天津眾邁一體化設(shè)備MBR膜污堵原因分析及運行管理

自MBR工藝問世以來，其便因占地面積小，出水水質(zhì)好，有機負(fù)荷率大，污泥產(chǎn)量少等而在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，尤其在城市污水處理中發(fā)展迅速。

但是由于運行過程中需要對膜污染進行有效控制，而必須采取加大錯流速率，曝氣等手段，使得MBR運行過程中消耗大量能源。

那么針對這些問題，MBR操作人員究竟該怎么做？才能快速找到膜污染根源，并給予精準(zhǔn)打擊，以此減少清洗頻率。

膜污染是怎么產(chǎn)生的？

一般關(guān)于污堵，大致上能夠分為三種狀況：

　　1.現(xiàn)場體系環(huán)境存在嚴(yán)峻問題，總排泥量嚴(yán)峻不足，高溫惡劣氣候使死泥發(fā)酵呈現(xiàn)很多高粘度氣泡，很多曝氣使泡沫附著在MBR膜外表，現(xiàn)場各膜池裝置液位計，導(dǎo)致虛擬高液位，導(dǎo)致體系誤判，負(fù)壓也急劇上升。

　　2.MBR膜外表的鈣離子結(jié)構(gòu)嚴(yán)峻受阻。

　　3.沒有活性污泥培育，廢水中可生物降解的污泥成長速度更快。

　　為了處理上述問題，一般能夠采納增加排泥以消除氣泡、調(diào)理體系的生化才能、分組清洗MBR膜、酸洗MBR膜和用次氯酸鈉浸泡等辦法。

膜污染通常用于概括所有導(dǎo)致膜透過流量下降的現(xiàn)象，根據(jù)清洗方法不同，膜污染可以分為：

1、短時間內(nèi)由于濃差極化、膜孔污染和凝膠層的形成使通量下降的可逆污染，通過反洗，曝氣，錯流等表面清洗方法可以迅速去除的污染，一般指短期污染。

2、物料顆粒與膜材料發(fā)生的長期作用而產(chǎn)生的不可逆污染，不能被物理清洗方法去除，但可以通過化學(xué)清洗恢復(fù)通量的污染，一般指長期污染。

3、長期運行過程中不能被任何清洗方法所去除的污染稱為不可恢復(fù)污染。

膜污染受哪些因素影響？

一、污泥混合液特性

膜生物反應(yīng)器中的膜污染物質(zhì)的來源是活性污泥混合液，污泥混合液對膜的污染極為復(fù)雜。

1、EPS和SMP

胞外聚合物（EPS）和溶解性微生物產(chǎn)物（SMP）都是微生物代謝產(chǎn)物，成分大致相同，它們對膜污染有著重要且復(fù)雜的影響，是MBR過程中最主要污染物。

EPS濃度過高，會增大混合液粘度而不利于溶解氧的擴散，使污泥系統(tǒng)充氧困難，從而影響菌膠團的正常生理活動，從而使膜過濾阻力升高。而EPS含量過低，會引起絮狀物分解，從而對MBR的運行不利。

因此，存在一個*EPS值，使絮狀物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且不會引起高的膜污染趨勢。

研究發(fā)現(xiàn)大部分SMP分子量小于1KDa和大于10KDa，小分子量的溶解有機物，在通過膜的同時，易堵塞膜孔，造成膜污染，并成為出水中主要殘留有機物。

同時，SMP的特性與組成也受到多個運行參數(shù)影響。

一般來說，水圈COD君認(rèn)為MBR中SMP對膜的污染趨勢隨MLSS的增加，有機物載入量的下降，以及溶解氧的升高而減弱。

2、混合液懸浮固體濃度MLSS

MLSS濃度直接影響混合液粘度，粘度升高是MLSS上升引起混合液過濾性能下降的主要原因，如果錯流速率或者曝氣強度不足以沖刷掉附著在膜表面的固體，將很快引起污染層的產(chǎn)生。

3、粘度

混合液粘度受MLSS影響，MLSS濃度高于臨界值時，粘度隨固體濃度增加而指數(shù)升高。

在中空纖維MBR中，混合液粘度影響氣泡大小，及纖維膜在反應(yīng)器中的靈活性。另外，粘度升高會使溶解氧DO傳遞效率下降，低溶解氧濃度會加劇膜污染趨勢。

4、污泥親疏水性

許多研究結(jié)果表明污泥中親水性溶解有機物對膜污染的發(fā)生起到負(fù)面作用。然而，也有研究發(fā)現(xiàn)高疏水性絮狀污泥同樣會引起膜污染。

污泥的疏水性和表面電荷都與胞外聚合物的組成和性質(zhì)以及絲狀細(xì)菌生長指數(shù)有關(guān)，絲狀細(xì)菌過量繁殖會產(chǎn)生大量，使電勢下降，絮狀污泥形狀不規(guī)則，疏水性增強，導(dǎo)致嚴(yán)重的膜污染。

5、污泥顆粒大小

膜通量下降主要是由于2um左右的顆粒引起的。一般來說，顆粒尺寸越小，顆粒越易在膜面沉積，形成的沉積層也越致密，透水性越小，故顆粒尺寸過小將加劇膜污染。

6、污泥沉降指數(shù)SVI

盡管對膜污染沒有直接影響，但污泥沉降指數(shù)（SVI）能夠反映出混合液中的有機物質(zhì)的沉降性。

目前不能沉降的有機物質(zhì)，如膠體，溶解有機物，被普遍認(rèn)為是膜的主要污染物質(zhì)。

二、MBR過程的操作條件

操作條件直接或間接影響著膜污染和污泥的性質(zhì)和組成。

7、污泥停留時間（SRT）

實際結(jié)果表明，增加SRT可以減少SMP和EPS的產(chǎn)生，膜污染率也會隨之降低。

但是，過長的SRT會使污泥濃度過高，也會帶來過高的粘度并影響到傳質(zhì)和反應(yīng)器的流體力學(xué)，導(dǎo)致更嚴(yán)重的膜污染。一般城市污水處理中膜生物反應(yīng)器的SRT為5-20天。

8、水力停留時間（HRT）

雖然HRT對膜污染沒有直接影響，但是短HRT會給微生物提供更多的營養(yǎng)物質(zhì)，而使微生物快速生長，導(dǎo)致MLSS濃度升高，并且使通量增加，從而會增大膜污染發(fā)生的可能。

9、溫度和pH

對比不同季節(jié)溫度不難發(fā)現(xiàn)，低溫期可逆污染更加嚴(yán)重，高溫期不可逆污染發(fā)展更迅速。

MBR運行pH范圍一般是6-9，范圍之外，反應(yīng)器中的硝化細(xì)菌會迅速減少，導(dǎo)致硝化作用受到抑制。當(dāng)pH值高于其臨界值時，膜污染迅速，而當(dāng)溫度升高時，最大允許pH值就會降低。

10、溶解氧（DO）

低濃度溶解氧會使細(xì)胞疏水性降低，而引起污泥絮體分解，當(dāng)DO低于1mg/l時，SMP含量急劇升高 。溶解氧也會影響EPS和SMP中成分組成，在高溶解氧MBR體系中，蛋白和多 聚糖的比率也會升高，并且微生物群落組成會非常不同。

11、膜通量

對于所有膜過程，通量的升高都會引起膜污染的加劇。

在通量的選擇與膜面積最小化，反沖洗和化學(xué)清洗時間間隔最小化之間取得平衡，也直接影響著運行成本。

12、錯流速率和曝氣

在分體式膜生物反應(yīng)器中，錯流速率（CFV）是快速改變膜透過性的方法之一。

在高濃度和小孔徑膜的系統(tǒng)中，CFV的增大可以緩解污染物在膜表面沉積。

但對于混合液顆粒物相對較大的情況下，CFV的增強對通量升高沒有甚至相反的作用。

浸沒式MBR工藝中曝氣起到非常重要的作用：a、通過曝氣提供溶解氧，供污泥中的微生物正常生長代謝；b、起到攪拌作用，使污泥懸浮，在混合溶液中充分混合；c、使中空纖維膜組件膜絲疏松，并在膜表面產(chǎn)生剪切力，減少污染物在膜表面沉積，一定程度上防止膜污染的產(chǎn)生。

三、膜的性質(zhì)與膜組件結(jié)構(gòu)

13、膜的孔徑大小

小孔徑膜，容易截留溶液中的污染物，在膜表面產(chǎn)生沉積層，使膜阻力增加。這類污染一般屬于可逆污染，可以通過錯流、反洗、曝氣等物理方式去除，內(nèi)部污染較小。

大孔徑膜，在過濾初期膜孔堵塞較嚴(yán)重，隨著表面動態(tài)膜的形成，截留作用開始提高。但是污染物易在膜孔表面和內(nèi)部產(chǎn)生沉積和堵塞，形成不可逆污染甚至不可恢復(fù)污染，成為長期運行中造成膜性能下降，壽命減少的主要因素。

14、膜材料

針對厭氧MBR中不同膜材料的污染情況，研究表面在同樣運行條件下，聚偏氟乙烯（PVDF）膜的污染趨勢明顯小于聚砜膜（PS）和纖維素膜。

值得一提的是，當(dāng)活性污泥有機物組分中存在與膜材料相似的聚合物時，不可逆污染物的成分取決于膜材料。

15、膜表面粗糙程度

膜表面粗糙度的增加使膜表面吸附污染物的可能性增加，但同時也增加了膜表面的撓動程度，阻礙了污染物在膜表面的沉積，因此粗糙度對膜通量的影響是兩方面因素綜合作用的結(jié)果。

16、親疏水性

膜材料的憎水性對膜污染也有很重要的影響，比較了憎水性超濾膜和親水性超濾膜，得出憎水性超濾膜膜面更容易吸附溶解性物質(zhì)，表現(xiàn)出更大的易污染傾向。

目前，改變膜疏水性的方式大多是對膜材料進行改性。如改變孔徑大小，膜表面粗糙程度，添加無機材料在膜表面形成動態(tài)預(yù)涂層等。

如何控制MBR膜污染？

1、臨界通量運行

目前，MBR工藝設(shè)計基本都采取恒通量運行，在盡量滿足污水處理量要求的前提下，通過其他操作手段控制膜污染。

臨界通量的概念于1995年shouci提出，它的定義是在該通量以下，透膜壓力不會隨過濾時間的延長而增加，透膜壓力和通量保持良好的線性關(guān)系。

臨界通量的選擇對運行有著重要作用，超過臨界通量，污染就會發(fā)生，跨膜壓差（TMP）隨過濾時間的延長而增加，膜組件在臨界通量以下運行可大大延緩膜污染。

2、曝氣量以及曝氣強度

一般來說，增強曝氣強度有利于提高膜透過性，減少膜污染，長時間的低曝氣下，污染物迅速沉積在膜表面。

然而，強曝氣也會破壞污泥絮體。會改變污泥顆粒大小及分布，釋放出更多的膠體和溶解有機物（EPS和SMP），而加劇膜污染。因此，水圈COD君建議找到*曝氣強度至關(guān)重要。

曝氣強度對膜透過性的作用受多種因素影響，如混合液濃度、混合液粘度、運行通量等。有學(xué)者提出將曝氣強度，跨膜壓差（TMP）變化以及通量改變在一張圖中做出，以此找到*曝氣強度。

跨膜壓差，曝氣強度以及通量關(guān)系圖

3、膜污染清洗方法的選擇

膜污染清洗方法主要包括物理清洗和化學(xué)清洗。

物理清洗

物理清洗包括間歇運行和清水反洗。MBR運行過程中，反沖洗方法是去除可逆污染，延緩膜污染的有效途徑。

如在中試浸沒式MBR中研究了反洗對延緩膜污染的效果，發(fā)現(xiàn)在相同的通量下，低頻率高強度反洗比高頻率清洗更能有效降低膜污染。

值得一提的是，在間歇運行期間，膜表面的污染物由于重力作用而松散脫落，在曝氣作用下，效果更加明顯。因此，將間歇運行與反沖洗結(jié)合可以更有效緩解膜污染。

化學(xué)清洗

物理清洗無法阻止不可逆污染的發(fā)生，必須通過化學(xué)清洗手段來恢復(fù)通量。

化學(xué)清洗包括維護清洗和強力（恢復(fù)）清洗。目前常用的清洗劑有NaClO溶液，用于去除有機污染物，檸檬酸，用于去除無機污染物等。

MBR供應(yīng)商都有自己的強力清洗配方，主要區(qū)別是清洗劑濃度和清洗方法。

4、吸附劑的添加

在MBR中，混合液的成分非常復(fù)雜。為改善混合液特性，應(yīng)用最多的就是向反應(yīng)器內(nèi)投加粉末活性炭PAC形成生物活性炭。

某實驗比較了三個不同PAC投加量（0、0.75、1.5g/l）對膜生物反應(yīng)器膜污染的影響。

結(jié)果表明膜表面污染層隨PAC劑量的增加而減少， 然而不可逆污染在劑量為0.75g/l時降到zuidi，0和1.5g/l時不可逆污染阻力相差不大。

不難發(fā)現(xiàn)，活性炭都有其吸附容量，在運行過程中很快會達(dá)到吸附飽和，不但不能緩解膜污染，甚至起到加劇作用。

因此，在MBR運行中，應(yīng)定期排泥，添加新鮮PAC才能有效改善MBR運行效果。

與此同時，為了節(jié)約運行成本，可嘗試使用低投加濃度PAC來改善MBR運行效果。結(jié)果顯示，在長SRT高HRT運行條件下，低PAC投加量可以改善運行效果，并且有效地節(jié)約了成本。