MBR膜污染及其控制

       膜污染是膜與反應器內的污泥混合液中的污染物質相互作用而引起的在膜孔內或者膜面吸附、聚集、沉淀等，從而引起膜跨膜壓力的升高（恒流模式）或者膜通量的降低（恒壓模式）的現象。
       活性污泥體系中物質眾多，包括污水基質、菌膠團、微生物細胞、細胞碎片以及微生物代謝產物如胞外聚合物（EPS）和溶解性微生物產物（SMP）以及各種有機、無機溶解性物質等，理論上講每一部分對膜污染都有貢獻。
       活性污泥體系中的物質在膜孔內的吸附和聚集形成的污染，稱之為內部污染；而在膜表面聚集或沉積形成的污染稱之為外部污染。
       需要指出的是，MBR的外部污染中存在"泥餅層"污染和"凝膠層"污染的現象。泥餅層污染是指大量污泥絮體在膜面沉積而形成的污染；凝膠層污染則是一些小顆粒物質，如膠體物質、EPS、SMP 等物質在膜面的吸附和聚集，這些物質的粒徑分布往往較廣，*控制這些物質不在膜面沉積是不可能的。
       在MBR運行過程中，一旦出現泥餅層的污染，系統隨之會出現壓力迅速上升或者通量急劇衰減的現象，MBR在短期內達到運行終點，需要進行膜的清洗。而目，在長期運行過程中，這些被認為"可逆"的泥餅層污染會逐漸向"不可逆"過渡，影響系統的長期穩定運行。
       盡管有研究者認為泥餅層污染可以起到攔截細小顆粒物等的作用，但是一般在MBR操作運行中要盡可能避免泥餅層的過渡形成。凝膠層污染所帶來的是膜污染阻力緩慢上升的過程，在恒流操作模式中表現為壓力的緩慢上升，在恒壓操作模式中表現為通量的緩慢衰減。
       此外，目前關于MBR中優勢污染物的研究與認識仍存在爭議，但是一般認為反應器中存在的膠體物質以及微生物產物是引起MBR長期運行過程中污染的主要污染物，并且無機離子與有機物之間存在的架橋和絡合作用會引起更加嚴重的污染現象。
       在MBR 中，膜污染與膜材料、污泥混合液性質以及操作運行條件等三方面相關。因此，MBR的膜污染控制也主要集中于上述三方面，即高性能膜材料/膜組件研制、污泥混合液性質調控和操作運行條件優化。
       膜材料和膜組件是MBR以及其他膜分離工藝的核心，是影響膜分離工藝中膜污染的關鍵因素之一。采用高性能、抗污染的膜材料和膜組件是有效控制膜污染的直接、有效的手段。為此，目前市場上出現了多種材質、各式各樣膜組件的膜產品。從膜材料而言，膜孔，徑、親/疏水性、Zeta 電位、膜面粗糙度以及膜面官能團情況等均會對膜污染造成影響。
       在高性能膜材料制備過程中，需要綜合考慮膜面各個物理化學性能指標的影響。目前，膜材料性能的改良包括膜面改性與膜本體改性兩種途徑。
       具體而言，又包括：
       ①親水性改良，如等離子體處理、藥劑浸泡-干化等；
       ②抗污染因子添加或接枝，如添加功能洗滌劑因子、納米材料、表面紫外光照/y光照射接枝等；
       ③膜面電荷修飾；
       ④膜孔徑、孔隙率、粗糙度等改良。一般而言，MBR 中膜材料希望具有親水性強、負電性高、孔徑分布均勻、粗糙度低的特點。
       除此之外，值得一提的是一些廉價基材，如無紡布、篩絹、不銹鋼絲網、滌綸網等可以利用在基材上形成動態膜進行過濾分離，不僅取得了良好的分離效果，同時可以避免傳統膜污染嚴重的問題，這類膜基材的清洗也十分方便。當然，膜組件以及膜組器的優化設計對有效控制膜污染也很重要。

       混合液性質是影響膜污染的另一重要因素，主要包括污泥濃度、污泥成分（纖維狀物質、膠體、溶解性物質、SMP、EPS、無機離子等）、污泥粒徑、污泥黏度、污泥菌群等。混合液性質與膜污染之間的關聯十分復雜，且研究結論存在著一定的爭議和矛盾之處。
       隨著研究的深入，有關混合液性質與膜污染之間的關系有以下幾點已基本明晰：
       ①混合液中顆粒粒徑越大越有利于減輕膜污染；
       ②一般而言，混合液中膠體物質和溶解性物質的濃度越低膜污染就越低；
       ③合適的MLSS濃度有利于膜污染控制；
       ④大分子質量的溶解性物質中一般易形成膜污染；
       ⑤污泥膨脹/污泥破碎易形成嚴重的膜污染；
       ⑥一般而言污泥黏度越大膜污染越嚴重。
       此外，污泥菌群會影響微生物在膜表面的滋生。
       污泥混合液中存在的毛發以及其他纖維狀的物質會對 MBR中膜組件產生嚴重的纏繞和堵塞現象，并導致膜絲或者膜片之間出現大量污泥顆粒或者泥餅層的污染，需要設置精細的預處理設施或者在回流污泥中增加處理設施。
       操作條件優化對于膜污染控制具有重要意義，其主要包括以下幾個方面：
       ①選擇合適的運行通量和操作壓力，對于恒流運行模式而言，其運行通量要處于次臨界通量范圍內，同樣對于恒壓操作模式需要在次臨界壓力范圍內；
       ②曝氣強度及水力學流態控制，在MBR錯流過濾中，一般提高曝氣強度會提升膜表面的水力剪切力和錯流過濾速率，但是也存在一個最大的曝氣強度，超過該值，錯流速率并無明顯提升，也可以通過反應器優化、投加惰性顆粒物、旋轉膜/振動膜簽方法提高水力學條件；

       ③膜的過濾模式，采用間歇過濾有助于污染控制，提升系統運行穩定性；
       ④達到一定的操作壓力及時進行清洗，污染物在長期過程中性質會發生變化，一些可逆污染會轉變為不可逆污染或者不可恢復污染，及時清洗是避免污染物性質轉化的有效手段；
       ⑤選擇合適的HRT和SRT。
       操作條件反過來又影響了污泥泥合液性質，兩者之間相互關聯。