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如何減少MBR膜清洗頻次？

如何減少MBR膜清洗頻次？

如何減少MBR膜清洗頻次？

【概要描述】自MBR工（gōng）藝問（wèn）世以來，其（qí）便因占地麵積小，出水水質好，有機負荷率（lǜ）大，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（yè）動態
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  • 發布時間：2022-08-23 13:35
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詳情

自MBR工藝問世以來（lái），其便（biàn）因占地麵積小，出水水質好（hǎo），有（yǒu）機負（fù）荷率大，汙泥產量少等（děng）而在世界範（fàn）圍內（nèi）得到廣泛應用，尤其在城市汙水處理中發展迅速。

 

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

 

 

膜汙染（rǎn）是怎麽產生的？

 
嚴格來講，膜汙染是指在運行過程中處理物料的微粒，膠體（tǐ）粒子或溶質大分子（zǐ）由於與膜發生物理化學相互作用或機械作用而引起的吸附或者（zhě）沉積（jī）而造成的膜表麵覆蓋及膜孔堵塞的現象。

 

如何減少MBR膜清洗頻（pín）次？ (圖3)

 

膜汙染現象非常複雜，包括（kuò）多種（zhǒng）機（jī）理。其中，
濃差極化是表（biǎo）麵（miàn）形成濾餅層的主要原因，主要沉積顆粒有懸浮固體，膠體和（hé）微生物群。
有機和無機物汙染是（shì）指有機和無機物吸（xī）附於（yú）膜表麵和膜孔中產生的汙染。
生物汙染是微生物群在膜（mó）表麵附著生長而產生的生（shēng）物膜。
結垢現（xiàn）象是當膜表麵溶解的鹽的濃度超過其溶解度（dù）時（shí）產生（shēng）的，不是主要的（de）膜汙染原因。
膜汙染通常用於概括所有導致膜透（tòu）過流量下降的現象，根據清洗方法不同，膜汙染可以分為：
1、短時間內由（yóu）於濃差極化、膜（mó）孔汙染和凝膠（jiāo）層的形成使通量下降（jiàng）的可逆（nì）汙染，通過反洗，曝氣，錯流等表麵（miàn）清洗方法可以迅速去除（chú）的汙染，一（yī）般指短期汙染。
2、物（wù）料顆粒與膜材料發（fā）生的長期作用而產生的不可逆汙染，不能被（bèi）物理清洗方法去除，但可以（yǐ）通過化學清洗恢複通量的汙染，一（yī）般指長期汙染。
3、長（zhǎng）期運行過程中不能（néng）被任何清洗方法所去除的汙染（rǎn）稱為（wéi）不可恢複（fù）汙染。

 

 

膜汙染受哪些因素（sù）影響？

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

 

1、EPS和SMP

胞外聚合物（EPS）和溶解性（xìng）微生物產物（SMP）都是微生物（wù）代謝產物（wù），成分大致（zhì）相同，它們對膜汙染有著重要且複雜的影響，是（shì）MBR過程中最（zuì）主要汙（wū）染物。
EPS濃度過高，會增（zēng）大混合（hé）液粘度而不利於（yú）溶（róng）解氧（yǎng）的擴散（sàn），使汙（wū）泥係統充氧困（kùn）難（nán），從而影響菌膠團的（de）正常生理活動，從而使膜過濾阻力升高。而EPS含量過低（dī），會引起絮狀物分解，從而對MBR的（de）運行不利。
因此，存在（zài）一（yī）個最優EPS值，使絮（xù）狀物結構穩定（dìng），並且不會引起高的膜（mó）汙（wū）染趨勢（shì）。
研究發現大部分SMP分子量小（xiǎo）於1KDa和大於10KDa，小分子（zǐ）量的溶解有機物，在通過膜的同（tóng）時，易堵塞膜孔（kǒng），造成膜汙染（rǎn），並成為出水中主要殘留（liú）有機物。
同時，SMP的特性與組成也（yě）受到多（duō）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（yǒu）機（jī）物載入量的下降，以及溶解氧的升高（gāo）而減弱。
2、混合液懸浮固體濃度MLSS
MLSS濃度直接影響混合（hé）液粘度，粘度升高是MLSS上升引起混合液過濾性能下降的主要（yào）原因，如果錯流速率或者（zhě）曝氣強度不足以衝刷掉附著在膜表（biǎo）麵的固體（tǐ），將很快引起汙染層的產生。
3、粘度
混合液粘度受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（shēng）高（gāo）。
在中空纖維MBR中，混合液（yè）粘度影響氣泡（pào）大小，及纖維膜在反應器中的靈活性。另外（wài），粘度升高會使溶（róng）解氧DO傳遞效率下降，低（dī）溶解氧濃度會加（jiā）劇（jù）膜汙染趨勢。
4、汙泥親疏水性
許多研究結果（guǒ）表明汙泥中親水性溶解有機物對膜汙染的發生起（qǐ）到（dào）負麵作用。然而，也有研究發現高疏（shū）水性絮狀汙泥同樣（yàng）會引起（qǐ）膜汙染。
汙泥的疏水性和表麵電荷都與胞外聚合物（wù）的組成和性質以及（jí）絲狀細菌生長指數有關，絲狀細菌過量（liàng）繁殖會產生大量，使電勢（shì）下降（jiàng），絮狀汙泥形狀不規則，疏水性增強，導致嚴重的膜汙染。
5、汙泥顆粒大小（xiǎo）
膜通量下降主要是由（yóu）於2um左右的顆粒引起的。一般來說（shuō），顆粒尺寸越小，顆粒越易在膜（mó）麵沉積，形成的沉積層也越致密，透水性越小，故顆（kē）粒尺寸過小將加（jiā）劇（jù）膜（mó）汙染（rǎn）。
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（chū）混合液中（zhōng）的有機物質的沉降性。
目前不能（néng）沉降的有（yǒu）機（jī）物質，如膠體，溶解有機（jī）物，被普遍認為（wéi）是膜的主要汙（wū）染物質。

 

二、MBR過程的操作條件

操作條件直接或間接影響著膜汙染和汙泥的性質和組成（chéng）。
7、汙泥停留時間（jiān）（SRT）
實際結果表明（míng），增加（jiā）SRT可以減少SMP和EPS的產生，膜（mó）汙染率也會隨（suí）之降低。
但是，過長的SRT會使汙泥濃（nóng）度過高，也會帶（dài）來（lái）過高的粘度並影響到傳質和反應器的流體力學，導致更嚴重的膜汙染。一般城市汙水處理中膜（mó）生物（wù）反應（yīng）器的SRT為5-20天。 
8、水力停留時間（HRT）
雖然（rán）HRT對膜汙染沒有直接影響，但是短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，並且使通（tōng）量增（zēng）加（jiā），從而（ér）會增大（dà）膜汙染（rǎn）發生的可能。
9、溫度和pH
對比不同季節溫度不難發現，低溫期可逆汙染更加嚴重，高溫（wēn）期不可逆（nì）汙染發（fā）展更迅速。
MBR運（yùn）行pH範圍一（yī）般是6-9，範圍（wéi）之外，反應器中的硝化細菌會（huì）迅速減少，導致硝化作用受到抑製。當pH值高於其臨界值時，膜（mó）汙染迅速，而當溫度升高時，最大允（yǔn）許（xǔ）pH值就會降低。
10、溶解氧（yǎng）（DO）
低濃（nóng）度溶解氧會使細胞疏水性降低，而引起汙泥（ní）絮體分解，當DO低於1mg/l時，SMP含量急劇升高 。溶解氧也會影響EPS和SMP中成分（fèn）組成，在高溶解氧MBR體係中，蛋白（bái）和（hé）多 聚糖（táng）的比（bǐ）率也會（huì）升高，並（bìng）且微生物群落組成會非常不同。
11、膜通量
對於所有膜過（guò）程，通量的（de）升高都會引起膜汙染的加（jiā）劇。
在通量的選擇與膜麵（miàn）積最小（xiǎo）化，反（fǎn）衝（chōng）洗和化學清洗時間間隔最小化之間取得平（píng）衡，也直接影響著運行成本。 
12、錯流速率和曝氣
在分體式膜生物反應（yīng）器中，錯流速率（CFV）是快速（sù）改變膜透過性的方法之一。
在高濃度（dù）和小孔徑膜的係統中，CFV的增（zēng）大可以緩解汙（wū）染物在膜表麵沉積。
但對於混合液顆粒物相對較（jiào）大的情況下，CFV的（de）增強對通量升（shēng）高沒有甚至相反的作用。
浸沒式MBR工藝中曝氣起到非常重要的作用：a、通過曝氣提供溶解（jiě）氧，供汙（wū）泥中的微生物正常生（shēng）長代（dài）謝；b、起到攪拌作用，使汙（wū）泥懸浮，在混合溶液中充分混合；c、使中空纖維膜組件膜絲疏鬆，並在（zài）膜表麵產生剪切力，減少汙（wū）染物在膜表（biǎo）麵沉（chén）積，一定程度上防（fáng）止膜汙染的（de）產生。
三、膜的性質與膜組件結構（gòu）
13、膜（mó）的孔徑大小
小孔徑膜，容易截留溶（róng）液中的汙染（rǎn）物，在膜表麵產生沉積層，使膜阻力增加（jiā）。這類汙染一般屬於可（kě）逆汙染，可以（yǐ）通過錯流、反洗（xǐ）、曝（pù）氣等物理方（fāng）式去除（chú），內部汙染較小。
大孔徑膜，在過濾初期膜孔堵塞較嚴重，隨著表麵動態膜的形（xíng）成，截留作用開始提高。但是汙（wū）染（rǎn）物易在膜孔表（biǎo）麵和內部產（chǎn）生沉積和堵塞，形成不可逆汙（wū）染甚至不（bú）可恢複汙染，成為長期運行中造成（chéng）膜性能下降，壽命（mìng）減少的（de）主要因素。
14、膜（mó）材（cái）料
針對厭（yàn）氧MBR中不同膜材料的汙染情況，研（yán）究表麵在（zài）同樣運行條件下，聚偏氟乙烯（PVDF）膜的汙染趨勢明顯小於聚碸膜（PS）和纖維素（sù）膜。
值得一提的（de）是，當活性汙泥有機物組分中存（cún）在（zài）與（yǔ）膜材（cái）料相似的聚合物時，不可逆汙染物的成分（fèn）取決於膜材料。
15、膜表麵粗糙程（chéng）度
膜表麵粗糙度的增加使膜表麵吸（xī）附汙染物的可能性增（zēng）加，但同（tóng）時也增加了膜表麵（miàn）的撓（náo）動程度，阻礙了（le）汙染物在膜表麵的（de）沉（chén）積，因此粗糙度對膜通（tōng）量的影響是兩方麵因（yīn）素綜合作用的結果。
16、親（qīn）疏水性
膜材料的憎水性對膜汙染也有很重要的影響，比較了憎水性超濾膜和親水性超濾膜（mó），得出憎水性（xìng）超濾（lǜ）膜膜（mó）麵更容易吸附溶解性（xìng）物質，表現出更大的（de）易汙（wū）染傾向。
目前，改變膜疏水性（xìng）的方式大多是對膜材料進行改性。如改變孔徑大（dà）小，膜表麵粗糙程度，添加無機材料在膜表麵形成動（dòng）態預塗層等。

 

 

如何控（kòng）製MBR膜汙染？

 

1、臨界通量運行 
目前，MBR工藝設計基本（běn）都采取恒通（tōng）量運行，在盡量滿足汙水處理量要求的前提下，通過（guò）其他操作手段控製膜汙染（rǎn）。
臨界通量的（de）概念（niàn）與1995年首次提出，它的定義是在該通量（liàng）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（guān）係。
臨界通量的選擇對（duì）運行有著重要作（zuò）用，超過臨（lín）界通量，汙染就會發生，跨（kuà）膜壓差（TMP）隨過濾（lǜ）時間的延（yán）長而增加，膜組件在臨界通量（liàng）以下運（yùn）行可大大延緩膜汙染。

 

2、曝氣量（liàng）以及曝氣（qì）強度

一般來說（shuō），增強（qiáng）曝氣（qì）強度有利於提高（gāo）膜透過性，減少膜汙染，長時間的低曝氣（qì）下，汙染物迅速沉積在膜表麵。
然（rán）而，強曝氣也會破壞汙（wū）泥絮（xù）體。會改變汙（wū）泥顆粒大小及分布，釋放出更多的膠體和溶（róng）解有機物（EPS和SMP），而加劇膜（mó）汙染。因此，水圈（quān）COD君（jun1）建議找到最優曝氣強度（dù）至關重要。
曝氣強度對膜透過性的作（zuò）用受多種因素影響，如混合液濃度、混（hún）合液粘度、運（yùn）行通量等。有學（xué）者提出將曝氣強度，跨膜壓差（TMP）變化以及通量改變在一張圖中做出，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、膜汙染清洗方法的選擇（zé）

膜汙染（rǎn）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（bāo）括間歇運行和清水反（fǎn）洗。MBR運行（háng）過程中，反衝洗方法是去除可逆汙染，延緩膜（mó）汙染的有效途徑。
如在中試浸沒式MBR中研究了反洗對延緩膜汙染的效果，發現在相同的通量下，低頻率（lǜ）高強度反洗比高頻率清洗更能有（yǒu）效降低（dī）膜汙染。
值得一（yī）提的是，在間歇運行（háng）期間，膜表麵的汙染物由於重力作用而（ér）鬆散脫落，在曝氣作用下，效果更加明顯。因此，將間歇運行與（yǔ）反衝洗結合可以更有效緩解膜汙染。
化學（xué）清洗（xǐ）
物理清洗無法阻止不可逆汙染的發生，必須通過化學清洗手段來恢複通量。
化學清洗包括維（wéi）護清洗和強力（恢複（fù））清洗（xǐ）。目前常（cháng）用的清洗劑（jì）有NaClO溶液，用於去除有機汙染（rǎn）物（wù），檸檬酸，用於（yú）去除（chú）無機汙染物等。
眾所周知，MBR供應商（shāng）都有自己的強（qiáng）力（lì）清洗配方，主要區（qū）別是（shì）清洗劑濃度和清洗方法。
以MBR供應商Z公司為（wéi）例，

 

如何減少MBR膜清洗（xǐ）頻次？ (圖（tú）9)

 

4、吸附劑的添加
在MBR中，混合液（yè）的成分非常複雜。為（wéi）改善混合液特性，應用最多（duō）的就是向反應器內投加粉末活性炭（tàn）PAC形成生物活性（xìng）炭。
某實驗比較了三個不同PAC投加量（0、0.75、1.5g/l）對膜生物（wù）反應器膜汙染的（de）影響。
結果表明膜表麵汙染（rǎn）層隨PAC劑量的增加而減少， 然（rán）而不可逆汙染在（zài）劑量為0.75g/l時降到最低（dī），0和1.5g/l時不可逆汙染阻力相差不大。
不難發現，活性炭都有其吸附容量（liàng），在運行過程中很快會達到（dào）吸附（fù）飽和，不但不能緩解膜（mó）汙染，甚（shèn）至起（qǐ）到加劇作用。
因此，在MBR運行中（zhōng），應定期排泥，添加新鮮（xiān）PAC才能有（yǒu）效（xiào）改善MBR運行效果。
與此同時，為了節約運行成本（běn），可嚐試使用低（dī）投（tóu）加濃度PAC來改善MBR運行效果。結果（guǒ）顯示，在長SRT高HRT運行條件下，低PAC投加量可以改善運行（háng）效果，並且（qiě）有效地節約了成（chéng）本（běn）。

 

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