膜生物反应器中膜污染研究进展

膜生物反应器是近年新发展起来的高效废水处理工艺。本文综述了国内外对膜污染机理研究的最新成果 ,介绍了相应的解决措施 ,展望了今后的发展前景。     

厌氧膜生物反应器污泥组分对膜污染的影响

对一体式厌氧膜生物反应器污泥进行离心分离,考察污泥各组分和膜污染的特性之间的关系.通过对已有理论模型进行变形,推导出阻力的数学模型方程式,并分析了膜通量、膜阻力的变化.同时对混合液悬浮固体进行了颗粒粒径分析,并与好氧膜生物反应器的污泥颗粒进行了对比分析.结果表明,污泥混合液悬浮固体形成阻力占膜总阻力的70%,胶体物质形成阻力占22%,溶解性物质形成阻力占8%.     

膜生物反应器运行中的膜污染问题

这了各国研究者针对膜生物反应器中的膜污染问题所作的工作，认为膜本身的性质以及废水组成和工艺条件都是造成膜污染的主要原因，利用反冲洗和清洗手段，可以有效地改善膜的性能，以提高膜的寿命，膜生物反应器技术的改进是避免膜污染的新思路。     

厌氧膜生物反应器处理含盐废水运行效能及膜污染特性

采用厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,An MBR)处理模拟含盐有机废水,研究盐度变化对反应器运行效能及膜污染特性的影响.结果表明,当进水盐度逐渐增加但低于9. 1 g·L~(-1)时,反应器运行稳定,出水效果良好;当盐度增加至10 g·L~(-1),反应器COD去除率、产气量及甲烷含量都明显下降;污泥浓度、污泥体积指数(SVI)、溶解性微生物产物(SMP)和胞外聚合物(EPS)均随盐度增加而先升后降,污泥絮体紧密,沉降性良好.中空纤维膜组件在118 d内运行了3个周期,随着盐度增加膜运行周期由31 d延长为48 d,膜污染有所减缓.用SEM-EDX分析发现膜面污染物中有类似结晶状物质,Na、Mg、Al、Si、Cl、K、Ca和Fe为主要无机元素.三维荧光光谱(EEM)分析表明,蛋白质与腐殖酸是膜面有机污染物的主要成分.     

膜生物反应器中膜污染机理和控制研究新进展

膜生物反应器(MBR)相比于传统活性污泥法具有出水水质好、设备占地面积小、剩余污泥产率低和便于自动控制等诸多优点,在污水处理和回用方面极具发展前景。然而膜污染是制约MBR广泛应用的最大障碍。文章着眼于总结MBR中膜污染机理和控制的研究新进展。介绍了MBR中膜污染的分类、污染机理和膜污染影响因素的研究概况,在此基础上,综述了MBR膜污染控制方法方面的进展,并对MBR中的膜污染机理和控制的研究发展方向做了展望。     

平片膜生物反应器中膜污染特性的实验研究

采用聚偏氟乙烯平片膜生物反应器 ,通过测定不同运行条件下的水通量研究其污染特性 ,重点考察了运行时间、操作压力、曝气状况对膜污染的影响。实际结果表明 ,在曝气量为 3m3 h、操作压力为 0 .0 2MPa条件下运行 6h后 ,膜水通量从2 4 0mL min·m2 降至 5 5mL min·m2 ,下降率超过 77%。     

应用于Anammox-MBR的尼龙织布亲水改性研究

采用聚乙烯醇（PVA）对尼龙织布表面涂覆改性,对改性前后织布进行表征并进行纯水通量测试,随后以牛血清蛋白（BSA）模拟污染物测试尼龙织布改性前后的抗污染性能,并对改性后的织布进行溶解性有机碳（DOC）浸出实验.改性过程中,优选3%涂覆浓度和250μm涂层厚度,改性后织布的纯水通量值约提高85.0%,对BSA的截留率由6.0%±0.5%上升至7.2%±0.7%,通量恢复率由90.0%提高到96.1%,可逆污染比重上升,不可逆污染比重下降,污染形式主要表现为可逆污染.为避免改性尼龙织布应用于厌氧氨氧化-膜生物反应器（Anammox-MBR）时对厌氧氨氧化反应产生不可逆危害,提出应对制备完成的改性尼龙织布进行为期3d及以上的静态清水浸泡或动态浸出处理.     

应用于Anammox-MBR的尼龙织布亲水改性研究

采用聚乙烯醇（PVA）对尼龙织布表面涂覆改性,对改性前后织布进行表征并进行纯水通量测试,随后以牛血清蛋白（BSA）模拟污染物测试尼龙织布改性前后的抗污染性能,并对改性后的织布进行溶解性有机碳（DOC）浸出实验.改性过程中,优选3%涂覆浓度和250μm涂层厚度,改性后织布的纯水通量值约提高85.0%,对BSA的截留率由6.0%±0.5%上升至7.2%±0.7%,通量恢复率由90.0%提高到96.1%,可逆污染比重上升,不可逆污染比重下降,污染形式主要表现为可逆污染.为避免改性尼龙织布应用于厌氧氨氧化-膜生物反应器（Anammox-MBR）时对厌氧氨氧化反应产生不可逆危害,提出应对制备完成的改性尼龙织布进行为期3d及以上的静态清水浸泡或动态浸出处理.     

复合式膜生物反应器的膜污染控制机理

采用常规膜生物反应器(CMBR)和复合式膜生物反应器(HMBR)处理城市生活污水,对HMBR的膜污染控制机理进行了研究。试验结果表明,HMBR能够有效去除胞外多聚物(EPS),反应器内溶解性EPS(S-EPS)、松散附着性EPS(LB-EPS)和紧密附着性EPS(TB-EPS)的含量比CMBR分别降低了42.8%、41.5%和2.1%。附着性EPS(B-EPS)特别是LB-EPS与活性污泥的物理性能密切相关,随着其含量的降低,HMBR中活性污泥的絮凝性能和沉淀性能比CMBR分别提高了24.4%和34.8%。由于滤饼层污泥主要来源于活性污泥,因此随着活性污泥絮凝性能和沉淀性能的提高,HMBR中的滤饼层比阻比CMBR降低了31.1%。作为结果,当跨膜压差(TMP)到达20 kPa时,HMBR运行了143 d,而CMBR仅运行了57 d。     

一体式膜生物反应器膜污染影响因素研究

试验采用聚丙烯中空纤维膜,通过正交试验考察了膜通量、抽停时间、曝气量对膜过滤压力的影响,得出适合的膜通量是减缓膜污染的决定性因素。并确定了适宜的运行条件：膜通量5L／（m2·h）,抽吸时间8min,停抽时间2min,曝气量0．6m3／h;同时考察了EPS中多糖和蛋白质对膜污染的影响,得出多糖是主要的污染物质。     

淹没式膜生物反应器中膜污染机理的研究

为减小微生物絮体对膜的污染,设计了一种具有沉降室的膜生物反应器,膜A与膜B分别淹没在上清液和污泥混合液中以相同的抽吸方式运行,与预期结果相反,膜A比膜B的污染速度还快．为探讨膜污染机理,考察了污泥混合液中不同组分对膜污染的影响,利用扫描电镜和原子力显微镜分析了膜面污染层的特征．结果发现,在污泥混合液与上清液中膜面污染层在微观结构上存在显差异,其方差平均粗糙度Rms分别为132．3nm和75．2nm．经膜污染机理分析认为：微生物絮体和大分子有机物会在膜面形成污染层,该污染层作为“二次膜”影响膜过滤性能．上清液中细小的微生物絮体和大分子有机物形成的污染层相对致密,会加剧膜污染．     

浸没式膜-生物反应器膜污染物中胞外聚合物的提取与分析

研究了胞外聚合物对膜生物反应器中膜污染物的贡献和影响,通过对膜表面的EDX分析,发现膜污染物以有机污染物为主;采用碱液离心提取法提取反应器污泥和膜污染物中的EPS,发现二者的EPS主要由相对分子量在12000以上的大分子物质组成,而且这些大分子物质基本上都是难降解的;以TOC表征EPS总量,并对其中多糖、蛋白质、DNA等组分进行测定,发现膜污染物中的EPS浓度是反应器污泥中的4倍左右,多糖类物质是首要的膜污染物,蛋白质对膜污染也起着重要的作用;反应器内DNA含量要高于膜污染物中,可证实DNA不是主要的膜污染物;通过电泳分析发现,二者大片段区间内的DNA的分子量几乎相同.     

Membrane fouling control by ultrasound in an anaerobic membrane bioreactor

In this study, ultrasound was used to control the membrane fouling online in an anaerobic membrane bioreactor (AMBR). Short-term running experiments were carried out under different operating conditions to explore feasible ultrasonic parameters. The experimental results indicated that when the crossflow velocity was more than 1.0 m/s, membrane fouling could be controlled effectively only by hydrodynamic methods without ultrasound. When ultrasound was applied, an ultrasonic power range of 60–150 W was suitable for the membrane fouling control in the experimental system. The experimental results showed that the membrane fouling was controlled so well that membrane filtration resistance (ΣR) could stay at 5 × 10¹¹ m⁻¹ for more than a week with the crossflow velocity of 0.75 m/s, which equaled the effect of crossflow velocity of more than 1.0 m/s without ultrasound. Translated from Techniques and Equipment for Environmental Pollution Control, 2006, 7(4): 25–29 [译自: 环境污染治理技术与设备]     

海藻酸及腐殖酸共存对PVDF超滤膜的污染行为

为了揭示有机物对PVDF超滤膜的污染行为,选用典型亲/疏水性有机污染物海藻酸(SA)及腐殖酸(HA),采用原子力显微镜结合自制的PVDF膜材料探针和污染物探针定量测定了PVDF-污染物及污染物-污染物间的作用力,并进行PVDF膜污染试验和污染物去除效果分析.结果表明:亲水性SA-PVDF及SA-SA之间的作用力皆大于疏水性HA-PVDF及HA-HA间的作用力,且SA污染膜的通量衰减速率与衰减幅度明显大于HA污染膜,说明了亲水性有机物是引起PVDF超滤膜污染的优势污染物.HA/SA混合污染物试验表明,膜污染行为与混合污染物中优势污染物的含量密切相关;与单种污染物的膜污染行为相比,混合污染物间不存在明显的协同作用促进膜污染.此外,污染物的去除率与相应微观作用力大小及膜污染速率成正相关关系.     

pH值对有机物(BSA)膜污染的影响

选用BSA(牛血清蛋白)代表有机污染物,使用QCM-D技术考察了BSA在PVDF膜面的吸附行为及吸附层结构随pH值的变化特征,并采用原子力显微镜定量测定了相应pH值条件下PVDF-BSA及BSA-BSA之间作用力,结合膜污染试验,解析pH值对有机物污染膜行为的影响机理.结果发现,在BSA的等电点,PVDF-BSA及BSA-BSA之间的静电排斥力最小,导致BSA迅速吸附累积于膜面,形成密实的BSA污染层,引起超滤膜通量大幅度衰减.当pH值偏离BSA等电点后,BSA间静电排斥力的增强有效削弱了BSA在膜面的吸附量,相应BSA污染层松散度增大,膜污染减弱.在实际的水处理中,通过适当的pH值调节,针对性将超滤膜及污染物调整至带有相同电性、并增大二者所带净电荷量,是减缓超滤膜污染的有效手段.     

污泥龄对膜生物反应器污泥特性及膜污染的影响

研究了污泥龄对胞外聚合物(EPS)总量、紧密粘附胞外聚合物(TB)和松散附着胞外聚合物(LB)含量及其中蛋白质与多糖比例的影响.结果表明,随污泥龄的延长,混合液EPS总量增加,TB和LB中蛋白质与多糖比例发生变化.这种变化改变了细菌表面电荷分布,增大了细菌表面亲水基和疏水基的比例,使细菌的存在状态由不稳定型(R型)向稳定型(S型)转变,降低了混合液Zeta电位,SVI值增大.采用SPSS软件对膜污染的主要因子进行了相关性分析,Zeta电位、上清液悬浮固体浓度、相对疏水性的相关系数分别为-0.818、0.853、0.832.综合考虑膜污染阻力和污泥特性,膜生物反应器的污泥龄应控制在优势菌最小世代时间的120倍以下.     

悬浮填料对厌氧氨氧化MBR运行的影响特性及机理

向厌氧氨氧化（anammox）膜生物反应器（MBR）投加悬浮填料,考察其对反应器脱氮性能和膜污染的影响特性,并探究了相关机理.试验结果表明,投加填料后,反应器脱氮性能良好.当进水氨氮（NH₄⁺-N）160mg/L、亚硝态氮（NO₂^--N）180mg/L时,出水NH₄⁺-N和NO₂^--N均在15mg/L以下,硝态氮（NO₃^--N）在30mg/L以下,总氮去除率可达90%.投加填料显著减轻了膜污染,跨膜压差（TMP）稳定在8kPa左右.混合液中溶解性微生物产物（SMP）和胞外聚合物（EPS）成分分析结果表明,在第67~149d,蛋白质总量、多糖总量和总有机碳总量分别下降了49%、43%和61%,它们浓度的下降有利于延缓膜污染;此外,悬浮填料对膜组件的机械碰撞也起到了物理清洗作用.高通量测序结果显示,悬浮填料生物膜在anammox菌相对丰度方面显著高于混合液污泥,说明anammox菌更适宜于附着生长,投加填料可以为其提供更加稳定的生长环境.