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MBR膜污染及其控制

閱讀:2422      發(fā)布時(shí)間:2022-4-11
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       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)、無機(jī)溶解性物質(zhì)等,理論上講每一部分對膜污染都有貢獻(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)、EPSSMP 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。
      
MBR運(yùn)行過程中,一旦出現(xiàn)泥餅層的污染,系統(tǒng)隨之會出現(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,在長期運(yùn)行過程中,這些被認(rèn)為"可逆"的泥餅層污染會逐漸向"不可逆"過渡,影響系統(tǒng)的長期穩(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渡形成。凝膠層污染所帶來的是膜污染阻力緩慢上升的過程,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)勢污染物的研究與認(rèn)識仍存在爭議,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長期運(yùn)行過程中污染的主要污染物,并且無機(jī)離子與有機(jī)物之間存在的架橋和絡(luò)合作用會引起更加嚴(yán)重的污染現(xiàn)象。
      
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)情況等均會對膜污染造成影響。
      
在高性能膜材料制備過程中,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)對有效控制膜污染也很重要。

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       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)、SMPEPS、無機(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)會對 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)流過濾中,一般提高曝氣強(qiáng)度會提升膜表面的水力剪切力和錯(cuò)流過濾速率,但是也存在一個(gè)最大的曝氣強(qiáng)度,超過該值,錯(cuò)流速率并無明顯提升,也可以通過反應(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膜的過濾模式,采用間歇過濾有助于污染控制,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,污染物在長期過程中性質(zhì)會發(fā)生變化,一些可逆污染會轉(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HRTSRT
      
操作條件反過來又影響了污泥泥合液性質(zhì),兩者之間相互關(guān)聯(lián)。

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