膜污染简介和控制措施

1. 膜污染简介和控制措施 专业：化学工程 学号： 2012207116 报告人：王莉莉 日期：2013年9月14日

2. 一：膜生物反应器 • 膜技术和处理污水的生物反应器结合起来已经形成了三种类型的膜生物反应器（MBRS）。分别为分离膜生物反应器，膜曝气生物反应器，萃取膜生物反应器。 • 主要讲下膜分离生物反应器的优点：占地面积小，对水中固体去除彻底，出水无需消毒，高负荷率，低/零污泥的产率。 • 不可避免的膜生物反应器也会存在着一些缺点：例如膜的价格高昂，接下来我想着重讲述一下目前存在的膜污染问题。

3. 二：膜污染及其重要影响因素 • 膜污染是膜反应器运行中一系列增加膜阻力的因素的总称。膜污染主要是由于被处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质分子与膜发生物理化学作用， 在膜表面沉淀、积累或在膜孔内吸附， 造成膜孔径变小或堵塞，导致水通过膜的阻力增加，从而使膜产生透过流量与分离特性大幅度降低的现象。膜污染直接导致了膜通量下降和使用寿命缩短。污染可以通过几种物理化学和生物机制产生，并且通过浓差极化而使污染加重。下面就讲解一下膜污染的形成机理和因素

4. 在膜生物反应器运行过程中, 造成膜污染的直接物质来源是反应器中活性污泥和废水的混和液,成分主要是活性污泥中的微生物菌群及其代谢产物; 废水中的大、小有机分子、溶解性物质和颗粒等。膜污染的形成机理分为: 1.膜孔阻塞污染：小于膜孔径的颗粒物质在膜孔中吸附, 通过浓缩、结晶、沉淀及生长等作用使膜孔产生不同程度的堵塞, 造成膜污染。膜孔堵塞造成膜的有效过滤面积减小。膜过滤面积的减少速度与膜通量成正比。 2.滤饼污染：混合液中的悬浮物、胶体物质及微生物等大分子物质被膜拦截, 通过吸附、架桥、网捕等作用结合在一起, 在膜表面沉积形成沉积层, 降低膜通量, 造成膜污染。膜过滤阻力的增加主要由于滤饼层的积 累所造成。

5. 3.膜内部孔道阻塞污染：通过膜孔的过滤液中的颗粒物质沉积在膜的内部孔壁上, 导致膜孔径减小。膜孔内部体积的减小与滤液的体积成正比。 4.胞外聚合物（EPS）形成的凝胶层的污染：对于好氧MBR活性污泥过滤中，EPS是主要的污染物不但可以在膜生物反应器中积累, 而且会在膜表面积累, 引起混合液黏度和膜过滤阻力增加。膜表面的胞外聚合物直接改变沉积层的空隙率和结构, 胞外聚合物和细微颗粒一并沉积并吸附在膜表面, 形成黏性很强的凝胶层 以上是膜污染形成机理下面我要讲下影响因素。

6. 膜污染的影响因素 1.膜本身材料，结构的影响 （1）不同膜孔径决定了不同分离精度和膜通量，不同的水质需选择不同的膜。随膜孔径的增大，膜污染速率加快。（2）衡量孔隙率的参数主要为孔密度和孔径分布。膜的孔隙率对溶质的截留具有选择性。当膜孔为圆形、孔径分布窄时，膜的选择分离性能较好。孔隙率小的膜易被堵塞，透通量越小。（3）膜的亲水性和表面电荷对膜污染的程度起决定性的作用，亲水性超滤膜的沉积阻力和污染阻力都低于憎水性超滤膜。（4）构成膜的材料因具有荷电基团等原因， 使膜面带有电荷， 从而对混合液中的离子有排斥和吸附作用。一般混合液胶体粒子带负电，所以选择带负电的膜有利于防止膜污染。

7. 膜污染的影响因素 • 2.混合液的影响： 混合液各组分是造成膜污染的直接来源， 不同的混合液对膜会造成不同的影响。（1）蛋白质和胶体物质会严重影响严重的膜污染，蛋白质会在膜材料上不可恢复的沉积和蛋白质穿进膜组织内部造成污染。（2）不同的污泥浓度（MLSS）均存在对应临界膜通量。当超过临界污泥浓度时，膜通量急剧下降，而在低于临界污泥浓度的某个范围内， 通量几乎不发生衰减。 （3）污染物粒径与膜孔径接近时，膜通量的下降最为明显。

8. 膜污染的影响因素 • 3.MBR 操作条件的影响 （1）TMPs（膜驱动力）存在一临界值， 当操作压力低于临界压力时，膜通量随压力的增加而增大；而高于此值会引起膜表面污染的加剧， 膜通量随压力的增大变化不大，临界操作压力随膜孔径的增大而减小。 （2）曝气量的增加能在膜表面形成较大错流速度，使污染物不易在膜表面积累， 还可以加快污染物在膜表面的脱离。但曝气量过大有可能会导致污泥混合物粒径减小和小污泥颗粒增多，导致膜孔堵塞，同时会增加能耗。 （3）膜通量对膜污染有很大的影响，在次临界区运行时，TMP保持稳定，膜污染速度较缓慢，污染是可逆污染。临界区运行，系统可以在低污染率下稳定运行一段时间，操作压力线性缓慢增长，最终变得迅速；进入超临界区，TMP 增加且不稳定，形成部分不可逆污染。

9. 三：膜污染的控制 • 1.膜材质、孔径、粗糙度、亲/疏水性、表面电荷等都在一定程度上影响膜污染的速率。通常认为无机膜如陶瓷膜、金属膜等比有机膜具有更强的抗污染能力，，因此研制低成本的无机膜是膜元件的一个重要发展方向。。对有机膜而言，除选用抗污染能力较高的材料如聚偏氟乙烯( PVDF) 制造膜原件外，对现有膜原件进行表面改性从而改变膜面性质也是获得高抗污染能力膜元件的一个有效途径。 • 对膜构造，对膜组件结构进行优化设计有利于增强流体与膜面的相互作用，强化流体对膜污染的去除效果。目前对中空纤维膜组件结构的优化设计研究较多，包括膜组件的放置方向、填充度、张紧度及直径等，通常膜丝垂直放置、填充度较小、张紧度较低及纤维丝直径较细时膜污染较轻。

10. 2.上面讲到TMP对膜污染的影响很大，因此，针对不同的MBR 运行状况，测量出临界膜通量或临界TMP，保持系统在临界值以下运行是减缓膜污染、提高膜通量的有效方法。需要注意的是，临界膜通量或临界TMP 通常都由短期实验测得，而MBR 在长期运行时会发生短期实验中并不明显的轻度膜污染的积累，因此系统即使在临界值以下运行，最终也会出现TMP 骤增或膜通量骤减的情况。此外，MBR 运行的起始膜通量或起始TMP 也对膜污染有一定的影响，尽量选择低的起始膜通量或起始TMP有利于膜污染的减轻。在MBR 的运行中，膜面附近的错流能够在一定程度上减弱微粒子向膜面沉积的趋势，减缓膜污染的发生。对于浸没式膜生物反应器( SMBR) ，膜面附近流体的紊乱程度由曝气量决定，而对于错流式膜生物反应器( CMBR) ，膜面附近的水力状态由错流速率( CFV) 决定。在一定范围内，使用较大的曝气量或CFV能有效改善膜污染。

11. 四：个人对膜污染的控制的看法 • 通过阅读一些最新的论文资料，我自己对膜污染控制也有几点不成熟的看法 • 1.开发物理，化学，生物性能比较稳定的膜材料例如陶瓷膜，金属膜就不易被污染，或者对材料进行改性。 • 2.加强浸没式膜生物反应器研究与应用，因为浸没式比之外置式可以保持长时间的稳定膜通量而无需化学清洗，因为TMP较小，膜通量不会超过临界值，膜污染是可逆的。而且在浸没式中增加曝气量有助于减少膜污染，上面有所介绍。浸没式的能耗也远远小于外置式膜生物反应器。还有一点浸没式这种低膜通量造成的可逆膜污染对MBR的消毒作用有积极的作用，过滤阻力增加，有效孔径减小在细菌去除中有很重要的作用，所以适量的膜污染也是有用的。

12. 谢谢