1 引言

膜生物反應(yīng)器是一種高效膜分離技術(shù)與活性污泥法相結(jié)合的污水處理工藝。MBR具有較高的生物降解效率和較低的污泥產(chǎn)率，占地面積小，硝化能力強(qiáng)，出水水質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)。另外，在膜生物反應(yīng)器中，原污水中的各種可溶解和難分解的有機(jī)物質(zhì)，以及微生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，可以分別保留在生物反應(yīng)器內(nèi)，從而提高了出水水質(zhì)。MBR系統(tǒng)是一種新型的高效生物處理技術(shù)，特別是它在廢水資源化及中水回用方面存在巨大的潛力，受到了國(guó)內(nèi)外的普遍關(guān)注。但是由于存在膜污染和膜組件替換帶來(lái)的影響等方面的問(wèn)題，使其運(yùn)行成本和費(fèi)用大幅度提高，從而阻礙了該技術(shù)的廣泛推廣和應(yīng)用。

2 膜污染的影響因素

MBR運(yùn)行一段時(shí)間以后，隨著膜內(nèi)表面微生物的滋生和膜外表面污染層的附著，膜組件會(huì)被污染物堵塞，膜通量逐漸下降，直至不再出水。膜污染問(wèn)題縮短了膜的使用壽命，導(dǎo)致了泵的抽吸水頭增大和曝氣量的增加，是造成MBR能耗較高的主要原因。因此研究MBR運(yùn)行過(guò)程中膜污染的發(fā)生機(jī)理，對(duì)MBR系統(tǒng)加以改進(jìn)，以達(dá)到有效降低和控制膜污染的目的，此舉對(duì)維護(hù)MBR工藝運(yùn)行性能、確定工藝費(fèi)用、指導(dǎo)工藝的放大設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.1膜污染的成因

當(dāng)前，對(duì)于膜生物反應(yīng)器的研究主要集中在膜污染上，相關(guān)研究表明，膜污染物質(zhì)的積累過(guò)程分為兩步：（1）初期污染：由于濃差極化造成初始膜通量下降，混合液中溶解性物質(zhì)造成膜保留側(cè)溶質(zhì)的積累，產(chǎn)生較小滲透能力的膜面表層。（2）長(zhǎng)期污染：由于溶質(zhì)吸附和粒子沉積造成膜表面溶質(zhì)濃度較高，導(dǎo)致凝膠層在膜表面形成，膠體粒子遷移至膜表面，從而形成沉積，減小了水力滲透性和膜通量。

目前，對(duì)于膜污染的形成機(jī)理，眾說(shuō)紛紜。但是對(duì)于影響膜污染的因素，歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面：微生物特性、運(yùn)行條件、膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)等。本文主要從微生物性質(zhì)對(duì)膜污染的影響方面進(jìn)行探討。

2.2微生物性質(zhì)對(duì)膜污染的影響

2.2.1污泥濃度對(duì)膜污染的影響

膜生物反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中，膜污染物質(zhì)來(lái)源于污泥混合液，其成分主要包括微生物菌群及其代謝產(chǎn)物，廢水中的有機(jī)大分子、小分子，溶解性物質(zhì)和固體顆粒。上述物質(zhì)對(duì)膜通量產(chǎn)生很大影響。由于膜的截留作用，反應(yīng)器內(nèi)污泥具有較高的污泥濃度和污泥停留時(shí)間。隨著污泥濃度的增加，活性污泥更容易在膜表面沉積，從而加快了膜污染速度，導(dǎo)致膜過(guò)濾阻力增加，進(jìn)而降低了膜通量；同時(shí)，污泥濃度升高，污泥粘度也隨之升高，膜通量也會(huì)減��；再者，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度過(guò)高，還會(huì)造成污水粘度增大，影響氧氣的傳質(zhì)效率。因此要對(duì)反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度進(jìn)行嚴(yán)格控制，污泥濃度過(guò)高或者過(guò)低都會(huì)對(duì)出水水質(zhì)產(chǎn)生不利影響。

2.2.2胞外聚合物對(duì)膜污染的影響

胞外聚合物（EPS）在污泥處理系統(tǒng)中對(duì)污泥的絮凝性能、沉降性能、脫水性能以及重金屬吸附性能產(chǎn)生很大影響。胞外聚合物是微生物在一定環(huán)境條件下，在其代謝過(guò)程中分泌的包圍在微生物細(xì)胞壁外的多聚化合物，其主要物質(zhì)為蛋白質(zhì)和多糖（3）。胞外聚合物不但可以在膜生物反應(yīng)器內(nèi)積累，而且會(huì)在膜表面積累，從而引起混合液粘度和膜過(guò)濾阻力的增加。膜表面的胞外聚合物直接改變沉積層的孔隙率和結(jié)構(gòu)，胞外聚合物和細(xì)微顆粒一并沉積并吸附在膜表面，形成粘結(jié)性很強(qiáng)的凝膠層，Huangd等人發(fā)現(xiàn)胞外聚合物濃度每增加50mg/L，膜通量減小70％（4）；各種生物狀態(tài)的活性污泥中，胞外聚合物含量和膜污染之間存在線(xiàn)性關(guān)系，并且胞外聚合物中蛋白質(zhì)和糖類(lèi)的比例不同，超濾的膜通量也不同，膜通量隨著蛋白質(zhì)比例的增加而減小。胞外聚合物過(guò)高或過(guò)低都會(huì)加劇膜污染，因此存在一個(gè)最佳胞外聚合物濃度，使污泥過(guò)濾性能最佳。

2.2.3溶解性有機(jī)物產(chǎn)物對(duì)膜污染的影響

近年來(lái)，溶解性有機(jī)物產(chǎn)物（SMP）對(duì)膜污染的貢獻(xiàn)越來(lái)越得到重視。以腐殖質(zhì)、多糖、蛋白質(zhì)等物質(zhì)為主要成分的溶解性微生物產(chǎn)物，主要產(chǎn)生于微生物的基質(zhì)分解過(guò)程和內(nèi)源呼吸過(guò)程，其中高分子物質(zhì)的含量較高且可生物降解性差，因此，在膜生物反應(yīng)器中會(huì)產(chǎn)生積累。溶解性微生物產(chǎn)物極易堵塞膜孔，并容易沉積在膜表面形成凝膠層；溶解性微生物產(chǎn)物的過(guò)高積累不僅有可能降低膜過(guò)濾出水的水質(zhì)穩(wěn)定性，而且有可能影響污泥活性，引起嚴(yán)重的膜污染。膜生物反應(yīng)器中的SMP主要由微生物代謝及細(xì)胞破碎釋放的EPS等物質(zhì)，或者稱(chēng)之為溶解性EPS，其分子量分布一般在1000～100000左右。研究表明,EPS與SMP之間呈顯著正相關(guān),隨著EPS濃度的增大,SMP急劇增加。因此，EPS是引起反應(yīng)器內(nèi)SMP累積的決定性因素。

2.2.4絲狀菌對(duì)膜污染的影響

絲狀菌對(duì)膜污染也有很大的影響，在污泥絮體中絲狀菌數(shù)量過(guò)多或者過(guò)少對(duì)MBR系統(tǒng)的運(yùn)行都能產(chǎn)生不利影響。這是因?yàn)榻z狀菌的密度對(duì)活性污泥性質(zhì)影響很大，而這些性質(zhì)是影響膜通量的根本因素。如果污泥絮體附著數(shù)量極少的絲狀物，則它們體積會(huì)很小，從而引起嚴(yán)重的膜孔堵塞；而如果這些絮體附著的絲狀物很多，就會(huì)在膜表面形成不透水的泥餅層。過(guò)多的絲狀菌很容易導(dǎo)致胞外聚合物（EPS）的大量滋生，從而產(chǎn)生低的ZETA電位和較強(qiáng)的疏水性，因此會(huì)引起膜污染。絲狀菌與膜表面污染物形成過(guò)程及結(jié)構(gòu)、附著形式密切相關(guān)，絲狀菌以黏著、穿透膜材料等固定形式，增加膜表面污染物的附著強(qiáng)度。立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形式的絲狀菌對(duì)膜表面污染物的形成、污染物的結(jié)構(gòu)具有重要作用，嚴(yán)重影響膜生物反應(yīng)器的處理能力及膜清洗的效率。由此我們得知，當(dāng)污泥絮體中附著適當(dāng)數(shù)量的絲狀菌時(shí)有利于膜的滲透性。

3、結(jié)語(yǔ)

引起膜污染的主要因素是污泥，污泥濃度過(guò)多或者過(guò)少都會(huì)使膜產(chǎn)生污染。在膜生物反應(yīng)器運(yùn)行中，存在一系列最佳值，如經(jīng)濟(jì)曝氣強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)曝氣量、臨界污泥濃度等。在這一系列最佳值的狀態(tài)下運(yùn)行，膜生物反應(yīng)器能達(dá)到最佳的處理效果，并且能降低膜污染的程度，延長(zhǎng)膜的清洗周期和膜的更換時(shí)間，從而降低了膜生物反應(yīng)器的能耗，降低了成本。但應(yīng)該指出的是，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，很難使以上各種運(yùn)行參數(shù)都處于最佳狀態(tài)。

從微生物角度對(duì)膜污染進(jìn)行研究將逐漸成為研究的熱點(diǎn)，胞外聚合物（EPS）和溶解性微生物產(chǎn)物（SMP）對(duì)膜污染有重要影響，可以通過(guò)調(diào)節(jié)固體停留時(shí)間(SRT)、水力停留時(shí)間（HRT）、負(fù)荷來(lái)控制微生物特性，進(jìn)而緩解膜污染。絲狀菌過(guò)多或者過(guò)少都會(huì)對(duì)膜產(chǎn)生污染，引起泥餅層的形成和膜孔的堵塞；同時(shí)絲狀菌過(guò)多，引起污泥膨脹，會(huì)使胞外聚合物大量繁殖，也會(huì)對(duì)膜污染造成影響。

在今后的研究中應(yīng)該更加注重對(duì)于膜污染控制的研究，在理解污染機(jī)理的基礎(chǔ)上對(duì)膜污染進(jìn)行防治，最大程度上降低膜生物反應(yīng)器的成本。來(lái)源：谷騰水網(wǎng)