MBR平板膜的膜的孔径与材质对有机物截留及膜污染的影响

MBR平板膜的膜的孔径与材质对有机物截留及膜污染的影响

与MBR平板膜污染有关的膜性质主要有膜材质、膜孔径大小、孔隙率、电荷性质、粗糙度和亲，疏水性质等。研究[21]发现厌氧 MBR 中聚丙烯膜、氧化陶瓷膜在过滤过程中，大量的无机盐MgNHPO.·6H0(struvite) 在氧化错膜表面沉积导致膜通量下降，而聚丙烯膜受无机盐沉积的影响较小。这种现象类似于化学上的“相似相溶”原理，同时用表面带电特性解释了氧化错膜的污染机理。研究人员一致认为，无机膜的通量远高于有机膜，但是高的造价限制了无机膜在MBR 中的推广应用。

在对厌氧 MBR 中不同膜材料的污染情况研究中，人们发现膜污染以外部污染为主，即有机物在膜面的吸附、无机物在膜面的沉积以及微生物在膜面的黏附。研究结果表明，在同样运行条件下，聚偏氟乙烯膜的污染趋势明显小于聚孤膜、纤维素膜，而且膜孔径在0.1um附近时消化液对膜的污染趋势最小[22]

随着膜孔径的增加，膜的通透量增加，膜表面的污染也呈现上升趋势，由此可见，存在一个最佳孔径。Shimizu 等[23]研究了MBR 中膜孔分布在0.01~16um 的一系列膜的过滤性能，结果表明孔径分布在 0.05~0.2pm 的膜具有最大的通量。不同截留分子量的膜对过滤水质也有影响，当膜的截留分子量低于 20000 时，随着膜的截留分子量增加，出水 COD增加;当截留分子量高于 20000 时，出水COD浓度不再随截留分子量变化。

在膜生物反应器中，活性污泥混合液中不同粒径的活性污泥颗粒、上清液中的大分子有机聚合物是造成膜污染的主要物质。活性污泥絮体颗粒是各种微生物在 EPS 的黏结作用下集合而成。EPS包含了多糖类物质、蛋白质、核酸和其他大分子有机聚合物。活性污泥颗粒在膜表面的附着与活性污泥颗粒大小、颗粒表面电荷以及操作通量有关，同时，膜表面的特性，例如孔径、膜材料、膜表面的粗糙度、膜表面的亲水疏水特性也会影响污泥颗粒在膜表面的附着。活性污泥颗粒造成的膜污染是活性污泥颗粒与膜表面之间物理化学的交互作用。

活性污泥混合液的上清液中，含有溶解性的大分子有机聚合物，例如溶解态的 EPS 等因此在膜过滤过程中，上清液通过膜，会造成部分有机物的截留，同时会使膜表面和内部的表面特性发生改变，从而改变了膜的过滤特性。EPS 的表面截留和内部堵塞都会造成膜污染。如前所述，在进行对活性污泥混合液的过滤操作中，全新的膜会出现初始透膜压力升高的现象，膜孔径和材质对膜污染的影响在膜污染前期中表现最为突出，在膜生物反应器中，应用不同材料和孔径的膜时，透膜压力的初始上升幅度不同。通过对不同材料膜的过滤过程的考察，能够更深刻地认识膜污染的机理，对控制膜污染和膜组件的选择有所帮助。

相同膜材料，微滤和超滤膜比较见表 6-4，实验所用有机膜，由 Millipore 公司生产。膜材料均为聚醚孤(Polyether Sulfone)，孔径分属 MF和UF，均为亲水膜。

图6-2 给出了聚醚枫微滤和超滤膜在膜生物反应器中的通量和透膜压力上升情况，该实验中，膜组件浸没在膜生物反应器反应池中，设定通量为 30L/ (m2·h)。