溶解性有机物 SMP 对MBR平板膜污染的影响

溶解性有机物 SMP 对MBR平板膜污染的影响

溶解性有机物 SMP 对MBR平板膜污染的影响:膜的高效截留作用使生物反应器成为一个对微生物来说相对封闭的系统。伴随着污水生物处理过程而产生的部分溶解性有机物SMP (Soluble Microbial Product，SMP)有可能被膜所截留，在生物反应器中积累，从而对系统的运行特性和微生物代谢特性产生影响。SMP 是生物处理出水中溶解性 TOC或COD的主要组成部分。

SMP 主要产生于微生物的基质分解过程和内源呼吸过程。SMP 组成非常复杂，是腐殖质、多糖、蛋白质、核酸、有机酸、抗生素和硫醇等多种物质的混合体。许多学者发现，分置式 MBR 中循环泵产生的剪切力对污泥絮体有较强的破坏作用，致使污泥絮体释放出大量的SMP 等溶解性物质，从而增加了膜污染，形成了很大的膜过滤阻力。研究发现，高分子量的溶解性有机物大部分是微生物的代谢产物，它们容易在反应器内累积，对 MBR 的运行造成负面影响，当SMP 发生 50mgTOC/L 的累积会造成70%的通量下降。而在 MBR中

经过长时间的运行，SMP 发生大量的累积并导致污泥黏度和过滤阻力的增加。溶解性有机物是造成膜污染的主要物质之一。成分分析表明，造成膜污染的溶解性有材物主要可分为两大类:一是数千分子量的肤类;二是数百万分子量的多糖、蛋白质类，均主要来源于微生物的代谢过程。胀类有机物主要吸附于膜孔内，造成膜孔堵塞;多糖、蛋白质类主要吸附于膜表面，形成凝胶层。

在膜污染发生的过程中，虽然污泥混合液中的中 SMP(尤其是大分子物质) 和微小颗粒物体会造成部分膜孔的堵塞，但是沉积层的形成是膜污染的主要控制因素。在过滤的过程中微生物絮体会很快在膜表面形成沉积层，随着沉积层的不断发展，膜通量随之下降。在沉积层的形成和发展过程中，SMP 会不断填充微生物絮体的间隙，使沉积层更加致密，造成沉积层空隙率的减小，从而导致其透过性的降低，使沉积层的比阻上升。污泥混合液中SMP 浓度越高，沉积层的结构就会越致密，空隙率越小，从而使膜污染加剧。许多学者发现，分置式膜-生物反应器中循环泵产生的剪切力对污泥絮体有较强的破坏作用，致使污泥絮体释放出大量的SMP 等溶解性物质，从而增加了膜污染，形成了很大的膜过滤阻力。Sato和Ishil 对分置式膜-生物反应器处理类便污水过程中产生的活性污泥进行了小型过滤试验，指出溶解性有机物浓度是造成膜污染的重要因素之一，其对膜过滤阻力的影响可用下式表示:

式中，R为膜过滤阻力，1/m;AP 为操作压力，Pa;SS 为混合液悬浮固体浓度，mg/L;COD为溶解性COD浓度，mg/L;从为活性污泥混合液黏度，Pa·s。Wisniewski和Grasmick 用微滤膜过滤城市污水处理厂的污泥，考察不同膜面流速下污泥粒径分布和溶解性物质浓度对膜污染的影响时得出了相似的结论。他们发现，溶解性物质引起的膜污染几乎构成了 50%的膜过滤阻力。循环泵对污泥絮体的剪切作用破坏了污泥黎体中微生物、无机颗粒和胞外多聚物之间的相互联系，促使菌胶团解体，释放出 ECP 到上清液中，增加了溶解性物质的浓度，从而引起了膜污染。

体式膜生物反应器中由于膜面错流流速很小，剪切作用对污泥絮体的破坏作用不大因此SMP 对膜污染的影响往往不如分置式膜-生物反应器明显。但是当SMP 在生物反应器中因积累而达到较高的浓度时，也有可能造成比较严重的膜污染。其中，污泥内源呼吸和细胞解体过程中产生的SMP 中高分子物质的含量较高，在反应器内更容易蓄积，因而更有可能成为膜污染的来源。

以一体式 MBR 对人工配置的模拟生活废水进行的试验中，研究者发现 SMP 浓度对膜过滤压差的上升速率有比较明显的影响。用多元相关分析法总结了 SMP 浓度和 MLSS 与膜传质阻力 R1o之间的关系式为:

此式表明R1o与MLSS和SMP浓度成正比例变动。在传统的污水生物处理工艺中，研究者普遍认为，SMP 浓度主要与进水浓度和污泥龄有关。一些学者认为，进水浓度对 SMP 的影响更重要些。比如，Eckhoff 和 Jenkins 指出SMP的生成量可以下式进行描述：

式中，SR为SMP浓度，mg COD/L;S为进水 COD浓度，mg COD/L;a，B为回归系数;从为稳态比生长速率，1/d，u=1/SRT+b;6为微生物的衰亡系数，1/d。另外一些学者则在进水浓度差不多的情况下，研究了污泥龄对 SMP 生成特性的影响。Rittmannl的研究结果表明SMP生成量随污泥龄的变化是一条U形曲线SMP浓度与进水基质浓度的比值 SMP/S。在污泥龄<1d时，随污泥龄的延长而降低;在污泥龄>2d 时，随污泥龄的延长而增高。

还有一些学者以污泥负荷为指标，综合考察了进水浓度和污泥龄对 SMP 生成特性的影响，但这种情况多见于半连续培养的污泥系统。

膜生物反应器中，由于膜对高分子物质的截留作用，SMP 浓度不仅与其生成速度有关还与膜的截留率有关;另外，伴随着污泥浓度的提高以及污泥的驯化，污泥对 SMP 的降解能力增强。因此，膜生物反应器中 SMP 浓度的影响因素可能与传统工艺有所不同，需要在传统工艺研究的基础上进行专门考察。