膜生物反應(yīng)器中膜污染研究進(jìn)展

申露文

（廣東省東莞市環(huán)保產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心 廣東東莞 523000）

關(guān)鍵字：MBR；膜污染；膜污染分類

引言

膜生物反應(yīng)器是一種新型的污水處理工藝，因其分離效率高、出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)而倍受重視[1]，但是膜污染是限制膜處理應(yīng)用拓展的最大障礙。解決膜污染問題是膜生物反應(yīng)器發(fā)展過程中最為關(guān)鍵的因素之一。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在膜污染的影響因素方面進(jìn)行了深入研究[2]。我國(guó)科學(xué)工作者在這一方面也取得顯著成就，但關(guān)于國(guó)內(nèi)膜污染研究進(jìn)展方面的文獻(xiàn)較少。因此，本文主要詳細(xì)論述迄今為止國(guó)內(nèi)工作者在膜污染研究方面的主要研究成果，以期為今后相關(guān)研究起到一定作用。

1 膜污染分類

膜污染是指在膜過濾過程中，溶液中的溶質(zhì)導(dǎo)致膜分離特性、滲透通量發(fā)生變化的現(xiàn)象[3]。按照污染物性質(zhì)劃分，膜污染的類型主要有：無(wú)機(jī)污染、有機(jī)污染和生物污染。

1.1 無(wú)機(jī)污染

研究表明無(wú)機(jī)物是影響膜污染的重要影響因素之一。馬艷杰等在正滲透膜生物反應(yīng)器膜污染行為研究中發(fā)現(xiàn)，膜表面形成的濾餅層中Si、Ca、Mg、Al和Fe元素是主要的無(wú)機(jī)元素[4]。有學(xué)者在對(duì)鈣離子、鎂離子與膜污染之間的關(guān)系進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，混合液中鈣離子濃度為200mg/L時(shí)，有助于減緩膜污染，過高的鈣離子濃度則會(huì)加劇膜污染。

1.2 有機(jī)污染

根據(jù)活性污泥混合液中有機(jī)物分子尺寸大小，活性污泥混合液中固體成分可分為混合液懸浮固體（MLSS）物質(zhì)和膠體類和溶解類物質(zhì)。在活性污泥混合液中，原水中的溶解性有機(jī)物是膜污染形成的主要因素[5]。有機(jī)物的分子量大小與膜污染密切相關(guān)，高元等報(bào)道，溶解性有機(jī)物分子質(zhì)量的大小對(duì)膜污染的影響呈負(fù)相關(guān)[6]。胡孟柳等在研究天然有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量分布及親疏水性對(duì)微濾膜組合工藝中膜污染的影響中進(jìn)一步證實(shí)，導(dǎo)致膜不可逆污染的主要是中等分子和小分子有機(jī)物，疏水性物質(zhì)芳香族蛋白質(zhì)和溶解性微生物產(chǎn)物是造成膜不可逆污染的主要污染物[7]。

1.3 微生物污染

微生物也是是導(dǎo)致膜通量衰減的最主要原因之一。微生物菌體表面的物理化學(xué)性質(zhì)是影響細(xì)胞吸附及膜生物污染形成的重要因素[8]。國(guó)內(nèi)關(guān)于此類研究報(bào)告微乎其微。肖椿等研究發(fā)現(xiàn)溶解性微生物產(chǎn)物（SMP）對(duì)膜污染有顯著影響，且MBR上清液中主要為親水性有機(jī)物SMP，而膜污染層中SMP主要為疏水性有機(jī)物[9]。綜上所述，疏水性有機(jī)物是造成膜污染的主要因素。

2 膜污染因素

本文在查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，從四個(gè)方面綜述國(guó)內(nèi)關(guān)于膜污染因素的研究進(jìn)展，指出膜污染因素研究中的不足，為今后的發(fā)展提供一些參考意見。

2.1 膜材料

膜性質(zhì)主要有：孔徑，孔隙率，表面電荷，粗糙度，和親水性、疏水性等，上述性質(zhì)已被顯著響膜污染行為。不同的膜材料由于其不同的孔徑大小，形態(tài)和疏水性，表現(xiàn)出不同的膜污染程度[10]。有學(xué)者認(rèn)為膜通量隨著膜孔隙率的增大而增大[11]。在膜的親疏水性方面，親水性膜不易受到膜污染，而疏水性膜易與微生物發(fā)生不可逆污染，從而加劇膜污染。

2.2 活性污泥混合液特性

污泥混合液對(duì)膜污染有更加直接的影響，膜污染的主要物質(zhì)來(lái)源于污泥混合液。污泥濃度是MBR運(yùn)行過程中重要的控制參數(shù)，與膜污染的形成有直接的相關(guān)性[12]有學(xué)者在低溫條件下，研究了MBR中混合液性質(zhì)的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)低溫條件下絲狀菌污泥易發(fā)生膨脹，導(dǎo)致微生物分泌更多的EPS，污泥粘度增大，膜表面的污染物不易脫落，濾餅層加厚，從而導(dǎo)致膜污染加劇。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，污泥膨脹過程中，SMP相比EPS對(duì)膜污染的貢獻(xiàn)更大[13]。同時(shí)我國(guó)學(xué)者胡以松等發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)和腐殖酸與膜污染指數(shù)的相關(guān)性顯著，且膜污染可能與污染物的濃度及分子質(zhì)量有關(guān)[14]。此研究與Jeison等的研究結(jié)論相符[15]。

2.3 操作條件對(duì)膜污染的影響

操作條件與膜污染之間有著密切的聯(lián)系，操作條件主要包括：曝氣強(qiáng)度、抽停時(shí)間、污泥停留時(shí)間、水力停留時(shí)間、溫度等。我國(guó)學(xué)者陳烜等發(fā)現(xiàn)，曝氣的剪切作用會(huì)影響MBR中的污泥粒徑，使其越來(lái)越小，進(jìn)而使膜污染程度越來(lái)越嚴(yán)重勢(shì)。增大曝氣量，污泥中的蛋白質(zhì)在剪切力的作用下更易游離在污泥中。曝氣量的增加有助于提高污泥活性，但隨著曝氣量的增加，污泥中蛋白質(zhì)與多糖比值也增加，導(dǎo)致膜污染速率會(huì)加快較長(zhǎng)的污泥齡有利于微生物代謝產(chǎn)物的積累。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)自20世紀(jì)90年代以來(lái)，關(guān)于膜污染的研究已經(jīng)取得了不少成就，已發(fā)現(xiàn)影響膜污染的主要因素有膜材料，活性污泥混合液特性，進(jìn)水特性，以及操作條件，但多數(shù)研究仍處于實(shí)驗(yàn)室階段并且很少綜合考慮各個(gè)因素之間的聯(lián)系，因此在今后的研究過程中，需要進(jìn)一步去探索膜污染機(jī)理以及膜污染抑制方面的研究，更加深入地研究膜污染機(jī)理，并采取有效的對(duì)策抑制膜污染，另外重視新型膜材料、膜組件的開發(fā)，以及反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和MBR工藝的優(yōu)化，為膜污染的控制和MBR的推廣提供支持。