一體式膜生物反應器（IMBR）中膜污染類型隨溫度變化規(guī)律探討

石文忠 (新疆環(huán)境工程技術有限責任公司 新疆 烏魯木齊市 830017)

一、引言

一體式膜生物反應器（IMBR）是基于傳統(tǒng)活性污泥法基礎之上，結合了高效膜分離技術而成的，在日常生活中的污水凈化和處理過程中，其幾乎可以將所有的微生物捕獲于反應器中。對于傳統(tǒng)活性污泥法，利用膜組件代替其中的二沉池而形成的膜生物反應器技術,具有占地面積小、負荷高、出水水質好、易于維護和操作等特點,同時也完全分離了水力停留時間和污泥齡,這些因素從根本上講已經突破了傳統(tǒng)方法的局限性,滿足小型、高效的水處理工藝的需求，適應于嚴格的環(huán)境標準背景下的要求。膜生物反應器對較難降解的工業(yè)廢水處理也是非常有效的，在處理的過程中能有效地去除氨氮類的污染化合物，使得處理后的水中的有機污染物含量降到最低。

現今全球性水資源短缺、人口的快速增長和經濟的快速發(fā)展，使得對水的要求日益增加，附帶的水環(huán)境質量變質，故需要一種污水資源的處理技術用來適應于時代發(fā)展。目前，對于膜生物反應器在應用上已經很成熟，盡管如此但仍然有許多問題需要解決，其中最主要的就是膜污染問題，它已經成為了影響膜生物反應器技術有利發(fā)展的主要障礙。膜污染是一體式膜生物反應器在運行中產生的膜阻力上升因素的總稱，在處理污水時料液中的一些微細顆粒及其它的溶質大分子會直接與膜發(fā)生物理、化學等方面的機械反應,使得這些物質在膜面或膜孔內被吸附富集，微生物也會在膜水界面上積累起來,這些情況的發(fā)生會造成膜孔徑堵塞或變小,大幅度降低膜的透過流量與分離特性。關于膜污染認識方面前人已經做了大量的相關研究,包括對膜污染機理、影響因素、清洗與再生技術等各方面的研究等，但關于環(huán)境溫度對膜污染的影響的研究尚不多見，鑒于此筆者通過試驗模擬，對膜生物反應器中膜污染受溫度影響進行研究分析，為相關研究者提供參考。

二、膜生物反應器中膜污染機理及試驗設計

2.1、膜生物反應器中膜污染機理

膜污染，顧名思義，就是膜生物反應器由于進行污水處理，而使水中的微粒、微生物、膠體粒等污染物微粒子或大分子與膜組件發(fā)生物理或化學作用，導致膜組件表面吸附或附著、積聚大量微粒，造成阻塞的現象。通常來講，膜污染主要分為膜孔阻塞污染和膜表面濾餅層沉積污染兩大類，膜孔阻塞污染主要是由污水中的有機微粒子、膠體粒以及一些大分子污染物堵塞在膜孔隙中形成的阻力；濾餅層沉積污染主要是由膜表面形成的凝膠層以及沉積的污泥形成的阻力。

2.2、實驗設計

試驗采用兩套相同裝置同時進行，以提高試驗速度。試驗分別以 10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃6組溫度進行對比試驗來驗證膜污染情況變化，溫度控制主要通過對反應器加熱配合溫控儀來進行有效控制，誤差范圍是0.5攝氏度，恒流量出水，試驗以溫度作為唯一變量進行對比驗證。

試驗通過對反應器內液面與出水測壓管高度差來反映整體系統(tǒng)的水頭損失，從而也就可以得出膜過濾壓差以及污泥層阻力，最終得出膜污染與溫度變化的規(guī)律。

三、試驗結果及分析

通過試驗測得，10℃和15℃條件下，膜污染類型主要以濾餅層污染為主；20℃和25℃條件下，膜污染類型同時存在膜孔堵塞污染和濾餅層污染兩種；30℃和35℃條件下，膜污染類型以膜孔堵塞污染為主。

通過6組實驗對比可以得出，隨著溫度的升高，膜污染類型由濾餅層污染逐漸向膜孔堵塞污染轉變。這主要是因為濾餅層的形成主要是濃差極化作用（濃差極化作用指膜生物反應器中，在水分子透過膜時，原水中的絕大部分有機物、雜質以及微生物等被截留在膜面附近，從而形成濃度差，出現反擴散，在膜面附近形成凝膠層的過程）的結果。由濃差作用的概念可以知道，物質的遷移系數（即直接影響膜的分離過程參數）是直接影響濃差極化程度的，它與濃差極化程度成反比，而溫度對物質遷移系數的影響可以用k∝exp(0.005T)式表示。由此式可以知道，溫度越低，物質遷移系數越低；相反則越高。所以，溫度越低，凝膠層形成越容易，當凝膠層達到一定厚度，也就有效的降低了膜孔堵塞污染，膜污染以濾餅層污染為主；而溫度越高，凝膠層的形成越困難，膜污染也就以膜孔堵塞為主。

四、結論

（1）通過不同溫度的對比，以溫度作為單一變量，結合相應的數學模型知識，對比分析論證，最終得出：10℃和15℃條件下，膜污染類型主要以濾餅層污染為主；20℃和25℃條件下，膜污染類型同時存在膜孔堵塞污染和濾餅層污染兩種；30℃和35℃條件下，膜污染類型以膜孔堵塞污染為主，即隨著溫度的上升膜污染類型由濾餅層污染逐漸向膜孔堵塞污染轉變。此結果在傳質理論分析方面也得到相同結論，從而給予試驗結果有力的佐證。

（2）針對上述一體式膜生物反應器中膜污染隨溫度變化的規(guī)律，針對不同地域不同季節(jié)的溫度變化，給予靈活的膜污染處理方案，從而提高膜的工作效率。

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