一体式膜生物反应器（IMBR）中膜污染类型随温度变化规律探讨

石文忠 (新疆环境工程技术有限责任公司 新疆 乌鲁木齐市 830017)

一、引言

一体式膜生物反应器（IMBR）是基于传统活性污泥法基础之上，结合了高效膜分离技术而成的，在日常生活中的污水净化和处理过程中，其几乎可以将所有的微生物捕获于反应器中。对于传统活性污泥法，利用膜组件代替其中的二沉池而形成的膜生物反应器技术,具有占地面积小、负荷高、出水水质好、易于维护和操作等特点,同时也完全分离了水力停留时间和污泥龄,这些因素从根本上讲已经突破了传统方法的局限性,满足小型、高效的水处理工艺的需求，适应于严格的环境标准背景下的要求。膜生物反应器对较难降解的工业废水处理也是非常有效的，在处理的过程中能有效地去除氨氮类的污染化合物，使得处理后的水中的有机污染物含量降到最低。

现今全球性水资源短缺、人口的快速增长和经济的快速发展，使得对水的要求日益增加，附带的水环境质量变质，故需要一种污水资源的处理技术用来适应于时代发展。目前，对于膜生物反应器在应用上已经很成熟，尽管如此但仍然有许多问题需要解决，其中最主要的就是膜污染问题，它已经成为了影响膜生物反应器技术有利发展的主要障碍。膜污染是一体式膜生物反应器在运行中产生的膜阻力上升因素的总称，在处理污水时料液中的一些微细颗粒及其它的溶质大分子会直接与膜发生物理、化学等方面的机械反应,使得这些物质在膜面或膜孔内被吸附富集，微生物也会在膜水界面上积累起来,这些情况的发生会造成膜孔径堵塞或变小,大幅度降低膜的透过流量与分离特性。关于膜污染认识方面前人已经做了大量的相关研究,包括对膜污染机理、影响因素、清洗与再生技术等各方面的研究等，但关于环境温度对膜污染的影响的研究尚不多见，鉴于此笔者通过试验模拟，对膜生物反应器中膜污染受温度影响进行研究分析，为相关研究者提供参考。

二、膜生物反应器中膜污染机理及试验设计

2.1、膜生物反应器中膜污染机理

膜污染，顾名思义，就是膜生物反应器由于进行污水处理，而使水中的微粒、微生物、胶体粒等污染物微粒子或大分子与膜组件发生物理或化学作用，导致膜组件表面吸附或附着、积聚大量微粒，造成阻塞的现象。通常来讲，膜污染主要分为膜孔阻塞污染和膜表面滤饼层沉积污染两大类，膜孔阻塞污染主要是由污水中的有机微粒子、胶体粒以及一些大分子污染物堵塞在膜孔隙中形成的阻力；滤饼层沉积污染主要是由膜表面形成的凝胶层以及沉积的污泥形成的阻力。

2.2、实验设计

试验采用两套相同装置同时进行，以提高试验速度。试验分别以 10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃6组温度进行对比试验来验证膜污染情况变化，温度控制主要通过对反应器加热配合温控仪来进行有效控制，误差范围是0.5摄氏度，恒流量出水，试验以温度作为唯一变量进行对比验证。

试验通过对反应器内液面与出水测压管高度差来反映整体系统的水头损失，从而也就可以得出膜过滤压差以及污泥层阻力，最终得出膜污染与温度变化的规律。

三、试验结果及分析

通过试验测得，10℃和15℃条件下，膜污染类型主要以滤饼层污染为主；20℃和25℃条件下，膜污染类型同时存在膜孔堵塞污染和滤饼层污染两种；30℃和35℃条件下，膜污染类型以膜孔堵塞污染为主。

通过6组实验对比可以得出，随着温度的升高，膜污染类型由滤饼层污染逐渐向膜孔堵塞污染转变。这主要是因为滤饼层的形成主要是浓差极化作用（浓差极化作用指膜生物反应器中，在水分子透过膜时，原水中的绝大部分有机物、杂质以及微生物等被截留在膜面附近，从而形成浓度差，出现反扩散，在膜面附近形成凝胶层的过程）的结果。由浓差作用的概念可以知道，物质的迁移系数（即直接影响膜的分离过程参数）是直接影响浓差极化程度的，它与浓差极化程度成反比，而温度对物质迁移系数的影响可以用k∝exp(0.005T)式表示。由此式可以知道，温度越低，物质迁移系数越低；相反则越高。所以，温度越低，凝胶层形成越容易，当凝胶层达到一定厚度，也就有效的降低了膜孔堵塞污染，膜污染以滤饼层污染为主；而温度越高，凝胶层的形成越困难，膜污染也就以膜孔堵塞为主。

四、结论

（1）通过不同温度的对比，以温度作为单一变量，结合相应的数学模型知识，对比分析论证，最终得出：10℃和15℃条件下，膜污染类型主要以滤饼层污染为主；20℃和25℃条件下，膜污染类型同时存在膜孔堵塞污染和滤饼层污染两种；30℃和35℃条件下，膜污染类型以膜孔堵塞污染为主，即随着温度的上升膜污染类型由滤饼层污染逐渐向膜孔堵塞污染转变。此结果在传质理论分析方面也得到相同结论，从而给予试验结果有力的佐证。

（2）针对上述一体式膜生物反应器中膜污染随温度变化的规律，针对不同地域不同季节的温度变化，给予灵活的膜污染处理方案，从而提高膜的工作效率。

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