膜生物反应器中膜污染研究进展

申露文

（广东省东莞市环保产业促进中心 广东东莞 523000）

关键字：MBR；膜污染；膜污染分类

引言

膜生物反应器是一种新型的污水处理工艺，因其分离效率高、出水水质好等优点而倍受重视[1]，但是膜污染是限制膜处理应用拓展的最大障碍。解决膜污染问题是膜生物反应器发展过程中最为关键的因素之一。国内外学者在膜污染的影响因素方面进行了深入研究[2]。我国科学工作者在这一方面也取得显著成就，但关于国内膜污染研究进展方面的文献较少。因此，本文主要详细论述迄今为止国内工作者在膜污染研究方面的主要研究成果，以期为今后相关研究起到一定作用。

1 膜污染分类

膜污染是指在膜过滤过程中，溶液中的溶质导致膜分离特性、渗透通量发生变化的现象[3]。按照污染物性质划分，膜污染的类型主要有：无机污染、有机污染和生物污染。

1.1 无机污染

研究表明无机物是影响膜污染的重要影响因素之一。马艳杰等在正渗透膜生物反应器膜污染行为研究中发现，膜表面形成的滤饼层中Si、Ca、Mg、Al和Fe元素是主要的无机元素[4]。有学者在对钙离子、镁离子与膜污染之间的关系进行研究时发现，混合液中钙离子浓度为200mg/L时，有助于减缓膜污染，过高的钙离子浓度则会加剧膜污染。

1.2 有机污染

根据活性污泥混合液中有机物分子尺寸大小，活性污泥混合液中固体成分可分为混合液悬浮固体（MLSS）物质和胶体类和溶解类物质。在活性污泥混合液中，原水中的溶解性有机物是膜污染形成的主要因素[5]。有机物的分子量大小与膜污染密切相关，高元等报道，溶解性有机物分子质量的大小对膜污染的影响呈负相关[6]。胡孟柳等在研究天然有机物的相对分子质量分布及亲疏水性对微滤膜组合工艺中膜污染的影响中进一步证实，导致膜不可逆污染的主要是中等分子和小分子有机物，疏水性物质芳香族蛋白质和溶解性微生物产物是造成膜不可逆污染的主要污染物[7]。

1.3 微生物污染

微生物也是是导致膜通量衰减的最主要原因之一。微生物菌体表面的物理化学性质是影响细胞吸附及膜生物污染形成的重要因素[8]。国内关于此类研究报告微乎其微。肖椿等研究发现溶解性微生物产物（SMP）对膜污染有显著影响，且MBR上清液中主要为亲水性有机物SMP，而膜污染层中SMP主要为疏水性有机物[9]。综上所述，疏水性有机物是造成膜污染的主要因素。

2 膜污染因素

本文在查阅大量文献的基础上，从四个方面综述国内关于膜污染因素的研究进展，指出膜污染因素研究中的不足，为今后的发展提供一些参考意见。

2.1 膜材料

膜性质主要有：孔径，孔隙率，表面电荷，粗糙度，和亲水性、疏水性等，上述性质已被显著响膜污染行为。不同的膜材料由于其不同的孔径大小，形态和疏水性，表现出不同的膜污染程度[10]。有学者认为膜通量随着膜孔隙率的增大而增大[11]。在膜的亲疏水性方面，亲水性膜不易受到膜污染，而疏水性膜易与微生物发生不可逆污染，从而加剧膜污染。

2.2 活性污泥混合液特性

污泥混合液对膜污染有更加直接的影响，膜污染的主要物质来源于污泥混合液。污泥浓度是MBR运行过程中重要的控制参数，与膜污染的形成有直接的相关性[12]有学者在低温条件下，研究了MBR中混合液性质的稳定性，发现低温条件下丝状菌污泥易发生膨胀，导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脱落，滤饼层加厚，从而导致膜污染加剧。进一步研究发现，污泥膨胀过程中，SMP相比EPS对膜污染的贡献更大[13]。同时我国学者胡以松等发现蛋白质和腐殖酸与膜污染指数的相关性显著，且膜污染可能与污染物的浓度及分子质量有关[14]。此研究与Jeison等的研究结论相符[15]。

2.3 操作条件对膜污染的影响

操作条件与膜污染之间有着密切的联系，操作条件主要包括：曝气强度、抽停时间、污泥停留时间、水力停留时间、温度等。我国学者陈烜等发现，曝气的剪切作用会影响MBR中的污泥粒径，使其越来越小，进而使膜污染程度越来越严重势。增大曝气量，污泥中的蛋白质在剪切力的作用下更易游离在污泥中。曝气量的增加有助于提高污泥活性，但随着曝气量的增加，污泥中蛋白质与多糖比值也增加，导致膜污染速率会加快较长的污泥龄有利于微生物代谢产物的积累。

结语

综上所述，我国自20世纪90年代以来，关于膜污染的研究已经取得了不少成就，已发现影响膜污染的主要因素有膜材料，活性污泥混合液特性，进水特性，以及操作条件，但多数研究仍处于实验室阶段并且很少综合考虑各个因素之间的联系，因此在今后的研究过程中，需要进一步去探索膜污染机理以及膜污染抑制方面的研究，更加深入地研究膜污染机理，并采取有效的对策抑制膜污染，另外重视新型膜材料、膜组件的开发，以及反应器结构和MBR工艺的优化，为膜污染的控制和MBR的推广提供支持。