膜生物反應器中膜污染研究進展

申露文

（廣東省東莞市環保產業促進中心 廣東東莞 523000）

關鍵字：MBR；膜污染；膜污染分類

引言

膜生物反應器是一種新型的污水處理工藝，因其分離效率高、出水水質好等優點而倍受重視[1]，但是膜污染是限制膜處理應用拓展的最大障礙。解決膜污染問題是膜生物反應器發展過程中最為關鍵的因素之一。國內外學者在膜污染的影響因素方面進行了深入研究[2]。我國科學工作者在這一方面也取得顯著成就，但關于國內膜污染研究進展方面的文獻較少。因此，本文主要詳細論述迄今為止國內工作者在膜污染研究方面的主要研究成果，以期為今后相關研究起到一定作用。

1 膜污染分類

膜污染是指在膜過濾過程中，溶液中的溶質導致膜分離特性、滲透通量發生變化的現象[3]。按照污染物性質劃分，膜污染的類型主要有：無機污染、有機污染和生物污染。

1.1 無機污染

研究表明無機物是影響膜污染的重要影響因素之一。馬艷杰等在正滲透膜生物反應器膜污染行為研究中發現，膜表面形成的濾餅層中Si、Ca、Mg、Al和Fe元素是主要的無機元素[4]。有學者在對鈣離子、鎂離子與膜污染之間的關系進行研究時發現，混合液中鈣離子濃度為200mg/L時，有助于減緩膜污染，過高的鈣離子濃度則會加劇膜污染。

1.2 有機污染

根據活性污泥混合液中有機物分子尺寸大小，活性污泥混合液中固體成分可分為混合液懸浮固體（MLSS）物質和膠體類和溶解類物質。在活性污泥混合液中，原水中的溶解性有機物是膜污染形成的主要因素[5]。有機物的分子量大小與膜污染密切相關，高元等報道，溶解性有機物分子質量的大小對膜污染的影響呈負相關[6]。胡孟柳等在研究天然有機物的相對分子質量分布及親疏水性對微濾膜組合工藝中膜污染的影響中進一步證實，導致膜不可逆污染的主要是中等分子和小分子有機物，疏水性物質芳香族蛋白質和溶解性微生物產物是造成膜不可逆污染的主要污染物[7]。

1.3 微生物污染

微生物也是是導致膜通量衰減的最主要原因之一。微生物菌體表面的物理化學性質是影響細胞吸附及膜生物污染形成的重要因素[8]。國內關于此類研究報告微乎其微。肖椿等研究發現溶解性微生物產物（SMP）對膜污染有顯著影響，且MBR上清液中主要為親水性有機物SMP，而膜污染層中SMP主要為疏水性有機物[9]。綜上所述，疏水性有機物是造成膜污染的主要因素。

2 膜污染因素

本文在查閱大量文獻的基礎上，從四個方面綜述國內關于膜污染因素的研究進展，指出膜污染因素研究中的不足，為今后的發展提供一些參考意見。

2.1 膜材料

膜性質主要有：孔徑，孔隙率，表面電荷，粗糙度，和親水性、疏水性等，上述性質已被顯著響膜污染行為。不同的膜材料由于其不同的孔徑大小，形態和疏水性，表現出不同的膜污染程度[10]。有學者認為膜通量隨著膜孔隙率的增大而增大[11]。在膜的親疏水性方面，親水性膜不易受到膜污染，而疏水性膜易與微生物發生不可逆污染，從而加劇膜污染。

2.2 活性污泥混合液特性

污泥混合液對膜污染有更加直接的影響，膜污染的主要物質來源于污泥混合液。污泥濃度是MBR運行過程中重要的控制參數，與膜污染的形成有直接的相關性[12]有學者在低溫條件下，研究了MBR中混合液性質的穩定性，發現低溫條件下絲狀菌污泥易發生膨脹，導致微生物分泌更多的EPS，污泥粘度增大，膜表面的污染物不易脫落，濾餅層加厚，從而導致膜污染加劇。進一步研究發現，污泥膨脹過程中，SMP相比EPS對膜污染的貢獻更大[13]。同時我國學者胡以松等發現蛋白質和腐殖酸與膜污染指數的相關性顯著，且膜污染可能與污染物的濃度及分子質量有關[14]。此研究與Jeison等的研究結論相符[15]。

2.3 操作條件對膜污染的影響

操作條件與膜污染之間有著密切的聯系，操作條件主要包括：曝氣強度、抽停時間、污泥停留時間、水力停留時間、溫度等。我國學者陳烜等發現，曝氣的剪切作用會影響MBR中的污泥粒徑，使其越來越小，進而使膜污染程度越來越嚴重勢。增大曝氣量，污泥中的蛋白質在剪切力的作用下更易游離在污泥中。曝氣量的增加有助于提高污泥活性，但隨著曝氣量的增加，污泥中蛋白質與多糖比值也增加，導致膜污染速率會加快較長的污泥齡有利于微生物代謝產物的積累。

結語

綜上所述，我國自20世紀90年代以來，關于膜污染的研究已經取得了不少成就，已發現影響膜污染的主要因素有膜材料，活性污泥混合液特性，進水特性，以及操作條件，但多數研究仍處于實驗室階段并且很少綜合考慮各個因素之間的聯系，因此在今后的研究過程中，需要進一步去探索膜污染機理以及膜污染抑制方面的研究，更加深入地研究膜污染機理，并采取有效的對策抑制膜污染，另外重視新型膜材料、膜組件的開發，以及反應器結構和MBR工藝的優化，為膜污染的控制和MBR的推廣提供支持。