抑制mbr膜污染強化技術(shù)研究

1、第３８卷第２期６２０１２年２月水處理技術(shù)ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＷＡＴＥＲＴＲＥＡＴＭＥＮＴＶ０１３８Ｎｏ２Ｆｅｂ。２０１２抑制ＭＢＲ膜污染強化技術(shù)研究尤朝陽，劉志寅，黃剛?cè)A，田英（南京工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇省工業(yè)節(jié)水減排重點實驗室，江蘇南京２１０００９）摘要：膜污染是膜生物反應(yīng)器工藝中普遍存在的問題，是影響穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素。介紹了國內(nèi)外控制膜污染強化技術(shù)的最新研究進展，包括膜自身性質(zhì)的改進、污泥混合液特性的改善、膜組件及反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的

2、優(yōu)化、工藝運行條件的優(yōu)化、組合工藝的運用及膜清洗技術(shù)的發(fā)展。關(guān)●陶：膜生物反應(yīng)器；膜污染；防治；強化技術(shù)中圖分類號ｚＴＱ０２８８文獻標(biāo)識碼：Ａ文章編號：１０００３７７０（２０１２）０２—０００６－００５膜生物反應(yīng)器是一種將膜的高效分離技術(shù)與生化反應(yīng)作用相結(jié)合的新型水處理技術(shù)，具有處理效率高、污泥停留時間（ＳＲＴ）長、比負(fù)荷率（Ｆ／Ｍ）低、剩余污泥少等優(yōu)點，基本上解決了傳統(tǒng)活性污泥法所存在的問題。但是在其運行過程中也存在著不可避免的問題膜

3、污染，膜污染已成為限制ＭＢＲ水處理技術(shù)推廣應(yīng)用的主要障礙。近年來，材料科學(xué)、生物科學(xué)、化工、計算機等相關(guān)領(lǐng)域的進步，推動了膜污染控制技術(shù)的發(fā)展。發(fā)接枝聚合親水性聚乙二醇甲基丙烯酸酯（ＰＥＧＭＡ），再通過相轉(zhuǎn)變法制備具有親水特性的ＰＶＤＦ分離膜。接枝后的ＰＶＤＦ膜接觸角降低到４２０，表現(xiàn)出很好的親水性和抗污染性能。趙翌帆等【２ｊ以電子束輻照為引發(fā)手段，采用丙烯酸／苯乙烯磺酸鈉ＡＡｃ／ＳＳＳ混合單體接枝改性ＰＴＦＥ膜表面。通過一步接枝的方法

4、對ＰＴＦＥ膜表面進行親水化改性同時引入磺酸基團，顯著提高了膜表面的親水性。Ｏｎｉｓｈｉ等１３］使用親水性的聚２甲氧基丙烯酸酯接枝聚丙烯制備１膜材料的強化技術(shù)聚砜（ＰＳＦ）、聚丙烯腈（ＰＡＮ）、聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）、聚醚酮（ＰＥＫ）、聚醚砜（ＰＥＳ）等多種特種工程高分子材料制成的膜表面親水性｝匕較差，被分離物質(zhì)在疏水表面易產(chǎn)生吸附，易造成膜污染，成為膜技術(shù)進一步推廣應(yīng)用的阻礙。因此，只有通過膜材料改性的微孔膜，不吸附蛋白質(zhì)，有效地減緩了

5、吸附陲污染的發(fā)生。劉建超等問對紫外誘導(dǎo)移植法改性聚丙烯膜，發(fā)現(xiàn)膜表面的接觸角明顯下降，說明膜表面親水性顯著增強，并制備了具有多種親水性和抗菌性的膜。來控制膜與滲透物間的親和性，才能達(dá)到滲透性與選擇性的統(tǒng)一。目前，幾種最常用的膜材料改性方法有等離子體改性法、表面活性劑改性法、酶改性法、紫外輻照法、高分子合金法和表面化學(xué)反應(yīng)法。改性膜材料的１２膜的物理改性物理改性分為膜材料的物理改性和膜結(jié)構(gòu)的改性。膜材料的改性即膜材料與其它聚合物實施物理共

6、混，改善膜的親水性能，也是改善高分子材料性質(zhì)簡單而有效的方法。而膜結(jié)構(gòu)的改性即膜表面的荷電性、膜孔徑大小及膜表面粗糙度等。宋來洲等【珂成功的將具有螯合配位作用的ＤＴＰＡ與ＰＶＤＦ共混，制備了ＰＶＤＦ改性分離膜。結(jié)果表明，ＰＶＤＦ改性膜的吸附／脫附性能優(yōu)良，經(jīng)吸附／脫附４次循環(huán)后，其對Ｃｕ２＋吸附量大于００２６ｍｇ?ｃｍ。２，脫附率仍超過方法很多，可分為化學(xué)改陛、物理改性和生物改性。１１威的化學(xué)改性化學(xué)改性又有膜材料化學(xué)改性和膜表面化學(xué)改

7、性等。膜材料化學(xué)改性包括材料的共聚、接枝、用化學(xué)方法賦予親水基團等。膜表面化學(xué)改性包括含官能團的聚合物薄膜涂覆、等離子體表面聚合改性、界面縮９５％。湛含輝【６喇用無皂乳液聚合法將ＡＡ與ＭＭＡ單體與ＫＨ５７０分子鏈上的雙鍵進行聚合，合成雙親性納米ＴｉＯ：復(fù)合體，用于改性ＰＶＤＦ超濾膜，改聚等方法。王文才等ｆ１】對溶解在Ｎ一甲基吡咯烷酮中的聚偏氟乙烯進行處理引入過氧基團，然后通過熱引收稿幾期：２０１１０７１８性膜通量、截留率可分別達(dá)到８０札

8、?Ｃｍ之?ｈ。和基金項目：江蘇省環(huán)科院重點實驗審開放摹金（ＫＦ２０１０００１）；江蘇省建設(shè)廳研究基金（ＪＳ２００８ＪＨ０５）；江蘇省環(huán)保廳重點科技示范項目（２００９０２３）；南京工業(yè)大學(xué)青年教師基金重點項目作者簡介；劉志寅（１９８６一），男?碩士研究生。研究方向為污水處理；Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｚｈｉｙｉｎ０３３４０６１＠１６３。ＣＯｌｒｌ萬方數(shù)據(jù)８水處理技術(shù)。第３８卷第２期對比了硫酸鋁和三氯化鐵對ＭＢＲ的膜污染的影響，考慮到除磷ｐＨ范圍

9、和比阻，在２００－－一５００ｍｇ?Ｌ。的投加量范圍內(nèi)硫酸鋁的效果較好，三氯化鐵雖然對降低比阻較有效，但是會引起明顯的ｐＨ的下降。一些研究發(fā)現(xiàn)利用顆粒物質(zhì)摩擦撞擊膜片可以減緩膜污染。ＳｔｅｆａｎＫｒａｕｓｅ［＂ｌ在活性污泥中加入顆粒物質(zhì)（粉料），經(jīng)過８個多月的實驗，膜組件的滲透性能保持不變，通量可以達(dá)到４０Ｌ?ｍ－２０ｈ－－以上。馬金霞［２３１考察投加ＧＡＣ對ＭＢＲ系統(tǒng)過濾特性的影響。結(jié)果表明，運行３０ｄ后，未投加和投加ＧＡＣ的’ＭＢＲ系

10、統(tǒng)的膜通量分別降至初始的３１３％和９１７％：ＡｋｒａｌｎａｎｄＳｔｕｃｋｅｙｔ２４］發(fā)現(xiàn)當(dāng)ＰＡＣ投加量為１６７濾性能，發(fā)現(xiàn)隨著污泥平均粒徑的減小，膜過濾阻力逐漸增大。朱彤等［３０ｌ發(fā)現(xiàn)污泥平均粒徑最大時ＴＭＰ最小，且此時混合液中０４ｄ的微粒子比例最小。３反應(yīng)器及工藝條件的優(yōu)化技術(shù)３１膜組件及反應(yīng)■的優(yōu)化３１１虞組件的位１變換與形狀改進一些研究通過改變膜片的位置、形狀、張緊度、填充度，來抑制膜污染。魏志剛等叫腎膜組件傾斜３００／０放置，曝

11、氣氣泡可以沖刷到整個纖維膜，提高了氣泡的沖刷效率，加速了濾餅層的脫落。陳強等ｐ２］采用新型海藻式膜生物反應(yīng)器處理印染廢水效果良好，出水濁度低于０３ＮＴＵ，對ＣＯＤ、ＢＯＤ、色度、氨氮、ＴＮ的去除率ｇｏＬ－ｉ時，對膠體和溶解性微生物產(chǎn)物（ＳＭＰ）具有雙重吸附作用，在膜表面形成了很薄的濾餅層，從而使得膜通量從２Ｌ?ｍ－２ｈ。增加到了９Ｌ?ｍ－Ｚ，ｈ～。但是當(dāng)投加量為３４ｇ?Ｌ。時，膜通量又下降到５Ｌ?ｍ－２ｈ～。這說明投加量有一個最佳值。還

12、有一些研究投加大的顆粒物，楊期勇１２５１發(fā)現(xiàn)顆粒填料復(fù)合式膜生物反應(yīng)器ＨＭＢＲ可以顯著減緩膜污染，當(dāng)膜通量分別為３０、４５、６０更有效。也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)１００％張緊度的比９６％張緊度的膜組件的ＴＭＰ增加快［９１。張建中ｐ３［貝ｊｊ采用膜動式膜生物反應(yīng)器處理生活污水，驅(qū)動裝置驅(qū)動膜組件使膜組件在水中轉(zhuǎn)動或者搖動，這樣微生物很難附著在膜表面，膜表面的凝膠層處于不斷跟新的狀態(tài)，難以形成較厚的凝膠層。最大限度的限制膜污染與堵塞。Ｌ?Ｉｎ２?ｈ‘１時

13、，ＭＢＲ的透膜壓差增長率分別是ＨＭＢＲ的５５、３３和２２倍；ＨＭＢＲ對ＣＯＤ平均去除率達(dá)到９２３％。楊帥【垌開發(fā)了一種新型無紡布填料，即在塑料支架的內(nèi)側(cè)附上一層無紡布，填料為圓柱體，外徑為２０ｃｍ，內(nèi)徑為１８ｃｍ，高１８掛膜后在水中易于循環(huán)流動。ｃｍ。３１２反應(yīng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化反應(yīng)器的尺寸高度、內(nèi)置擋板的位置、升降流區(qū)的過水面積以及擋板上方的水面高度等因素均對反應(yīng)器內(nèi)的循環(huán)水力流動有影響。楊期勇例將應(yīng)池用橫隔板分成升流區(qū)和降流區(qū)。中空纖維膜組

14、件置于升流區(qū)，下設(shè)穿孔管曝氣。升流區(qū)和降流區(qū)液體相連通，曝氣對反應(yīng)器增氧，并成推動力。環(huán)流反應(yīng)器因無紡布的材質(zhì)為聚酷纖維，沾水以后濕密度接近水，２３合理優(yōu)化污泥混合液特性ＳＲＴ是影響ＭＢＲ運行的重要參數(shù)之一。Ｚｈａｎｇ等［２７１研究了ＳＲＴ分別為１０ｄ和３０ｄ的膜污染情況，結(jié)果表明，在ＳＲＴ為１０ｄ時，穩(wěn)定ＭＬＳＳ質(zhì)量濃度為５０００～６０００其內(nèi)部流體的循環(huán)流動，對微生物與有機物、氧的混合、擴散、傳質(zhì)均很有利。Ｌｉｕ等【，５１也建議在反

15、應(yīng)器設(shè)計中應(yīng)盡可能減小上升流通道，擴大下降流通道和ｍｇ?Ｌ１ＳＲＴ為３０ｄ時，穩(wěn)定５００１００００ＭＬＳＳ質(zhì)量濃度為８１０ｍｇ?Ｌ－１。ＳＲＴ為底部連接通道，提高反應(yīng)器高度，以提高升流區(qū)膜表面的剪切應(yīng)力；Ｓｈｉｍ等㈨通過實驗指出，當(dāng)降、升流區(qū)過水截面積之比位于３６～４５之間時，能有效地阻止濾餅層在膜表面的形成。ｄ的污泥混合液中小顆粒物以及上清液中ＳＭＰ和多糖類ＥＰＳ高于其ＳＲＴ為３０ｄ時的數(shù)值。同時ＳＲＴ為１０ｄ時的可持續(xù)通量或臨界通量

16、要低于ＳＲＴ為３０ｄ時的數(shù)值。好氧顆粒污泥具有較高的反應(yīng)活性，因其同時具有厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)，所以處理效率通常高于傳統(tǒng)的活性污泥處理系統(tǒng)，尤其是脫氮效率的提３２工藝條件的優(yōu)化３２１●氣強度曝氣有２種作用：為生物反應(yīng)器提供氧氣：為膜面創(chuàng)造湍流，防止膜面沉積物的形成使膜結(jié)垢最小化。最新的研究熱點主要體現(xiàn)在優(yōu)化曝氣的頻率、氣泡的大小、曝氣的方式等。魏鵬唧認(rèn)為活塞流曝氣引起的平板膜表面壓力及其變化系數(shù)與曝氣頻率和曝氣強度有關(guān)。Ｊｉ等【，８】

17、發(fā)現(xiàn)活性污泥中溶解性ＥＰＳ、附著性ＥＰＳ和絮體總聚合物中蛋白質(zhì)／多糖隨著曝氣量的增加而減小。Ｈｏｗｅｌｌ等［３９１通過實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)臨界通量增加到２３Ｌ?ｍ五?ｈ。后就不再隨曝氣量而增加。高。ＸｉｕｆｅｎＬｉ圓通過對比普通ＭＢＲ和好氧顆粒污泥ＭＢＲ時發(fā)現(xiàn)，好氧顆粒污泥ＭＢＲ對膜污染的減緩作用強于普通ＭＢＲ，在運行期間，好氧顆粒污泥ＭＢＲ的膜的通量比普通ＭＢＲ高５０％。粒徑越小，污泥顆粒越容易沉積到膜面，產(chǎn)生較大的濾餅比阻。Ｍｅｎｇ等陋考察