程 文
南方汇通股份有限公司， 湖北 武汉 430070
摘要：水资源的日益短缺成为我国乃至世界经济发展的最大障碍，解决水资源问题迫在眉睫。污水处理及海水淡化等再生水、淡化水技术的发展正在逐渐成为解决水资源问题的重要手段。膜生物反应器结合了膜分离技术与生物反应器技术，在污水处理、海水淡化方面具有很大的优势和巨大的发展空间。本文通过对以下几方面的研究，对膜污染的问题进行简要概述。
关键词：膜生物反应器；水处理；膜污染
引言:干净安全的水资源是人类社会高速发展的重要前提，严重污染的水资源将会牵制社会的发展，水资源的短缺也成了人类不得不面对的现实。随着水资源的日益减少，污染程度的加重，对人类社会的进步设置了巨大障碍。所以解决水资源问题势在必行，发展水处理技术也刻不容缓，以处理水、循环水、淡化苦咸水解决水资源的燃眉之急已是时下最有效的方法，也势必会发展成为未来社会至关重要的水资源来源。
1膜生物反应器的技术优势
与传统污水处理工艺相比，膜生物反应器具有如下的优点：
（1）膜生物反应器在实现固液分离的同时，避免了由于活性污泥沉降所带来的污泥膨胀问题，使得出水水质因为浊度和悬浮物的降低而提高。
（2）膜生物反应器分离了污泥停留时间和水力停留时间，对微生物进行完全截留，延长了不易降解成分的停留时间，减少了剩余污泥的排放，使得系统控制更加灵活。
（3）MBR 使用膜组件代替了传统污水处理工艺中的二沉池，结构更加紧凑，占地面积小；MBR 中的活性污泥浓度较高，使得容积负荷较高，提高了运行效率。
（4）由于膜生物反应器的特点，使得硝化细菌的更容易生长和繁殖，对硝化细菌的截留也更有利，提高了硝化效率，进一步控制，也可提高脱氮除磷的效率。
（5）系统更容易进行维护和管理，采用的膜分离和活性污泥法提高了出水水质和进水流量的稳定性。对系统采用 PLC 进行控制时，实现了系统的自动化和现代化控制[1]。
2膜污染的影响因素
导致膜污染的因素很多，包括膜组件的材料，过滤过程中跨膜的压差，错流速度，水力停留时间，污泥停留时间，微生物聚合和溶解过程，以及混合液的性质。这些因素单独或组合提供了膜污染的条件，或直接或间接地导致了膜污染。理解和掌握各种因素对膜污染的影响，对于预防，控制和预测膜污染至关重要。
2.1模特性的影响
影响膜污染的膜的内在特性包括材料、亲水性/疏水性、表面电荷、粗糙度、孔径和膜组件的结构。
（1）膜材料的影响
通常膜材料分为有机膜，陶瓷膜和金属膜。有机膜制备容易且成本较低，应用相当广泛，但也存在着抗污染能力差且使用时间短等问题。
（2）亲疏水性的影响
研究亲/疏水有机物如何污染膜以防止和控制膜污染十分重要。膜的亲水性/疏水性通常以接触角θ为特征。θ的值越大，膜表面的疏水性越强，θ角度的值与膜表面的形态和膜的孔径有一定关系[2]。
（3）膜面电荷的影响
当膜表面电荷与污水中污染物的电荷相同时，可以增加膜通量，改善膜表面污染。一般来说，水溶液中的胶体颗粒带负电，因此，如果使用具有负电位的材料作为膜材料，可以防止由于相同电荷的排斥作用而造成的膜污染。
2.2操作条件对膜污染的影响
影响膜污染的主要操作条件包括膜通量、跨膜压差、曝气、错流速度、污泥停留时间(SRT)以及水力停留时间(HRT)。
（1）膜通量和 TMP 对膜污染的影响
在膜生物反应器系统进行水处理时，膜通量和 TMP 相互影响[33]，在只改变膜通量和 TMP 的情况下，要使得膜通量更高，就必须提高 TMP。相反，如果 TMP 升高或降低，则膜通量将相应变化。
（2）曝气和 CFV 对膜污染的影响
曝气操作对于 MBR 操作十分重要，它在为活性污泥代谢提供氧气的同时还能对膜表面沉积物进行清洗。 MBR 中曝气量的变化将导致污水水质和污泥混合物特性的变化，当曝气速率增加时，污水质量会提高，化学需氧量(COD)和 NH4+-N 的去除率会增加，同时溶解性微生物产物的总量和构成会发生变改变。
（2）SRT 和 HRT 对膜污染的影响
混合液悬浮固体，污泥组分以及胞外聚合物等参数都会受到污泥停留时间(SRT)的影响，水力停留时间(HRT)的变化引起膜通量的变化，从而使得膜组件的过滤状态发生改变，进而影响膜的结垢率[3]。
2.3活性污泥混合液特性对膜污染的影响
（1）活性污泥成分对膜污染的影响
污泥混合物由三部分组成，即悬浮固体、胶体和溶解物。这三部分共同作用形成了膜污染。厌氧膜生物反应器的污泥混合液具有小颗粒，并且由污泥混合物的悬浮固体形成的阻力占总阻力的70%，由胶体物质引起的阻力占22%，同时溶解物质占8%。
（2）MLSS 对膜污染的影响
在水流量保持恒定的条件下，随着 MLSS 的增加致使混合液粘度升高，膜堵塞现象加剧，从而降低了膜孔隙率，使得过滤阻力和 TMP 增大。研究表明，MLSS 越高，膜过滤阻力越大[4]。
3膜污染的控制
3.1膜材料改性
（1）物理共混改性
在物理改型中，将改性亲水性聚合物与 PVDF 聚合物共混的优点是，在膜材料中加入相应的亲水性聚合物后，可以单独用原材料弥补膜的各种性能缺陷，也可以让膜材料本身具有新的优良性能。
（2）化学共聚改性
在化学共聚改性过程中，将改性单体与膜材料混合引发共聚反应制备聚合物膜可以提高有机聚合膜的亲水性。共聚磺胺两亲性基团与丙烯腈材料，并改性丙烯胺基团使得蛋白质的吸附性能降低，制备得到的聚合膜性能更加优异。
3.2膜组件优化
优化膜组件时应考虑的因素是膜组件的形状、组件的放置、水力条件、中空纤维丝的直径和长度以及紧密度.新型螺旋膜组件在运行过程中有一定的旋转角度，因此膜会发生振动摇摆，增加了曝气时气泡与膜表面的撞击，减少了浓差极化影响，提高了膜分离效率和膜通量，使膜污染得到了有效抑制，进一步降低了能耗。
3.3改变料液性质
进料液体中存在一些影响膜污染的因素。通常，控制进料液体特性的直接方法是将絮凝剂或吸附剂添加到进料液体中。也可以采用调节水力停留时间、污泥停留时间和反应时间等间接方法对进料液进行控制。在 MBR 中添加常用的吸附剂，例如粉状活性炭，可以降低跨膜压差的增长，有效控制膜污染的发展，延长膜使用寿命。PAC 具有很强的吸附能力，可以吸收混合物中溶解的有机物、EPS、微粒等，也可以以骨架的形式在污泥中形成更多的固体污泥颗粒，减小混合液污染程度。
3.4膜污染的清洗
去除和控制膜污染是膜生物反应器长期稳定运行的关键，对膜组件进行清洗可以降低跨膜压差，恢复膜通量，延长膜寿命，降低运行成本。膜组件的清洗有物理清洗、化学清洗和电清洗。在实际操作过程中，单一的清洗方法很难达到最佳效果[5]。
结语
高速发展的膜生物反应器对于缓解水资源紧张，以及水循环问题有这至关重要的地位，在膜法水处理中，膜污染不可避免的制约着膜生物反应器的广泛应用。为此，本文主要围绕膜污染影响因素及其控制方法进行了简要的分析。
参考文献
[1]石耀科. 膜法水处理系统模拟及膜污染预测研究[D].兰州理工大学,2020.
[2]周超,吴东海,陆光华,王泽龙,魏磊,韩枫.膜法水处理中膜污染的化学控制研究进展[J].工业水处理,2019,39(02):6-10.
[3]杜星. 低压膜法水处理中表面流体剪切力对混合颗粒污染的影响[D].哈尔滨工业大学,2017.
[4]安增琴,贾佑东,贺中爱,王站,王卫东,辛霞.膜法水处理设备的应用与改进[J].冶金动力,2013(01):62-63.
[5]王贵德,李朝燕.全膜法水处理工艺应用分析[J].河北电力技术,2012,31(S1):12-14.