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膜生物反應器中的膜污染問題及其防治

文檔作者：李春燕文檔來源：山東師范大學		點擊數：	更新時間： 2023年10月17日
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膜生物反應器中的膜污染問題及其防治
李春燕
(山東師范大學山東濟南250014)
摘要目前膜技術已廣泛應用于廢水處理及飲用水和生產用水中。然而，膜技術應用的障礙是結垢fal題，與較高的操作
成本和膜重置費用。因此．更好地理解膜污染不僅是解決上述問題的關鍵，而且是膜技術向前發展的主要因素之一。針對膜處
理工藝和它的實際應用．闡述在飲用水和廢水處理過程中應用膜分離技術出現的不同的結垢現象及其防治方法。
關鍵詞膜污染膠體污染生物污染污染機制
中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1672—9064(2014)04—079一03
在過去的30年里．膜技術越來越受歡迎并成為21世紀
最有發展前景的技術之一。作為一種先進的廢水處理技術，
膜技術一直在低污染物水平的飲用水和廢水中起到凈化或
集中成藥物及化工產品的作用。膜分離之所以引起廣泛的興
趣．在于它減少了單元操作的數目，循環工藝用水，及為其他
應用程序回收有價值的產品。由于其固有的優點如選擇性分
離，連續和自動操作，方便和周密安排的過程傳導，純化不添
加化學品．易規?；偷涂臻g要求，相比于傳統廢水處理過
程．膜技術被認為是最有吸引力的替代品[1]。因此，膜技術如
微濾(MF)。超濾(UF)，納濾(NF)和反滲透(RO)，特別是膜生
物反應器(MBR)已廣泛應用于先進的供水和污水處理。
然而，各種因素控制膜系統的經營成本，如功率需求，功
率成本．勞動力，材料，膜清洗，阻垢和膜的使用壽命與更換，
這些限制仍然在飲用水和廢水處理中存在講。應用膜過程的
主要障礙是滲透通量隨時間快速下降的膜污染。本文的目的
是闡述各種膜應用中產生結垢的主要問題．概述不同污垢類
型和污染機制。
1膜污垢、污染類型和機制
膜系統可以在任一恒定的滲透通量(單位膜面積流速．
L／m：h)與可變跨膜壓力(TMP)或恒定跨膜壓力與可變滲透
通量進行操作。前者模式是常見的一種。基于操作TMP，用
于水處理和重復利用的膜大致可歸類為低壓膜(LPMs)和高
壓膜(HMPs)。低壓膜包括微濾(MF)和寬松的超濾膜(UF)，
它在相對低的跨膜壓力下操作．通常小于100～200kPa，另一
方面．高壓膜例如緊密的超濾膜．納濾膜(NF)和反滲透膜
(RO)在相對操作較高的跨膜壓力下操作(>200kPa)。
當系統在恒定的壓力下操作．增加TMP以維持特定的
流量或流量減少即發生膜污染。膜污染可以被歸類為可逆污
垢和不可逆污垢．2者的區別完全依賴于膜被操作及被清洗
的環境。可逆積垢(包括反沖和非反沖)的發生是由于在膜排
斥表面的濾餅層或材料的濃差極化。膜上的反沖可逆積垢可
以通過適當的物理清洗方法如反沖洗或水力沖刷(表面清
洗)進行恢復，而非反沖可逆積垢僅可通過化學清洗除去。不
可逆污染由化學吸附和孑L隙堵塞造成．如果發生不可逆污
染．跨膜通量的減少不可通過水動力或化學方法恢復。這意
味著．該膜必須經過大量的化學清洗或更換。
作者簡介：李春燕(1982～)，山東師范大學基建處，工程師。
2014．No．4
膜的污染是由養料中不同的污染物成分之間以及這些
成分與膜表面之間復雜的物理和化學作用引起的。質量傳遞
可以導致附著．堆積．或吸附材料上到膜的表面和內膜孔。過
去的研究表明．膜污垢和污染物的特性由給水組成、主要組
分的濃度，水化學(pH、離子強度和二價陽離子濃度)，膜性
能(表面形態，疏水性，電荷和分子量)，溫度，運作模式及水
動力條件(初始滲透通量和橫流速度)決定[3]。因此，任何可
能會改變膜組件水動力特性和進料的化學特性的因素都會
影響整體的膜性能[4J。所以，物理和化學的結合效果將控制
附著的程度．也決定污染的嚴重性和有效地控制它采取的戰
略㈣。通常情況下．污垢可分為以下4類：顆粒污垢、有機污
垢、無機污垢和生物污垢。
未經純凈的水中含有多種可能導致膜污染的細顆粒、溶
解有機物、膠體、少量的可溶性鹽和微生物，不同的結垢通過
不同的污染機制產生。通過研究已經確定了6個主要的污染
機制：①毛孔阻塞；②濾餅的形成；③濃差極化；④有機吸附；
⑤無機沉淀：⑥生物結垢。
2膠體污染
天然水和廢水中的顆粒物有以下幾種分類【6’：(D沉降固
體：>1001xm；②超膠體固含量：1～1001zm；③膠狀固體：
0．001～llxm；④溶解固體量：<0．0011．Lm。
膠體大小覆蓋很寬的尺寸范圍，從幾nnl到幾恤m。水產
膠體包括腐蝕產物。淤泥和粘土，沉淀的晶體，膠體硅和硫，
和由不完全處理產生的沉淀的鐵和鋁的化合物。一些高分子
有機物(如多糖，肽聚糖，蛋白質和腐殖質)和它們的群集(如
細胞碎片)也被分類為膠體污染物．原因是它們的許多特征
與無機膠體顆粒的特征相似?。一般來說．由顆粒／膠體引起
的膜污染歸因于濾餅的形成導致的初始孔隙阻塞[8j。
接近膜孔大小的膠體可引起孔隙阻塞．而那些比膜孔大
很多的膠體可以導致更易被除去的濾餅的形成[9 3。對流．布
朗擴散．剪切誘導擴散，慣性升力，重力沉降和側向運移是膠
體和微粒從流動的懸浮液到膜表面上的主要傳輸機制．這些
強烈地依賴于剪切速率．顆粒尺寸和進料溶液的顆粒體積濃
度[10j。顆粒，膠體污染機制包括孑L隙阻塞．濾餅的形成和濃差
極化。孑L隙堵塞是顆粒污垢的第1階段．也是結垢最嚴重的
模式．該模式可以被描述為3種不同的類型：①標準孔隙阻
萬方數據 。

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