MBR平板膜孔堵塞的防治

MBR平板膜孔堵塞的防治，根据 MBR 膜分离的特点，从工艺流程设计、膜材料性能、设备操作运行到污染后清洗等各个环节加以考虑，使浓差极化和膜污染减小到最低程度。目前，国内外膜污染防治技术主要集中在对料液的预处理、膜材料的改性、操作条件优化、膜污染后的清洗几个方面.

6.5.2.1 对料液的预外理预处理是指在原料液过滤前向其中加人适当的药剂，以改变料液或溶质的性质，或对其进行絮凝、过滤，以去除一些较大的悬浮颗粒或胶状物质，或者调整料液的 pH 值以去除给膜带来污染的物质，减轻膜过程的负荷和污染，从而降低膜的阻力。如张洪宇等用 FeCl; 作絮凝剂以改善污泥的过滤性能，在加入 500mg/ (L·d) 后，膜通量增加了 120%，但加入量不能过多，否则会影响污泥的活性[30.31].

由于无机盐 Ca2+和 Mg2+等对膜也存在堵塞作用，所以对进水进行化学沉淀处理，即调pH使成碱性，从而使Ca2+和Mg2+以氢氧化物的形式去除[32]6.5.2.2 提高颗粒平均粒径

颗粒粒径的大小是产生膜堵塞的直接原因，为增加颗粒平均粒径，提高膜面对污染物质的截流效率，减少膜堵塞，目前采用较多的是添加粉末活性炭 (PAC)、絮凝剂。王顺义[33]将两个反应器进行对比，其中一个反应器是投加粉末活性炭 MBR 系统，活性炭投加量是1100mg/L，另一个为正常活性污泥 MBR 系统，得出结论是在 MBR 系统中投加少量的PAC就能很好地降低膜的污染，并且提高运行效果。投加 PAC的主要机理是 PAC 能较强地吸附大量的微细胶体、EPS等物质，并且由于生物活性炭污泥絮体内部有 PAC 颗粒，使其比一般的絮体具有更高的抗压性，因此形成的凝胶层相对比较疏松、孔隙度高、透水性好，大大降低了由于滤饼层所引起的膜阻力，进而提高了膜通量。Pirbazari 等[34]认为，PAC 在凝胶层上形成一个动态层，能吸附部分溶解性有机物以及低分子小颗粒物质，减少引起膜堵塞的物质。KimJS等发现，PAC 能使微生物絮体中的 EPS减少。粉末活性炭通过减少料液中的 EPS，形成生物活性炭，改变膜表面的凝胶层结构。生物活性炭对 EPS 进行降解，降解后吸附新的 EPS 并再降解，如此循环，减少料液中 EPS 的数量，维持较高的膜通量[35]。傅金祥等[36]在研究不同粒径的 PAC对膜污染的影响时发现，80~100 目的活性炭能有效防止污染，而200~300 目的 PAC 因其中含有一定数量与膜孔径相近的粉末活性炭，直接堵在膜孔上而产生严重的膜堵塞。罗虹等[37]通过实验发现，添加 PAC 后膜污染阳力降低了约 73%，郑淑平[38]也发现了这一现象。

张永宝等[39]通过实验发现，氢氧化铁絮体的混凝吸附作用使混合液中的胶体颗粒絮凝成较大的颗粒，使生物铁 SMBR 的污泥粒径大于普通的 SMBR 污泥粒径。添加氢氧化铁后所形成的污泥在很大程度上减轻了对膜孔的堵塞，减少了膜污染。Boonthanon[40]在微滤膜反应器内添加氯化铝作为絮凝剂以后发现，它比原系统过滤效率提高了 200%左右。Abdessemed等[4]通过实验研究发现，絮凝的最佳条件为 pH=5.5，繁凝剂浓度达到120mg/L。添加絮凝剂可提高膜通量，使膜表面的沉积物多为大颗粒物质，减少了小颗粒物质对膜孔的堵塞而提高膜的使用寿命。6.5.2.3 增加动态膜

在膜表面增加动态膜的方法能够截留污染物质，形成膜垢层起到过滤的作用，减少污染物质与膜的接触，从而减少膜堵塞。Chang 等[42]的研究表明，膜的溶质截留效果主要取决于膜表面的膜饼层以及凝胶层的筛滤与吸附，因此这些动态层截留效果越好则膜堵塞就越轻。Harmant[43]认为，凝胶层可截留溶液中的颗粒溶质和大分子物质，减少这些物质对膜的堵塞作用。

6.5.2.4 优化操作方法

当通量控制在临界通量下运行时，能极大地减少膜污染，减轻膜堵塞，延长膜寿命Clech 等[44]通过实验证实了在临界通量下进行操作时，膜污染产生量减少，过膜压力损失稳定，然而在临界通量下运行并不能阻止长时间因膜内污染所导致的膜通量减少。采用间歇方式出水或压力递增模式出水，能减少膜污染。王志伟[45]通过数学模型分析并通过实验证实，压力递增模式可有效提高膜通量，降低运行过程中的膜阻力，是 MBR 中可以采用的一种压力操作模式。合理曝气能产生紊流，清洗膜表面和阻止污泥的聚集，一般气、水体积比为40:1~100:1时就能保持膜通量稳定，膜堵塞减弱。刘锐等[46]研究表明，合理的曝气

避免了凝胶层的增厚和堵塞物质的积累，大大延长了膜清洗周期，减少了膜堵塞。王志强等研究 MBR反应器得出膜表面沉积所造成的可逆污染阻力约占膜总阻力的 85%左右，而纯膜阻力和不可逆污染阻力相对比较小，采用气-水联合反冲洗较单独气或水反冲洗效果好，能够大幅度地清除沉积在膜表面的泥饼层，进而恢复膜通量，并且不会因气-水

联合反冲洗影响反应器对废水的处理效果。采用错流过滤时，滤液沿膜面流动防止了颗粒在膜表面的沉积。而且错流过滤产生的流体剪切力和惯性力能促进膜表面被截留物质向流体主体的反向运动，从而提高过滤速度，错流强化了边界层的传质过程[47]。

膜清洗、选用抗污染膜等都能在一定程度上减少膜堵塞。定时的膜清洗如反冲洗、超声波清洗等对恢复膜通量有积极作用，可减少膜污染，疏通膜孔，减轻膜堵塞。在相同试验条件下，真空抽吸-空气反吹比真空泵抽吸和自吸水泵抽吸运行方式引起的膜污染程度轻。艾翠玲[48]在对一体式膜生物反应器膜污染防治理论进行研究得出结论:在污染颗粒粒径一定的情况下，减小主腔宽度，合理控制管内的膜压力可极大地减少膜外污染或者消除膜污染，增加污染颗粒粒径，减少胶体对膜管壁的吸引力，是化学方法解决膜污染的途径。

6.5.2.5 对膜材料进行改性

在 MBR 工艺中膜材料种类在很大程度上影响其自身的耐污染性，所以预防膜污染的重要途径是根据将要处理的水质找到耐污染的膜材料或对膜进行改性。

对膜材料进行表面改性就是改变膜材料表面的物理化学性质，增大膜的透水性，其改性方法有物理改性、化学改性和表面生物改性。进行物理改性的方法就是在膜表面涂覆上具有-定功能基团的功能高分子。采用表面活性剂进行表面涂覆也可以在一定时间内提高和改善膜通量，但随时间的延长，表面活性剂逐渐脱落，通量下降，最终失去抗污染能力。所以物理改性是治标不治本的方法。

膜表面化学改性应用比较广泛，并且得到比较好的改性效果。化学改性包括等离子体处理、紫外辐射、表面可控聚合。因为接枝反应发生在聚合物表面，不影响聚合物膜的内部结构，赋予聚合物膜新性质的同时不降低聚合物膜原有的优异性能，所以可以根据不同的膜材

料，引人不同类型的接枝聚合物链。化学改性能使官能团以化学键与膜表面键合，在物质透过膜时功能基团不被溶解，膜抗污染性能不会被改变。

采用等离子体处理膜表面，在表面引人特定官能团、形成交联或表面自由基，这种改性仅对膜表面改性而不触及膜基体[49]

开发低成本、高性能的耐污染膜是减小膜阻力的最根本、最经济的途径，是膜技术发展的方向，国外开展这方面的研究比较早，对于膜材料的改性国外的研究倾向于以下三个方面:新型高通量无机膜(如金属膜) 的开发，提高膜的亲水性或使膜荷电以改善膜的通量及抗污染性能;制造有机-无机混合膜，使之兼具有机膜与无机膜的长处[50.51]，如以 AlO 烧结体做支撑材料，用尖晶石涂层，通过溶胶-凝胶过程制备的无机膜与传统膜相比，该膜通量高 3~4倍，压降较小，反冲周期长达4~8个月，且反冲效果好，耐侵蚀，污染后膜性能容易恢复[52]，聚硕膜表面氟化使F和 O 添加到膜表面，从而增加了膜的亲水性，减少了表面憎水污染物的污染，且膜的选择性不受氟化的影响[53]

6.5.2.6 减小膜与污染颗粒之间的黏结力艾翠玲[48]研究减小膜与污染颗粒间的黏结力，使污水与膜材料具有同种电荷，也可以有效减少膜管壁内外面污染。所以，膜污染的防治应以控制沉积层的形成为主要措施。用化学方法消除膜污染，层流时需要使污染颗粒粒径减小，紊流时需使污染颗粒粒径增大，才可使管内不污染的临界流速减小。

6.5.2.7 改善进水营养成分

纪磊[54]等研究在系统中缺少氮磷时，污泥絮体的相对憎水性和膜的僧水性都增加，进而加速了污染物在膜表面的沉积或吸附。由于氮磷的缺失导致丝状菌相对增加，丝状菌将污染物牢牢地缠绕、固定在膜表面，加强了膜表面污染物抵御曝气的水力冲刷作用的能力，加速了膜的污染，所以一定要防止丝状菌膨胀现象6.5.2.8 投加介质

一体式平板膜生物反应器在清水中和处理生活污水时投加一定量的沸石后，沸石对膜污染阻力产生了影响。一定量沸石的投加能减少膜污染阻力，但存在一个最佳投加量问题，过量投加反而导致膜不能正常使用。近年来，也有不少学者投加轻质橡胶粒来减轻膜污染，榜胶粒来源于废旧轮胎粉碎而成颗粒材料，湿相对密度 1.16X103kg/m，胶粒平均粒径 (2.5士0.7) mm。

在进行 MBR水处理过程中，虽然膜孔堵塞引起的阻力损失仅为小部分，但是这种污染常常属于不可逆污染，具有累积性，且随着时间的延长，膜孔堵塞会愈加严重，极大地影响膜的性能，缩短膜的使用寿命。目前，在膜堵塞机理以及防治上还有很多需要完善的地方，尤其应加强系统的膜孔堵塞数学模型研究、膜孔堵塞与其他膜污染之间的联系研究、应用中膜孔堵塞防治可行性研究等。因此，如何减轻膜孔堵塞在整个膜污染防治研究中具有非常重要的意义。