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MBR膜污染機理及控制因素

發表時間:2020-07-28 00:00

MBR在污水處理已經得到了廣泛且成熟的應用,因為MBR替代了二沉池,可以保證出水SS和高污泥濃度,省去了很多污師在運營中的一些煩惱,但是,膜污染問題也一直困擾著MBR的發展及運行!


  1、膜污染的定義

  膜污染通常是指混合液中的物質在膜表面(外部)和膜孔內(內部)吸附聚集,造成膜孔堵塞并促使孔隙率變小,引起膜通量的衰減和過濾壓力升高的過程。

  在膜過濾的操作中,水分子和細小物質不斷透過膜,同時一些物質被膜截留而堵塞膜孔或在膜表面沉積,從而造成膜污染??梢哉f,是膜截留導致了膜污染。膜污染的直接表現,就是膜通量的下降或者操作壓力的升高。

  活性污泥混合液體系中存在的營養基質、菌膠團、微生物細胞、細胞碎片、微生物代謝產物(EPS、SMP)以及各種有機、無機溶解性物質等都對膜污染有貢獻。


  膜污染的發展通??煞譃?階段(也有2階段說法):

  (1)初始污染:發生在膜系統投入運行的初期,膜面與混合液中的膠體、有機物等發生強烈的相互作用,污染方式有粘附、電荷作用、膜孔堵塞等。錯流過濾的條件下,細小的生物絮體或胞外聚合物依舊能夠依附在膜表面上,而小于膜孔徑的物質會在膜孔中吸附,通過濃縮、結晶沉淀和生長繁殖的作用造成膜污染。

  (2)緩慢污染:初期膜表面光滑,大顆粒物質不容易附著,主要由EPS、SMP、生物膠體等黏性物質通過吸附橋架、網捕等作用吸附在膜表面形成凝膠層,造成膜過濾阻力的緩慢上升,對混合液中的污染物的截留性能會有增強。凝膠層的污染是不可避免的,帶來的影響是膜阻力的緩慢上升。在恒流操作中表現為TMP的緩慢上升,在恒壓模式中表現為通量的緩慢衰減。

  (3)快速污染:第2階段形成的凝膠層在持續的過濾壓差和透水流的作用下,隨著污染物的沉積逐漸密實,導致膜污染從量變到質變,混合液中的絮體迅速在膜表面聚集并形成污泥濾餅,跨膜壓差快速上升。

  凝膠層的污染是不可避免的,帶來的影響是膜阻力的緩慢上升。在恒流操作中表現為TMP的緩慢上升,在恒壓模式中表現為通量的緩慢衰減。一旦大量的污泥絮體在膜面沉積而形成的泥餅層,系統基本是無法正常運行的。MBR運維過程的主要注意事項就是延緩凝膠層污染(保持好的水力條件,原位清洗,控制膜污染發展速率,延長緩慢污染的運行時間),控制泥餅層污染(快速污染)。

2、膜污染的類型

  (1)按污染物質成分分類

  有機污染

  主要來源于混合液中的大分子有機物(多糖、蛋白質等),腐殖酸類,微生物絮體、細胞碎片等。其中溶解性有機物SMP、EPS雖然對于MLSS來說占比非常低,但是它們所造成的膜污染占到26%-52%。微生物在膜孔內及膜表面生長、吸附作用也是膜污染的重要因素。


  無機污染

  由金屬鹽類,無機鹽離子架橋作用形成。膜的常見無機污染主要是鈣、鎂、鐵、硅等的碳酸鹽、硫酸鹽及硅酸鹽的結垢物質,其中碳酸鈣、硫酸鈣、氫氧化鎂較多。


  (2)按污染物的性質分類

  可逆污染(暫時污染):可以通過一定的水力措施進行去除膜污染;如通過清水反洗、曝氣抖動可以去除的。

  不可逆污染(長期污染):不能通過水力清洗措施去除的膜污染,可以通過用氧化劑、酸、堿、還原劑等清洗進行去除的。

  可逆和不可逆,都是可以洗出來的。任何清洗手段都洗不出來的就叫不可恢復性污染。


     (3)按污染物的位置分類

  混合液中的物料在膜孔內吸附、濃縮結晶、聚集形成的叫內部污染;在膜表面的聚集和沉積形成的叫外部污染。


3、膜污染的影響因素及其控制

  膜污染的形成主要因素有:膜固有性質、混合液性質和系統運行環境,控制及解決膜污染也應該從這三方面采取相應的措施。


  (1)膜的固有性質

  膜的物理及其化學性能是由膜材料決定的,膜在混合液中的抗污染能力與其材料有關。有研究表明膜的親水性對抗污染能力有非常重要的影響。在有機膜材料中,有的是親水性材質如PAN,大多數均為疏水性材質,像PVDF、PE、PS等。疏水性有機材料在應用時必須進行親水性改造,由于改造工藝的差異,親水性在使用過程中的流失就有了快慢之分。

  此外,膜抗污染能力還與膜表面粗糙度、膜表面電荷、膜孔徑等均有關系。一般來說,可以通過選擇親水性更好的膜材料,改善膜表面的粗糙度,選用與混合液電位相同的膜材料和合適的膜孔徑來改善膜抗污染的能力。

  無機膜如陶瓷膜:以氧化鋁、碳化硅、氧化鈦、氧化鋯等為原料,高溫燒結而成,在通量、強度、化學穩定性方便比有機膜具有明顯的優勢。


  (2)混合液的性質

  膜污染很大程度是膜與混合液之間的相互作用的影響結果,混合液的性質包括污泥濃度和黏度、顆粒分布、溶解性有機物濃度、微生物代謝產物濃度等。

  污泥濃度較低時,污泥對有機物的吸附降解能力不足,混合液中有機物濃度增加,膜孔堵塞嚴重,濃差極化引起膜表面溶質的濃度顯著提高易形成凝膠層,導致過濾阻力增加;當污泥濃度高于一定值時


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