膜生物反應(yīng)器中膜污染的形成機(jī)理及其影響因素研究.pdf

1、膜生物反應(yīng)器(Membrane Bioreactor, MBR)是一種將膜分離過程與生物處理過程結(jié)合在一起的新型污水處理工藝。與傳統(tǒng)的活性污泥法(CAS)相比，該工藝具有處理效果佳、占地面積少、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于污水處理和回用領(lǐng)域。然而，膜污染問題卻極大地限制了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。膜污染的形成對(duì)MBR技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性均具有不利影響，它不僅會(huì)降低MBR的運(yùn)行性能，同時(shí)還會(huì)增加它的運(yùn)行能耗。由此可見，明確MBR中膜

2、污染的形成機(jī)制及其關(guān)鍵影響因素，對(duì)MBR中膜污染的控制與該技術(shù)的推廣應(yīng)用均具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文以一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的浸沒式平板MBR為研究基礎(chǔ)，深入探究了MBR中膜污染的形成機(jī)理及其關(guān)鍵影響因子。主要考察了EPS、pH、離子強(qiáng)度和膜面粗糙度等因素對(duì)膜污染的影響，并通過滲透壓機(jī)理和XDLVO(ExtendedDerj aguin-Landau-Verwey-Overbeek)理論對(duì)這些影響產(chǎn)生的內(nèi)在機(jī)制進(jìn)行了深入和全面

3、的闡釋。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)MBR過濾過程中還存在著一種新的膜污染機(jī)制，即濾餅層過濾過程中的滲透壓效應(yīng)。所構(gòu)建模型的擬合結(jié)果表明:滲透壓效應(yīng)是濾餅層過濾阻力的主要來源;此外，pH、操作壓力及離子強(qiáng)度是濾餅層滲透壓效應(yīng)的主要影響因子。
　　(2)濾餅層結(jié)構(gòu)和成分的表征結(jié)果表明:濾餅層具有高度水化且富彈性的結(jié)構(gòu)特征;濾餅層中水的化學(xué)勢(shì)會(huì)隨著濾餅層深度的變化而變化;濾餅層表面帶負(fù)電官能團(tuán)所截留的正離子是濾餅層中滲透壓效應(yīng)

4、產(chǎn)生的主要原因所在。此外，上清液中SMP和BPC的存在會(huì)顯著影響滲透壓效應(yīng)，并最終導(dǎo)致濾餅層高過濾阻力的形成。
　　(3)pH值對(duì)膜污染的影響:潔凈膜的過濾阻力隨著pH的增大而輕微的增加;膜孔堵塞所產(chǎn)生的過濾阻力很小，因此受pH的影響甚微;污泥顆粒的粘附性隨著pH的增加而降低。XDLVO理論分析結(jié)果表明，在污泥顆粒靠近膜面的過程中存在一個(gè)斥力能壘，這個(gè)能壘的大小隨著pH的減小而減小，這將有利于污泥顆粒在膜上的粘附。此外，滲透壓效應(yīng)

5、的存在使得濾餅層的過濾阻力隨著pH的增大而顯著增加。
　　(4)在離子強(qiáng)度為0.005-0.05 mol/L的范圍內(nèi)，離子強(qiáng)度對(duì)膜孔堵塞阻力與濾餅層過濾阻力均沒有顯著的影響。XDLVO理論分析結(jié)果表明，在污泥顆?？拷っ娴倪^程中，存在一個(gè)第二能量最低點(diǎn)和一個(gè)斥力能壘，斥力能壘會(huì)隨著離子強(qiáng)度的增加而顯著降低，表明存在一個(gè)臨界離子強(qiáng)度值，當(dāng)溶液離子強(qiáng)度高于該值時(shí)，斥力能壘就會(huì)完全消失。此外，濾餅層過濾阻力沒有受到離子強(qiáng)度的顯著影響，但

6、卻高度依賴上清液中的SMP，并可通過滲透壓機(jī)理加以解釋。
　　(5)與污泥顆粒-平滑膜面的作用能相比，污泥顆粒在粗糙膜表面上更容易發(fā)生粘附，同時(shí)也更容易被脫除下來;較小的突起半徑將更有利于污泥顆粒在膜面上的粘附，并且還存在一個(gè)“臨界”突起半徑，當(dāng)突起半徑大于這個(gè)半徑時(shí)，總作用能在特定的分離距離內(nèi)將會(huì)是排斥的;突起高度對(duì)膜污染的影響將主要依賴于MBR中的水動(dòng)力條件，在良好的水動(dòng)力條件下，高水平的突起高度更有利于膜污染的控制;污泥顆粒