MBR工(gōng)藝微生(shēng)物(wù)對膜污染的影響分析

  1引言

  膜生(shēng)物(wù)反應器(qì)是一(yī)種高(gāo)效膜分離技(jì)術(shù)與活性污泥法相(xiàng)結合的污水(shuǐ)處理工(gōng)藝。MBR具有較高(gāo)的生(shēng)物(wù)降解效率和較低(dī)的污泥産率，占地面積小(xiǎo)，硝化能(néng)力強，出水(shuǐ)水(shuǐ)質穩定等特點。另外，在膜生(shēng)物(wù)反應器(qì)中，原污水(shuǐ)中的各種可溶解和難分解的有機(jī)物(wù)質，以及微生(shēng)物(wù)産生(shēng)的代謝産物(wù)，可以分别保留在生(shēng)物(wù)反應器(qì)内，從(cóng)而提高(gāo)了出水(shuǐ)水(shuǐ)質。MBR系統是一(yī)種新型的高(gāo)效生(shēng)物(wù)處理技(jì)術(shù)，特别是它在廢水(shuǐ)資源化及中水(shuǐ)回用方面存在巨大的潛力，受到(dào)了國(guó)内外的普遍關注。但是由于存在膜污染和膜組件(jiàn)替換帶來的影響等方面的問題，使其運行成本和費(fèi)用大幅度提高(gāo)，從(cóng)而阻礙了該技(jì)術(shù)的廣泛推廣和應用。

  2膜污染的影響因素

  MBR運行一(yī)段時間以後，随著(zhe)膜内表面微生(shēng)物(wù)的滋生(shēng)和膜外表面污染層的附著(zhe)，膜組件(jiàn)會(huì)被污染物(wù)堵塞，膜通(tōng)量逐漸下(xià)降，直至不再出水(shuǐ)。膜污染問題縮短了膜的使用壽命，導緻了泵的抽吸水(shuǐ)頭增大和曝氣量的增加，是造成MBR能(néng)耗較高(gāo)的主要原因。因此研究MBR運行過程中膜污染的發生(shēng)機(jī)理，對MBR系統加以改進，以達到(dào)有效降低(dī)和控制膜污染的目的，此舉對維護MBR工(gōng)藝運行性能(néng)、确定工(gōng)藝費(fèi)用、指導工(gōng)藝的放(fàng)大設計具有重要的現實意義。

  2.1膜污染的成因

  當前，對于膜生(shēng)物(wù)反應器(qì)的研究主要集中在膜污染上(shàng)，相(xiàng)關研究表明，膜污染物(wù)質的積累過程分為(wèi)兩步：(1)初期污染：由于濃差極化造成初始膜通(tōng)量下(xià)降，混合液中溶解性物(wù)質造成膜保留側溶質的積累，産生(shēng)較小(xiǎo)滲透能(néng)力的膜面表層。(2)長(cháng)期污染：由于溶質吸附和粒子沉積造成膜表面溶質濃度較高(gāo)，導緻凝膠層在膜表面形成，膠體粒子遷移至膜表面，從(cóng)而形成沉積，減小(xiǎo)了水(shuǐ)力滲透性和膜通(tōng)量。

  目前，對于膜污染的形成機(jī)理，衆說紛纭。但是對于影響膜污染的因素，歸納起來主要有以下(xià)幾個(gè)方面：微生(shēng)物(wù)特性、運行條件(jiàn)、膜的結構性質等。本文主要從(cóng)微生(shēng)物(wù)性質對膜污染的影響方面進行探讨。

  2.2微生(shēng)物(wù)性質對膜污染的影響

  膜生(shēng)物(wù)反應器(qì)運行過程中，膜污染物(wù)質來源于污泥混合液，其成分主要包括微生(shēng)物(wù)菌群及其代謝産物(wù)，廢水(shuǐ)中的有機(jī)大分子、小(xiǎo)分子，溶解性物(wù)質和固體顆粒。上(shàng)述物(wù)質對膜通(tōng)量産生(shēng)很大影響。由于膜的截留作用，反應器(qì)内污泥具有較高(gāo)的污泥濃度和污泥停留時間。随著(zhe)污泥濃度的增加，活性污泥更容易在膜表面沉積，從(cóng)而加快了膜污染速度，導緻膜過濾阻力增加，進而降低(dī)了膜通(tōng)量;同時，污泥濃度升高(gāo)，污泥粘度也随之升高(gāo)，膜通(tōng)量也會(huì)減小(xiǎo);再者，反應器(qì)内污泥濃度過高(gāo)，還(hái)會(huì)造成污水(shuǐ)粘度增大，影響氧氣的傳質效率。因此要對反應器(qì)内污泥濃度進行嚴格控制，污泥濃度過高(gāo)或者過低(dī)都會(huì)對出水(shuǐ)水(shuǐ)質産生(shēng)不利影響。

  2.2.2胞外聚合物(wù)對膜污染的影響

  胞外聚合物(wù)(EPS)在污泥處理系統中對污泥的絮凝性能(néng)、沉降性能(néng)、脫水(shuǐ)性能(néng)以及重金屬吸附性能(néng)産生(shēng)很大影響。胞外聚合物(wù)是微生(shēng)物(wù)在一(yī)定環境條件(jiàn)下(xià)，在其代謝過程中分泌的包圍在微生(shēng)物(wù)細胞壁外的多(duō)聚化合物(wù)，其主要物(wù)質為(wèi)蛋白(bái)質和多(duō)糖(3)。胞外聚合物(wù)不但可以在膜生(shēng)物(wù)反應器(qì)内積累，而且會(huì)在膜表面積累，從(cóng)而引起混合液粘度和膜過濾阻力的增加。膜表面的胞外聚合物(wù)直接改變沉積層的孔隙率和結構，胞外聚合物(wù)和細微顆粒一(yī)并沉積并吸附在膜表面，形成粘結性很強的凝膠層，Huangd等人發現胞外聚合物(wù)濃度每增加50mg/L，膜通(tōng)量減小(xiǎo)70%(4);各種生(shēng)物(wù)狀态的活性污泥中，胞外聚合物(wù)含量和膜污染之間存在線性關系，并且胞外聚合物(wù)中蛋白(bái)質和糖類的比例不同，超濾的膜通(tōng)量也不同，膜通(tōng)量随著(zhe)蛋白(bái)質比例的增加而減小(xiǎo)。胞外聚合物(wù)過高(gāo)或過低(dī)都會(huì)加劇膜污染，因此存在一(yī)個(gè)最佳胞外聚合物(wù)濃度，使污泥過濾性能(néng)最佳。

  2.2.3溶解性有機(jī)物(wù)産物(wù)對膜污染的影響

  近年(nián)來，溶解性有機(jī)物(wù)産物(wù)(SMP)對膜污染的貢獻越來越得到(dào)重視。以腐殖質、多(duō)糖、蛋白(bái)質等物(wù)質為(wèi)主要成分的溶解性微生(shēng)物(wù)産物(wù)，主要産生(shēng)于微生(shēng)物(wù)的基質分解過程和内源呼吸過程，其中高(gāo)分子物(wù)質的含量較高(gāo)且可生(shēng)物(wù)降解性差，因此，在膜生(shēng)物(wù)反應器(qì)中會(huì)産生(shēng)積累。溶解性微生(shēng)物(wù)産物(wù)極易堵塞膜孔，并容易沉積在膜表面形成凝膠層;溶解性微生(shēng)物(wù)産物(wù)的過高(gāo)積累不僅有可能(néng)降低(dī)膜過濾出水(shuǐ)的水(shuǐ)質穩定性，而且有可能(néng)影響污泥活性，引起嚴重的膜污染。膜生(shēng)物(wù)反應器(qì)中的SMP主要由微生(shēng)物(wù)代謝及細胞破碎釋放(fàng)的EPS等物(wù)質，或者稱之為(wèi)溶解性EPS，其分子量分布一(yī)般在1000～100000左右。研究表明,EPS與 SMP之間呈顯著正相(xiàng)關,随著(zhe)EPS濃度的增大,SMP急劇增加。因此，EPS是引起反應器(qì)内SMP累積的決定性因素。

  2.2.4絲狀菌對膜污染的影響

  絲狀菌對膜污染也有很大的影響，在污泥絮體中絲狀菌數量過多(duō)或者過少對MBR系統的運行都能(néng)産生(shēng)不利影響。這是因為(wèi)絲狀菌的密度對活性污泥性質影響很大，而這些性質是影響膜通(tōng)量的根本因素。如果污泥絮體附著(zhe)數量極少的絲狀物(wù)，則它們體積會(huì)很小(xiǎo)，從(cóng)而引起嚴重的膜孔堵塞;而如果這些絮體附著(zhe)的絲狀物(wù)很多(duō)，就(jiù)會(huì)在膜表面形成不透水(shuǐ)的泥餅層。過多(duō)的絲狀菌很容易導緻胞外聚合物(wù)(EPS)的大量滋生(shēng)，從(cóng)而産生(shēng)低(dī)的ZETA電(diàn)位和較強的疏水(shuǐ)性，因此會(huì)引起膜污染。絲狀菌與膜表面污染物(wù)形成過程及結構、附著(zhe)形式密切相(xiàng)關，絲狀菌以黏著(zhe)、穿透膜材料等固定形式，增加膜表面污染物(wù)的附著(zhe)強度。立體網狀結構形式的絲狀菌對膜表面污染物(wù)的形成、污染物(wù)的結構具有重要作用，嚴重影響膜生(shēng)物(wù)反應器(qì)的處理能(néng)力及膜清洗的效率。由此我們得知，當污泥絮體中附著(zhe)适當數量的絲狀菌時有利于膜的滲透性。

  3、結語

  引起膜污染的主要因素是污泥，污泥濃度過多(duō)或者過少都會(huì)使膜産生(shēng)污染。在膜生(shēng)物(wù)反應器(qì)運行中，存在一(yī)系列最佳值，如經濟曝氣強度、經濟曝氣量、臨界污泥濃度等。在這一(yī)系列最佳值的狀态下(xià)運行，膜生(shēng)物(wù)反應器(qì)能(néng)達到(dào)最佳的處理效果，并且能(néng)降低(dī)膜污染的程度，延長(cháng)膜的清洗周期和膜的更換時間，從(cóng)而降低(dī)了膜生(shēng)物(wù)反應器(qì)的能(néng)耗，降低(dī)了成本。但應該指出的是，在實際運行過程中，很難使以上(shàng)各種運行參數都處于最佳狀态。

  從(cóng)微生(shēng)物(wù)角度對膜污染進行研究将逐漸成為(wèi)研究的熱點，胞外聚合物(wù)(EPS)和溶解性微生(shēng)物(wù)産物(wù)(SMP)對膜污染有重要影響，可以通(tōng)過調節固體停留時間 (SRT)、水(shuǐ)力停留時間(HRT)、負荷來控制微生(shēng)物(wù)特性，進而緩解膜污染。絲狀菌過多(duō)或者過少都會(huì)對膜産生(shēng)污染，引起泥餅層的形成和膜孔的堵塞;同時絲狀菌過多(duō)，引起污泥膨脹，會(huì)使胞外聚合物(wù)大量繁殖，也會(huì)對膜污染造成影響。

  在今後的研究中應該更加注重對于膜污染控制的研究，在理解污染機(jī)理的基礎上(shàng)對膜污染進行防治，最大程度上(shàng)降低(dī)膜生(shēng)物(wù)反應器(qì)的成本。

  轉自(zì)中國(guó)膜技(jì)術(shù)網