佐东等:《稳定性ClO 2在油田解堵中的应用》,资料,1999,4.5　李超等:《关于大庆地区净化水处理中应用稳定性ClO 2的可行性 研究》,资料,1997,5. 6　陆柱、郑士忠等:《油田水处理技术》,石油工业出版社,1990,2. 第一作者简介:项成林　上海吴泾化工有限公司副总工程师,教授级高级工程师,上海市净水技术学会副理事长,中国工业水处理学会理事　收稿日期:2001年7月 11 　净水技术Vol .20NO .42001

膜生物反应器膜污染机理及控制措施分析_宋万召

膜生物反应器膜污染机理及控制措施分析 宋万召1，杨云军2 (1．扬州环境资源职业技术学院，江苏225127; 2．山东博洋环境资源有限公司，山东276700) 摘要：膜生物反应器作为城市污水处理的一项重要技术，研究其膜污染的机理和控制措施对水处理技术 的发展有重要意义。文章概述了膜污染的4种经典模型，并从膜的性质、活性污泥混合液和膜组件的运行条 件等方面分析了膜污染的影响因素，最后对膜污染的防治和治理给出了对策。 关键词：膜生物反应器;膜污染;对策 中图分类号：X703．1文献标识码：A文章编号：1007－0370（2012）05－0177－03 The analysis of mechanism and control measure of membrane pollution for MBR Song Wanzhao1，Yang Yunjun2 （1．Yangzhou Vocational College of Environmental and Resources，Jiangsu225127； 2．Shandong Boyone Environmental Resources Co．Ltd，Shandong276700） Abstract：Membrane Bioreactor is an important technology for the treatment of municipal sewage．It studies the mechanism and control measure of membrane pollution，which has the important meaning for the wastewater treatment．It concludes that there are four classical mod-els in the membrane pollution，and analyses the impact factor from the membrane property，activated sludge mixture and membrane module．In the end，it gives some suggestion for the control measure of membrane pollution． Keywords：Membrane biological reactor；Membrane pollution；Measure 1引言 自从上世纪六十年代起，膜生物反应器研究成果开始应用于污水处理领域，美国科学家Smith1969首先报道了超滤活性污泥处理城市污水工艺设计的结合。日本国土由于狭窄的原因，对膜分离技术在废水处理中的应用进行了非常多的投资，推动了它的实际应用。90年代，除城市污水处理技术，具有特殊的废水处理的方向扩展，逐步扩展到石油化工，制药，食品，发酵，垃圾渗滤液和其他工业废水领域。我国二零零二年，将膜材料和膜产业列为国家大力发展的朝阳产业之一。 2关于膜生物反应器的污染原理 生物反应器混合溶液中的胶体颗粒，溶解或悬浮的有机化合物吸附在膜表面沉积在膜孔周围，造成膜孔径较小或堵塞，膜通量下降等问题叫做膜污染。膜污染的快与慢决定了膜使用周期的长短，并随后影响膜的更换周期，导致膜的清洗和维护成本低。因此，经过分析膜污染形成的原因，确定膜的清洗方法是研究发展的关键。膜污染的机理分析如下： 按照膜污染的现象和表面沉积的污染物质的种 — 771 — 膜生物反应器膜污染机理及控制措施分析宋万召杨云军

反渗透膜的污染及防治

反渗透膜的污染及防治 (华北电力大学，河北保定 071003) 摘要：文章介绍了反渗透技术在丰泰发电厂的应用，分析了反渗透膜元件的污染机理及预防措施，提出了相关的 中图分类号：TU991.26 文献标识码：B 文章编号：1007—6921(XX)11—0081—02 反渗透水处理技术是当代先进的水处理脱盐技术，它广泛应用于电力、化工、石油、钢铁、市政、环保等行业，应用于生产锅炉补给水合饮用水，淡化海水，制备电子超纯水，反渗透相对于传统水处理系统有以下优点：①反渗透水处理技术操作简单和运行经济，易于掌握。②它的使用，延长了传统的交换设备的再生周期，减少了酸碱的排放量，有利于当地环境保护。③可以大大降低运行人员的劳动强度，可以进一步提高整个水处理工艺的运行水平和自动化程度。④反渗透技术可以用作水质比较差的工艺。 1 我厂锅炉补给水系统采用反渗透预脱盐加二级除盐系统，以满足两台2×200MW机组对合格除盐水的正常使用需求，系统工艺流程如下：

原水→多介质活性炭→保安过滤器→高压泵→反渗透 反渗透安系统设计产品水出力2×50m3/h，每列按一级二段6×3排列，每列共有压力容器9个，每个压力容器内装有6根膜元件。采用膜元件为DOW公司生产的BW30-365涡卷式复合膜，此膜有芳香聚酰胺等高分子有机物合成，具有稳定性好，脱盐率高，抗有机物污染能力强，不易压实，对氧化物质和悬浮物要求严格等特点，设计回收率75%，脱盐率5年内〉97%。 反渗透装置的预处理设备有一级加药PAC，主要作用是消除原水中含有的悬浮物、胶体、颗粒及细菌等，在反渗透入口有阻垢剂加药系统，可以防止溶质的结垢和起到结垢成分的分散作用。 四台多介质过滤器用于滤除经一级加药后形成的矾花和原水中的悬浮物、颗粒，以保证反渗透系统给水对SDI、浊度的要求。三台活性炭过滤器是吸附多介质过滤器无法支除的余氯，以防止反渗透膜受其氧化降解，同时还吸附水中的有机物等污染物，进一步降低SDI值。每套反渗透装置前配备一套保安过滤器，以支除水中5u以上的颗粒物，保证 2 2.1

MBR膜污染及防治技术研究

MBR膜污染及防治技术研究 摘要：膜污染是MBR工艺中关键的制约因素。本文介绍了膜污染的三阶段理论，包括初始污染阶段、缓慢污染阶段、跨膜压强跃升阶段。综合国内外对膜污染的相关实验，总结分析了有效控制膜污染的几种技术，包括对原水进行预处理、膜的清洗、投加添加剂改变污泥特性、优化MBR条件以及培养好氧颗粒污泥。 关键字：MBR；膜污染机理；污染防治； 1前言 膜生物反应器MBR工艺作为一种新型的污水处理工艺，通过膜的高效截流作用代替了传统活性污泥工艺中的二沉池。MBR反应器内部具有活性污泥浓度高、面积占地小、出水水质好且产率低等特点，现已应用于污水、工业水、回用水处理领域。但存在已久的膜污染问题将导致膜通量下降、膜冲洗、能耗增加等问题，因而限制了MBR的广泛使用。研究膜污染运行过程中的膜污染机理将对膜污染的控制从而降低能耗有重大研究意义，因此，笔者通过分析膜污染机理从而研究总结了降低膜污染的控制技术。 2MBR膜污染 在MBR运行条件下，膜的表面容易沉积各种浓缩液中的截留物，从而导致在既定跨膜压差下透过膜的通量减少，或是在既定膜通量下跨膜压差增大，这些现象统称为膜污染。通过对膜污染的研究，胞外聚合物EPS被公认为是导致膜污染的关键因素。EPS是多种分子量大物质的合称，包括存在于细胞表面之上和之下和絮体内细胞间隙中的所有类型大分子，如蛋白质、碳水化合物、、核酸、磷脂和其他聚合物[1]，它们包括由细胞分泌、从细胞表面脱落、或是细胞衰亡产生的不溶物质。 3 减缓膜污染防治技术 3.1 预处理 王小佳等人[2]对传统膜生物反应器（CMBR）与复合式膜污染反应器（HMBR）作了研究对比。实验表明，HMBR系统相比于CMBR系统膜污染速率很低,同等条件下，当运行到50d时，HMBR的跨膜压差几乎不变，而CMBR 压差变化从459Kpa到2618Kpa。由此表明，化学絮凝预处理对MBR膜污染具有减缓作用，可以作为降低MBR膜污染防治措施之一。 图1 膜生物复合式反应器

膜的污染及其控制方法

膜的污染及其控制方法 膜污染是指在膜过滤过程中，水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或 膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象［１］。 实际上，膜的可靠性是目前阻碍膜技术推广应用的关键之一，而污染问题又是影响其可靠性的决定性因素。据调查，就超滤而言，污染仍是其主要问题，污染的消除将使超滤过程效率提高30%以上，使投资减少15%，而且能提高分离效果，使超滤范围拓宽［２］。对膜污染种类及其成因的具体分析，将有助于采取合适的措施减弱或消除它的不良影响。 1 沉淀污染 以压力为推动力的膜分离技术有反渗透(RO)，纳滤(NF)，超滤(UF)和微滤(MF)。根据不同膜与水中微粒的相互关系［３］，可知沉淀污染对RO和NF的影响尤为显著。

当原水中盐的浓度超过了其溶解度，就会在膜上形成沉淀或结垢。普遍受人们关注的污染物是钙、镁、铁和其它金属的沉淀物，如氢氧化物、碳酸盐和硫酸盐等。 设在溶液中有化学反应：x A y－＋y B x＋＝A x B y 当不考虑盐类之间的相互作用时，溶度积K sp＝γx A［A y－］xγy B ［B x＋］y为常数。其中，γA、γB为自由离子A和B的平均活度系数；［A］，［B］为溶液中的摩尔浓度；x，y为化学配比系数。平均活度系数可用离子强度［I ］的函数来估测： logγA＝－0.509 Z A I1/2， logγB＝0.509 Z B I1/2； Z A、Z B为自由离子的化合价。对稀溶液，如大多数天然水体，其活度系数γA、γB近似等于1。 如图1所示，进料液，浓缩液，渗透液浓度分别为C f，C r，C p。 图1 膜系统中不同位置的溶质浓度 由阻截率知：

膜污染机理与清洗

膜污染的机理与清洗技术 摘要：膜污染一直是膜分离技术中普遍性的难题，本文通过对膜污染机理的深入研究与影响因素的分析，并引入工程实例，简单介绍了清洗过程对膜污染的控制。 关键词：浓差极化、吸附、膜通量 膜分离作为一门新型的分离技术，是以具有选择性分离功能的无机或高分子材料作为分离层，以外界能量为推动力，使流体中各组分得分离、提纯、浓缩的一种分离新方法。膜分离技术尽管有其它物理化学法、生物法难以比拟的优点，但经常由于膜污染而产生不可预测的膜寿命降低、膜失效等问题，都增加了膜的操作和维护费用。所以说，膜污染始终是困扰当前膜分离技术的具有普遍性的工程难题之一。 膜污染是指处理物料中的微粒、胶体粒子和溶质大分子由于与膜存在物理化学作用或机械作用引起的膜表面和膜孔径内吸附、沉积造成的膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特征的不可逆变化现象[1]。对膜污染来说，一旦物料与膜接触，膜污染即开始。因此，确定膜污染原因和影响因素，控制膜污染程度，清除污染和恢复膜通量，这些问题一直是膜学界关注的重点。 一、膜污染机理 在压力驱动膜过程中，膜的性能随时间有很大的变化，即时间延长，通过膜的通量减少，造成通量衰减的原因有许多，这些因素对原料通过膜的传递增加了新的阻力。 影响膜通量下降的因素，一般认为主要有以下4点[2]： ①浓差极化. 由于膜表面上溶质的浓度成梯度增加，即边界层渗透压升高，使得膜的渗透通量下降. ②膜孔阻塞. 被分离溶质在膜表面或膜孔内形成阻塞，造成通量下降. ③膜孔吸附. 被分离溶质(尤其是蛋白质) 在膜表面或膜孔内沉积进而吸附其他的分子，形成污染. ④形成凝胶层. 在较低流速时，浓差极化使膜表面的溶质浓度大于其饱和溶解度，在膜表面吸附沉积而产生凝胶层. 下图所示膜分离过程中存在的各种阻力，在理想情况下，只有膜阻力R m，由于膜在一定程度上能截留某些物质，所以被截留分子在膜表面积累起来，这使得在靠近膜处形成高浓层，该层对传质产生阻力，即浓差极化阻力R cp。积累的溶质浓度可能非常高，以致形成凝胶层，从而形成凝胶层阻力R g，当溶液中含有蛋白质时会发生这种情况。对于多孔膜，有些溶质可能进入膜内而使孔堵塞，由此导致堵孔阻力R p。最后，由于吸附也可产生额外阻力，即R a。吸附可发生在孔内，也可发生在膜表面。 原料多孔膜

膜污染分析及防治

收稿日期:2001212228 基金项目:天津市教委基金资助项目(20010506). 作者简介:环国兰(19772),女,江苏南通人,硕士研究生. 膜污染分析及防治 环国兰,张宇峰,杜启云 (天津工业大学材料化工学院,天津　300160) 摘　要:本文综述了膜污染的分析技术、膜污染的影响因素、防止膜污染的措施、膜污染的清洗方法及常用的清洗剂。还介绍了膜污染的定义、膜污染的形式及其新进展。关键词:膜污染;浓度极化;污染分析;污染防治;清洗 中图分类号:TQ 028.8 文献标识码:A 文章编号:100023770(2003)0120001204 膜分离技术由于无相变、能耗低、体系干净等优点,应用范围越来越广泛,特别是对处理热敏物质领域如食品、药物和生物工程产品,显示出极大的优越性,与传统分离操作相比,不仅可避免组分受热变性或混入杂质,还具有显著的经济效益,因而发展相当迅猛。但在膜分离过程中存在膜污染现象,使膜的渗透通量及截留率等性能发生改变,膜的使用寿命缩短,极大地影响了膜分离技术的实际应用。因此,分析膜污染的原因以及采取相应的清洗措施和防治对策使膜性能得到部分恢复或完全恢复十分必要。事实上,膜污染分析及膜污染清洗的研究已成为膜分离技术研究中的一个热点问题。 1　膜污染的定义 膜污染是指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞,使膜产生透过流量与分离特征的不可逆变化现象[1]。对于膜污染,应当说,一旦料液与膜接触,膜污染即开始。膜污染常发生在三种场合,即浓差极化、大溶质的吸附和吸附层的聚合[2]。 2　污染分析 膜污染分析的最好方法是解剖已污染的膜组件,并详细分析其污染物,但这样必然破坏膜组件。因而需通过其它方法来确定膜污染物的结构、组成 和性质特性。有若干能用于分析膜污染物的技术[3],其中主要有光学显微镜法、扫描电子显微镜法、能量色散X 射线法和红外光谱法。 还有X 射线萤光法,原子吸收法,ESCA 法(化 学分折电子能谱)和俄歇能谱法等。 3　膜污染的影响因素 3.1　粒子或溶质尺寸与膜孔的关系[1,4] 当粒子或溶质的尺寸与膜孔相近时,极易产生堵塞作用,而当膜孔小于粒子或溶质的尺寸时,由于横切流作用,它们在膜表面很难停留聚集,因而不易堵孔。另外,对于球形蛋白质、支链聚合物及直链线型聚合物,它们在溶液中的状态也直接影响膜污染;同时,膜孔径分布或分割分子量敏锐性,也对膜污染产生重大影响。3.2　膜结构[1] 膜结构的选择对膜污染而言也很重要。对于微滤膜,对称结构较不对称结构更易堵塞;对于中空纤维膜,单内皮层中空纤维比双皮层膜抗污染能力强。3.3　膜、溶质和溶剂之间的相互作用[1,5] 膜-溶质、溶剂-溶质、溶剂-膜相互作用对膜污染的影响中,以膜与溶质的相互作用影响为主。相互作用力包括:静电作用力,范德华力,溶剂化作用及空间立体作用。 3.4　膜表面粗糙度、孔隙率等膜的物理性质[1,6] 显然,膜表面光滑,则不易污染;膜面粗糙,则易 第29卷　第1期2003年2月 水处理技术 T ECHNOLO GY O F W A T ER TR EA TM EN T V o l .29N o.1 Feb .,2003

MBR膜污染概述

MBR膜污染概述 摘要：膜生物反应器(MBR)是目前污水处理领域中的一个研究热点，但膜污染导致的运行费用的增加又限制丁它的大规模应用。本文对膜污染形成途径、影响因素以及控制措施作了全面的概述。 关键词：MBR 膜污染影响因素控制措施 随着现代化工业的迅猛发展和城市规模的不断扩大，城市用水量和废水量不断增加，造成城市水源水量日益不足，水环境日趋恶化，水资源危机日渐严峻。用传统方法解决水污染已不能适应飞速发展的新形势，膜生物反应器(Membrane Bioreactor．简写为MBR)就是在这个环境需求动力下的产物[1]，它融合了生物反应器的生物降解和膜的高效分离于一体，具有传统生化处理技术无法比拟的独到优势：出水水质良好且稳定、处理效率高、占用空间少、操作简便。但是，膜污染在很大程度上限制了MBR的应用。 一．膜污染的形成途径 膜污染的形成途径主要有三个： 1．滤饼层(cake 1ayer) 主要是水透过膜时，被截留下来的部分活性污泥和胶体物质，没来得及送走就在滤压差和透过水流的作用下堆积在膜表面，形成膜污染。 2．溶解性有机物有机物的来源主要是微生物的代谢产物，它可在膜表面形成凝胶层，也可在膜内微孔表面被吸附而堵塞孔道，使膜通量下降。 3．微生物污染膜面和膜内的微孔中有微生物所需的营养物质，因而不可避免的会有大量微生物滋生。 二．影响因素 影响膜污染的主要因素有：膜的性质、料液性质和膜的运行条件等(见图1)[2]。具体影响膜污染的主要因素有： 1．膜本身的特性；如膜孔径及其分布、膜材料、膜结构、膜一溶质一溶剂之间的相互作用；2．被处理的污水水质；特别是水中有机物的种类和浓度； 3．操作条件如污泥泥龄、溶解氧浓度、膜面流速、温度等； 4．MAR的特征尺寸，高度、曝气系统布置等； 5．其他因素如微生物种群之问的相互影响、膜本身对生物膜生长的影响、细菌胞外聚合物(EPS)的组成及浓度等。

膜-光生物反应器处理污水性能及膜污染机理

膜-光生物反应器处理污水性能及膜污染机理 摘要 微藻不仅是一种生产生物柴油的最佳原料，而且在污水处理方面也具有优势。但是，目前影响其在污水处理领域广泛应用的主要难点是如何高效的分离和富集微藻，因此，本论文将开展膜分离技术与微藻联用进行废水处理并实现藻-水分离的试验研究。 本研究首先合成了不同孔径的聚氯乙烯(PVC)与聚偏氟乙烯(PVDF)共混膜分离材料。选取成膜性能较好的三种平板膜，微滤膜样品(M-10)和超滤膜样品(M-0、M-12)，在不同压力条件下对微藻溶液进行了短期过滤试验。研究表明：微滤膜和超滤膜对溶液中的微藻都具有高于99.9%的截留率。微藻在膜表面形成的滤饼层是导致膜污染的主要原因，在较高过滤压力下，膜表面形成致密的滤饼层，导致膜的出水通量恢复率下降，在较低压力条件下，膜表面形成的滤饼层容易被反冲洗下去，因此通量恢复率更高。相对于微滤膜，超滤膜表面更容易形成由胞外聚合物形成的凝胶层污染。 本研究进一步制备了微滤、超滤膜组件，并构建了微藻-超滤/微滤膜联用的膜-光式生物反应器(MPBR)，考察其长期运行条件下污水处理性能及膜污染特征。研究结果表明，微滤、超滤膜组件对微藻有高于99.9%的截留率。超滤膜-光式生物反应器比微滤膜光式生物反应器具有更高的COD去除率，而在脱氮除磷方面，二者性能接近。 长期运行条件下，超滤膜表面膜污染一直处于快速污染期，其主要原因是大量胞外聚合物在膜表面形成凝胶层，膜污染不断累积，过膜阻力增大，过滤通量下降。微滤膜表面污染可分为缓慢增长期、加速增长期和快速污染期三部分。通过膜污染机理分析认为：在过滤最初的0-15d内，膜表面以微藻细胞体形成的滤饼层污染为主，大部分胞外聚合物可以透过微滤膜，膜通量恢复率较高；但随着过滤时间的延长(15-25d)，胞外聚合物会附着在膜内部，过膜阻力增大，导致严重的膜内污染，膜污染加速，过滤通量降低；过滤末期(25-40d)，膜表面存在的微藻细胞体和胞外聚合物会分别堵塞膜表面和内部膜孔，微滤膜表面同超滤膜表面一样形成了致密的凝胶层污染，进入快速污染期。 关键词：超滤膜；微滤膜；微藻；截留；膜污染

反渗透系统中常见的膜污染问题及防治

反渗透系统在日常的运行中，难免会出现系统的无机物结垢、胶体颗粒物的沉积、微生物的滋生、化学污染以及其它问题，这些因素影响着系统安全稳定的运行。下面主要阐述膜系统在日常中出现的问题及控制方法。 一、无机物的结垢 在水中存在Ca2＋、Mg2＋、Ba2＋、Sr2＋、CO32－、SO42－、PO43－、SiO2等离子。在一般的情况下是不会造成无机物结垢，但是在反渗透系统中，由于源水一般浓缩4倍，并且pH也有较大的提高，因此比较难溶解的物质就会沉积，在膜表面形成硬垢，导致系统压力升高、产水量下降，严重的还会造成膜表面的损伤，使系统脱盐率降低。 衡量水质是否结垢有两种计算方法： 控制苦咸水结垢指标 对于浓水含盐量TDS≤10,000mg/L的苦咸水，朗格利尔指数（LSIC）作为表示CaCO3结垢可能性的指标： LSIC=pHC-pHS 式中：LSIC：反渗透浓水的朗格利尔指数 pHC：反渗透浓水pH值 pHS：CaCO3溶液饱和时的pH值 当LSIC≥0，就会出现CaCO3结垢。 控制海水及亚海水结垢指标及处理方法： 当浓水含盐量TDS>10,000mg/L的高盐度苦咸水或海水水源，斯蒂夫和大卫饱和指数（S&DSIC）作为表示CaCO3结垢可能性的指标。 S&DSIC=pHC-pHS 式中：S&DSIC：反渗透浓水的斯蒂夫和大卫饱和指数 pHC：反渗透浓水pH值 pHS：CaCO3溶液饱和时的pH值 当S&DSIC≥0，就会出现CaCO3结垢。

其它无机盐结垢预处理的控制方案 碳酸钙结垢预处理的控制方案 在反渗透系统的结垢中，以碳酸盐垢为主，大多数地表水和地下水中的CaCO3几乎呈饱和状态，由下式表示CaCO3化学平衡：Ca2++HCO3–<——>H++CaCO3 从化学平衡式可以看出，要抑制CaCO3的结垢，有几种途径： 降低Ca2+的含量 降低了Ca2+含量，可以使化学平衡向左侧移动，不利于形成CaCO3垢。 达到这种目的的方法有：离子交换软化法、石灰软化法、电渗析、纳滤等方法，他们都能有效地降低的Ca2+含量，从而达到抑制钙垢的生成。 Ca2+的增溶 主要是以增加Ca2+的溶解度，从而降低结垢的风险。 方法：添加螯合剂、阻垢剂，增加Ca2+的溶解度，使平衡向左移动。 调节pH值 主要是通过添加无机酸，从而提高H+的浓度，使平衡向左移动。化学原理如下： CO2+H2O<——>H2CO3――――-⑴ H2CO3<——>H++HCO3-――――⑵ HCO3-<——>H++CO32-――――⑶

膜污染成因和控制方法的研究现状

膜污染成因和控制方法的研究现状 陈楚楚2120100523 导师张丽老师 摘要膜污染是限制膜生物反应器(MBR)应用和发展的瓶颈。本文简单介绍了两代膜生物反应器的组成结构，了解了膜污染的种类。然后详细分析了膜污染的成因，包括膜固有性质、膜分离操作条件、活性污泥混合液性质等对膜污染的影响。最后提出控制膜污染的方法，包括分离膜的选择、进水预处理、场效应、膜清洗、膜材料的改性等，并提出了MBR未来研究发展的重点方向。 关键词：膜污染；成因；控制方法；研究现状； Research Status of Causes and the Control Methods of Membrane Fouling Abstract Membrane Bioreactor is under restriction in broad application and development because of membrane fouling. This paper supplely introduces composition structure of two generations of Membrane Bioreactor，and understanding the species of membrane fouling. Then detailed analysis the causes of membrane fouling，including the effects of the inherent nature of membrane，the separation operation condition of membrane and the activated sludge mixed liquor on membrane fouling. Finally puts forward some control methods of membrane fouling，including the selection of separation membrane，inflow pretreatment，field effect，membrane cleaning，improvement of membrane material etc，and the key research direction of MBR is also proposed. Keywords：Membrane Fouling；Causes；Control Methods；Research Status； 膜生物反应器(MBR)是由膜分离技术与传统生物处理技术相结合而形成的一种新型高效水处理技术。它利用微生物的新陈代谢作用对反应基质进行生物转化，并利用膜组件分离反应产物并截留生物体，从而使它具有出水水质好、分离效率高、活性污泥浓度高、剩余污泥产量少、易于实现自动化控制等一系列优点[1-3]；但同时也存在膜分离技术的一些缺点，主要是能耗高、易堵塞、寿命短和费用高等。这些问题实质上都是由膜污染引起。膜污染严重制约和影响了MBR 在废水处理中的推广应用[4]膜生物反应器尤其是好氧膜生物反应器仍是膜法水处理专家们研究的热点，其中又以膜污染的机理以及应对措施的研究最多。因此，本文主要分析膜污染的形成机理、提出相应的防治措施。

浅谈超滤膜污染机理及防控措施

《资源节约与环保》2017年第4期浅谈超滤膜污染机理及防控措施 李明魏巍李雪飞 (天津大学建筑设计研究院天津300072) 摘要：该文综述了超滤膜在饮用水净水工 艺中的技术优势;.重点分析了膜污染的机理及防控 措施;，提出超滤膜:技术存在的问题和发展方_向p j 关键词：超滤膜；膜污染；膜污染防控, 目前我国自来水处理1艺还是以20世纪初形成 的混凝-沉淀-过滤-消毒的常规工艺为主，该工艺主要 应对细菌、浊度、病毒等常见水质问题，但对水中溶解 性有嗅味、机物、氨氮去除能力有限。水源水质不断恶 化时.在原有工艺的基础上增加了臭氧活性炭单元，虽 然强化了对有机物和嗅味物质去除效果，但现状工艺 中存在的一些新问题仍需要解决。 超滤:C艺具有以下优点:除浊率高，出水浊度能保 持在0.10麗TO以下，对親粒物的去除率趄过99.9%;能有效去除贾第鞭毛虫、隐孢子虫、细菌等微生物及病 毒，在后续消毒过程中，减少了氯的甩量，同时降低了 对人体构成危書的氯代副产物的形成；水厂占地面积 小,产能高，便于操作，易于老水厂的工程改造;对藻类 的去除效果较好，同时对大分子有机物去除效果较好, 出水水质稳定 1超滤膜工艺简介 超滤对原水的适应能力比常规：D艺强，可有效去 除胶体、悬浮物、细菌、病毒及大分子有机物，但对氨 氮、金属离子、溶解性盐、小分子有机物s天然有机物处 理能力有限，单独使用时超滤膜容易受到污染9超滤膜 根据膜材料的不同可分为有机膜材料和无机膜材料^ 員前国内外研究及应用较为广泛的有机膜材料有:纤 维素衍生物类、聚砜类、聚烯烃类、含氟聚合物、聚酰胺 类、聚酰亚胺类、聚酯类，其中对聚酰胺类、聚酰亚胺类、聚酯类研究相对较少。无机膜材料主要有无机陶瓷类、金属、金麗氧化物、玻璃膜、碳纤维、硅酸盐、沸石P现在 很多学者致力于超滤与其他组合工艺联用的研究w，“混 凝-超滤”、“粉末活性炭-超滤”等组合工艺已逐渐成为 国内外学者研究的热点$ 2超滤膜污染成因及机理 膜污染程度直接关系到膜的使用寿命、出水水质、工艺造价等。膜污染机理至今没有统一的定论，在文献 中一致认为原料液中胶体粒子、溶质大分子、微粒与膜 发生了不同的作用(物理、化学、生化或机械）,长时间 吸附在膜表面或者沉积在膜孔内，导致膜产水降低《普 遍认为膜污染主要分三部分：浓差极化、膜表面污染 (滤饼层的形成和压缩)、膜孔内的吸附和阻塞，以地表 水为水源的饮用水净水处理过賴;中，夭:然有机物 C M M)2]被认为导致膜污染的主要物质,NOM中不同 组分的物质导致不同形式的污染s K O M中究竟是何种 物质造成膜污染，国内外学者有不同的见解。Margarid^ 等认为有机物中的腐殖质(疏水性有机质)是导致不可 逆污染的主要原因，同时认为褐菌酸是仅次于腐殖酸 的膜污染物质。KateoufidmiP辱研究表明导致膜污染的 最主要的部分是亲水性有机物，然而Jmssm—认为中 性亲水性物质是导致膜污染的主要组分。C ui等％:九为导致膜污染的NOM组分影响大小按顺序排列是中性 .亲水性有机物> 疏水性有机物 >带电議水性有_机物。 3膜污染影响因素及防控 原水pH、离予浓度(Ca'Mg2+、Fe*j e)等是影响膜 污染的重要因素-董秉直等[10]研究p H对“混凝-超 滤”组合工艺过滤性能的影响。结果表明当降低p H时, 有机物表面尺寸会减小，疏水性能增强，有利于混凝处 理;同时p H下降抑制了混凝水解反应的进行，使带正 电荷的物质密度增加，有利宁有机物的吸附.因而会加 大对膜的污染。Y—等采用不同种膜材质的超滤 膜做实验时发现二价阳离子，尤其是Ca>促进分子结 合，加剧了滤饼层和污垢的形成，是导致膜污染的重要 因素。改变原水的性质，可以不同程度地延缓膜污染，?内外研究者做了大量的研究，通过在膜前加入混凝 剂、活性炭、预氧化、生物预处理、超声、M IE X等处理单 元对原水进行改性。影响超滤膜污染的操作条件有膜 逋量、过滤周期、反冲洗时间及强度。随着过滤时间的 增加，水中污染物在膜表面逐渐形成较厚的泥饼层|-旦泥饼层被压实，就难以清洗。通过选择合适的膜通 羹、缩短过滤周期、延长反冲洗时间、提高反冲洗强度 可以减轻膜污染6 Nakatsuka W等采用C A材质超滤膜 30