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如何減少MBR膜（mó）清洗（xǐ）頻次（cì）？

如何（hé）減（jiǎn）少MBR膜清洗頻次？

  • 分類（lèi）：行業動態
  • 作者：
  • 來源：
  • 發布時間：2022-08-23 13:35
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如何減少MBR膜清洗頻次？

【概要描述】自MBR工藝（yì）問世以來（lái），其便因（yīn）占地麵積小，出水（shuǐ）水質（zhì）好，有（yǒu）機負荷（hé）率大（dà），汙泥產量少等而在世界範圍內得到廣泛應用，尤其在城市汙水處理中發展迅速。

  • 分類：行業動態
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  • 發布時間：2022-08-23 13:35
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詳（xiáng）情

自MBR工藝問世以來（lái），其（qí）便因占地麵積（jī）小，出水水質（zhì）好，有機負荷率大，汙泥產量（liàng）少等而在世（shì）界範圍內得（dé）到廣泛應用，尤其在城市汙（wū）水處理中發展迅速。

 

但是由於運（yùn）行過程中需要對膜汙（wū）染進行有效控製，而必須采（cǎi）取加大錯流（liú）速率，曝氣等手段，使得MBR運行過程中消耗大量能源。那麽針對這些問題，MBR操作人員究竟該怎麽做？才能快速找到膜汙染根源，並給（gěi）予精準打擊（jī），以此減少清洗頻率。

 

 

膜（mó）汙染是怎麽產生的？

 
嚴格來講，膜汙染（rǎn）是指在運（yùn）行過程中（zhōng）處理物料的（de）微粒，膠體粒子或溶質大分子由（yóu）於與（yǔ）膜發（fā）生物理化學相互作用或機械（xiè）作用而引起的吸附或者沉積而造成的膜表麵覆（fù）蓋及膜孔堵塞的現象。

 

如何減少MBR膜清洗頻次（cì）？ (圖3)

 

膜汙染現象非常複雜，包括多種機理。其中，
濃差極化是表麵形成濾（lǜ）餅層（céng）的主（zhǔ）要原因，主要沉（chén）積（jī）顆粒有懸浮固體，膠體（tǐ）和微生物群。
有機和無機物汙染是指有機和無機物吸附於膜表麵和膜孔中產生的汙染。
生物汙染是微生物群在膜表麵附著生長而（ér）產生的（de）生物膜。
結垢現象是當膜表麵溶解的鹽的濃度（dù）超過其溶解度時產生的，不是主要的膜（mó）汙染原因。
膜汙染（rǎn）通常用於概（gài）括所有導致膜透（tòu）過流量下降（jiàng）的現象，根據清洗方法不同，膜汙染可以分為：
1、短時間內由於濃差極（jí）化（huà）、膜孔汙染和（hé）凝膠層的形成使通量下降的可逆汙染，通過反（fǎn）洗，曝氣（qì），錯流等表麵清洗方法可以迅速去除的汙染，一般指短（duǎn）期汙（wū）染。
2、物料顆（kē）粒與膜材料發生的長期作用（yòng）而產（chǎn）生的不可逆汙（wū）染，不能被物理清洗方法去除，但可以通過化學清洗恢複通量的汙染，一般指長期汙染。
3、長期運行過程中不能被任何（hé）清洗方法所（suǒ）去除的汙染稱為不可恢複汙（wū）染。

 

 

膜汙染受哪些因素影響？

 
一、汙泥混合液特性
膜生物（wù）反應器中的膜汙染物質的來源是活性（xìng）汙泥混合液，汙泥混合（hé）液對膜的汙染極為複雜。

 

1、EPS和SMP

胞外（wài）聚合物（EPS）和溶解性微生物產（chǎn）物（wù）（SMP）都（dōu）是微生物代謝產物，成分大致相同，它們對膜汙（wū）染（rǎn）有著重要且複雜的影響（xiǎng），是MBR過程中最主要汙染物。
EPS濃度過高，會增大混合（hé）液粘度而（ér）不利於溶解氧（yǎng）的擴散，使汙泥係統充氧困難，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（ér）對MBR的運行不利。
因此，存在一個最優EPS值，使絮狀物結構穩（wěn）定，並（bìng）且不會引起高的膜汙染趨（qū）勢。
研究發（fā）現大部分SMP分子量小（xiǎo）於1KDa和大於10KDa，小（xiǎo）分子量的溶解有機物，在（zài）通過膜的同時，易堵塞膜孔，造成膜汙染，並成為（wéi）出水中主要殘留有機物。
同時（shí），SMP的特性與組成也受到多個運行參數影響。
一般來說，水圈COD君認為MBR中SMP對膜的汙染趨勢隨MLSS的增加，有機物（wù）載（zǎi）入量的下降（jiàng），以及溶解氧的升高而減弱。
2、混合液懸（xuán）浮固體濃度（dù）MLSS
MLSS濃度直接影響混合液粘度，粘（zhān）度（dù）升（shēng）高是（shì）MLSS上升引起混合液過（guò）濾性能下降的主要原因，如果錯流速率或（huò）者（zhě）曝氣強（qiáng）度不足以衝刷掉附（fù）著在膜（mó）表麵的固（gù）體，將很快（kuài）引起汙染層的產生。
3、粘度
混合液粘度受（shòu）MLSS影響，MLSS濃度高於臨（lín）界值時，粘度隨固體濃度增加而指數升高。
在中空纖維MBR中，混合液粘度影響氣泡大小，及纖維膜在反應器中的靈活性。另外，粘度升高會使溶解氧DO傳遞效率下降（jiàng），低溶解氧（yǎng）濃度會（huì）加劇膜汙染趨勢。
4、汙泥親（qīn）疏水性
許（xǔ）多研究結果表明汙泥中親水性溶（róng）解有機物對膜汙（wū）染的發生起到負麵作用。然而，也有研究發現高疏水性（xìng）絮狀汙（wū）泥同樣（yàng）會（huì）引起膜汙（wū）染（rǎn）。
汙泥的疏水性和表（biǎo）麵電荷（hé）都與胞（bāo）外聚合物的組（zǔ）成和（hé）性質以及絲（sī）狀細菌生長指數有關，絲狀（zhuàng）細（xì）菌過量繁（fán）殖會產生大量，使電勢（shì）下降（jiàng），絮狀汙泥形狀（zhuàng）不規則，疏水性增強，導致嚴重的膜汙染。
5、汙泥顆粒大（dà）小
膜通量下降主要是由於2um左右的顆粒引起的。一（yī）般來說，顆粒尺寸越小，顆粒越易在膜麵（miàn）沉積（jī），形成的沉積層也越致密，透水性（xìng）越小，故顆粒（lì）尺寸過小將加劇膜汙染。
6、汙泥沉降指數SVI
盡管對膜汙染沒有直接影響，但汙泥沉降指（zhǐ）數（SVI）能夠反映出混（hún）合液中（zhōng）的有機（jī）物質的沉降性。
目前不能沉降的有機物質，如膠體，溶解有機物，被普遍認為是膜的主要汙（wū）染物質。

 

二、MBR過程（chéng）的操作條（tiáo）件

操作條件直接或間接影響著膜汙染和汙泥的性質和組成。
7、汙泥停留時間（SRT）
實際結果表明，增加SRT可以減少SMP和EPS的產生，膜汙染率也會隨之降低。
但是（shì），過（guò）長（zhǎng）的SRT會使（shǐ）汙泥（ní）濃度過高，也會帶（dài）來過高的粘度並影響到傳質和反應器的流體力（lì）學，導致更嚴重的膜汙染。一般城市汙水處理中膜生物反應器的SRT為（wéi）5-20天。 
8、水力停留時間（HRT）
雖然HRT對膜汙染沒有直接影響，但（dàn）是（shì）短HRT會給微生物提供更多的營養物質，而使微生物快速生長，導致MLSS濃度升高，並且（qiě）使（shǐ）通量增加（jiā），從而會增（zēng）大膜汙染發生的可能。
9、溫（wēn）度和pH
對比不同季節溫度不難（nán）發現，低溫（wēn）期可逆汙染更加嚴重，高溫期不可逆汙染發展更迅速。
MBR運行pH範圍一般是6-9，範圍之外，反應器中的硝化（huà）細菌會迅速減（jiǎn）少，導致硝化作用受到抑（yì）製。當pH值高於其臨界值時，膜（mó）汙（wū）染迅速（sù），而當溫度升高時，最大允許pH值就會降低。
10、溶解氧（DO）
低濃度溶解氧會使細胞疏水性降低，而引（yǐn）起（qǐ）汙泥絮體分解，當DO低於1mg/l時（shí），SMP含量急劇（jù）升高 。溶解氧也會影響EPS和SMP中成分組成，在高溶解氧MBR體係中，蛋白和多 聚糖的比（bǐ）率（lǜ）也會升高，並且微生物群落（luò）組成會（huì）非常不同。
11、膜通量
對於所有膜過程（chéng），通（tōng）量的升高都會引起膜汙染的加（jiā）劇。
在通量的選擇與膜麵積最小化，反衝洗和化學（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（shēng）物反應器中，錯流速率（CFV）是快速改變（biàn）膜透過性（xìng）的方法之一（yī）。
在高濃度和小孔（kǒng）徑膜的係統中，CFV的增大（dà）可以（yǐ）緩解汙染物（wù）在膜表麵沉（chén）積。
但對於混合液（yè）顆粒物相對較大的情（qíng）況下，CFV的增強對通量升高沒有甚至相（xiàng）反的作用。
浸沒式MBR工藝中曝氣起到非（fēi）常（cháng）重要的作（zuò）用：a、通過曝氣提（tí）供溶解氧，供汙泥中的（de）微（wēi）生物正常生長代謝；b、起到攪拌作用，使汙泥懸浮，在混合溶液中充分混合；c、使中空纖維膜組件（jiàn）膜絲疏鬆，並在膜表麵產生剪切力，減少汙染物在膜表麵沉積，一定程度上防止膜汙染的產生。
三、膜的性質與膜組（zǔ）件結構
13、膜的孔徑大小
小孔徑膜，容易截留（liú）溶液中的汙染物，在（zài）膜表麵產生沉積層，使膜阻力（lì）增加（jiā）。這類汙染一般屬於可逆汙（wū）染（rǎn），可以通過錯流、反洗、曝氣等物理方（fāng）式去除，內部汙染較小。
大（dà）孔徑膜，在過濾初期膜孔堵塞較嚴重，隨著（zhe）表麵動態膜的形成，截留作（zuò）用開始提高。但是汙（wū）染物易在膜孔表麵和內部產生沉積和（hé）堵塞，形成不可逆汙染甚至不可恢複汙染，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（zhōng）不同膜材料（liào）的汙染（rǎn）情況，研究表麵在同樣運行條件下，聚偏氟乙烯（xī）（PVDF）膜的汙染趨勢明顯小於聚碸膜（PS）和纖維素膜。
值得一提的是，當活（huó）性汙泥有機物組分中存在與膜材（cái）料相似的聚合物時，不可逆汙染物的成（chéng）分取決（jué）於膜材料。
15、膜（mó）表麵粗糙程度
膜表麵（miàn）粗糙度的增加使膜表麵吸（xī）附汙染物的可能性增加，但同時也增加了膜表麵的撓動程度（dù），阻礙了汙染物在膜表麵的沉（chén）積，因此粗糙度對膜通量的影（yǐng）響（xiǎng）是兩方麵因素綜合作用的結果。
16、親疏水性
膜材料的憎水性對膜汙染也有很重要的影響，比較（jiào）了憎水（shuǐ）性超濾膜和親水性超濾膜，得出憎水性超濾膜膜麵更容（róng）易吸附溶解性（xìng）物質，表現出更大的易汙染傾向。
目（mù）前，改變膜疏水性的方式大多是對膜材料（liào）進行改性。如改變孔徑大小，膜表麵粗糙程（chéng）度，添加無機材料在膜表麵（miàn）形成動態預塗層等。

 

 

如何控製MBR膜汙染？

 

1、臨界通量運（yùn）行 
目前，MBR工藝設計基本都（dōu）采取恒通量運行，在盡（jìn）量滿（mǎn）足汙水處理量要求（qiú）的前（qián）提下，通過其他操作手段控製膜汙染。
臨界通量的概念與1995年首次提出，它的定義是在該通量以下，透膜（mó）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係。
臨界通量的選擇對運行有著重要作用，超過臨界通量，汙染就（jiù）會發生，跨膜壓差（TMP）隨過濾時間的延長而增加（jiā），膜組件在臨界（jiè）通量以下運行可大大（dà）延緩膜（mó）汙染。

 

2、曝氣量以及曝氣強度

一般來說，增強曝氣強度有利於提高膜透過性，減少（shǎo）膜汙染，長時間的低曝氣（qì）下，汙（wū）染物（wù）迅速沉積在膜表（biǎo）麵。
然而，強曝氣也（yě）會破壞汙泥絮體。會改變（biàn）汙泥顆粒（lì）大小及分布（bù），釋放出更多的膠體和溶解有機物（EPS和（hé）SMP），而加劇膜汙染。因此，水圈COD君建議找到最優曝氣強度（dù）至關重要（yào）。
曝氣強度對膜透（tòu）過性的作用受多種因素影（yǐng）響，如混合液濃度、混合液粘度、運行通量等。有學者提出將曝氣（qì）強度，跨膜壓（yā）差（TMP）變化以及通量改變在一張圖中做（zuò）出，以此找到最優曝氣強度。

 

如何減少MBR膜清洗頻次？ (圖8)

 

跨膜壓差（chà），曝氣強度以及通量關係圖

 

3、膜（mó）汙染清洗方法的選擇（zé）

膜汙染清洗方法主要包括物理清洗和化學清洗。
物理清洗
物理清洗包括（kuò）間歇運行和清水反洗（xǐ）。MBR運行過程中，反衝洗方法是去除可逆汙染，延緩膜汙染的有效途徑（jìng）。
如在中試浸沒（méi）式MBR中研究了反（fǎn）洗對延緩膜汙染的效果，發現在相同的通量下，低頻率高強度反洗比高頻率清洗更（gèng）能有效降低膜汙染。
值（zhí）得一提的是，在間歇運行期間，膜表麵的汙（wū）染物由於重力作用而鬆（sōng）散脫落，在曝氣作用下，效果更加（jiā）明顯。因此，將（jiāng）間歇（xiē）運行與反衝洗結合可以更有效緩解膜汙染（rǎn）。
化學清洗
物理清洗無法阻止不可逆汙染的發生，必須通過（guò）化（huà）學清洗手段來恢複通量。
化學（xué）清洗包括維護清洗和強力（lì）（恢複）清洗。目前常用的（de）清（qīng）洗劑（jì）有NaClO溶液，用（yòng）於去除有機汙染物，檸檬酸，用於去除無機汙染物等。
眾所周知，MBR供應商都有自己的強力清洗配方，主要區別是清洗劑濃度和清洗方法。
以MBR供應商Z公司為例，

 

如（rú）何減少MBR膜清洗頻次？ (圖9)

 

4、吸附劑的添加
在MBR中，混合液的成（chéng）分非常複雜。為改善混合液特性，應用最多的就是向（xiàng）反應器內投加粉末活性炭PAC形（xíng）成生物活性炭（tàn）。
某實驗比較了三個不同PAC投加量（0、0.75、1.5g/l）對膜生物反應器膜汙染的影響。
結果（guǒ）表明膜表麵汙染層隨PAC劑量的增加而減少（shǎo）， 然而（ér）不可（kě）逆汙染在劑量為（wéi）0.75g/l時降到最低，0和（hé）1.5g/l時不可（kě）逆（nì）汙染阻力相差不（bú）大。
不難發現，活性炭都（dōu）有其吸附容量，在運行過程中很快會達到吸附飽和，不但不（bú）能緩解膜汙染（rǎn），甚（shèn）至起到加劇作用。
因此，在MBR運行中（zhōng），應定期排泥，添加新鮮PAC才（cái）能有（yǒu）效改善（shàn）MBR運行效果。
與此同時，為了節約運行（háng）成本，可嚐試使用低投加濃度PAC來改善MBR運行效（xiào）果。結果顯示（shì），在（zài）長SRT高HRT運行條件下，低PAC投加量可以改善運行效果，並且有效地節約了成本。

 

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