MBR在汙水處（chù）理已經得到了廣泛且成熟的應用，因為MBR替代了（le）二沉池，可以保證出（chū）水SS和高汙泥濃度，省去了很（hěn）多汙（wū）師在運營中的一些煩惱（nǎo），但是，膜汙染問題也一直困擾著MBR的發展及（jí）運行！那麽（me）針對這些問題，MBR操作人員（yuán）究竟該怎（zěn）麽做？才能快速找到膜汙染根源，並給予精準打擊，以此減少清洗頻率。
膜汙染（rǎn）通常是（shì）指混合液中（zhōng）的物質在膜表麵（外部）和膜孔內（內部）吸附聚集，造成膜孔堵塞（sāi）並促使孔隙率（lǜ）變小，引（yǐn）起膜（mó）通量的衰減和過濾壓力升高的過程。在膜過濾（lǜ）的操作中，水分子和細小物質不斷透過膜，同（tóng）時一（yī）些物質被膜截留而堵塞膜孔或在（zài）膜表（biǎo）麵沉積，從而造成膜汙染。可以說，是膜截留導致了膜汙染。膜汙染的直接表現，就是膜（mó）通量的下降或者操作壓力的（de）升（shēng）高。活（huó）性（xìng）汙泥混合液體係中存在的營養基質、菌膠團、微生物細胞、細胞碎片、微生物代謝產（chǎn）物（EPS、SMP）以及各種有機、無機溶解（jiě）性物質等都對（duì）膜汙染有貢獻。膜汙染的發展通常可分為3階（jiē）段（也有2階段說法）：（1）初（chū）始汙染：發（fā）生在（zài）膜係統投入運（yùn）行的初期，膜麵與混合液中的膠體、有機物等發生強烈的（de）相互作用，汙染方式有粘附、電荷作用、膜孔堵塞（sāi）等。錯流過濾的條件下，細小的生物絮體或（huò）胞外聚合物依舊能夠依附在膜表麵上，而小於膜孔徑的物（wù）質會在膜孔（kǒng）中吸附（fù），通過（guò）濃（nóng）縮、結晶沉澱和生長繁殖的作用造成膜汙染（rǎn）。（2）緩（huǎn）慢汙染：初期膜表麵光（guāng）滑，大顆粒物質不容（róng）易附著，主（zhǔ）要由EPS、SMP、生物膠體等黏性物（wù）質通過吸附橋架、網捕等作用吸附在膜表麵形成凝膠層，造成膜過濾阻力的緩慢上升，對混合液中的（de）汙染物的截（jié）留性能會有增強。凝膠層的汙（wū）染是不可避免的，帶來的影響是膜阻力的緩慢上升。在恒流操作中表現為TMP的（de）緩（huǎn）慢上升，在恒壓模（mó）式中表現為通量的緩慢衰減。（3）快速汙染（rǎn）：第2階段形成的凝膠層（céng）在持續的過濾壓差和透水流的作用下，隨著汙染物（wù）的沉（chén）積逐漸密實，導致膜汙染從量變到質（zhì）變，混合液中的絮體迅速在膜表麵聚集並形成汙泥（ní）濾餅，跨膜壓差快速上升。凝膠層的（de）汙染是不可（kě）避免的，帶來的（de）影響是膜阻力的緩慢上升。在恒流操作中表現為（wéi）TMP的緩慢上升（shēng），在恒壓模式中表（biǎo）現為通量的緩慢衰減。一旦大量的汙泥絮體在膜（mó）麵沉積而形成的（de）泥餅層，係（xì）統基本是無法正（zhèng）常（cháng）運行的。MBR運維過程的主要注意（yì）事項（xiàng）就是延緩凝膠層汙染（保持好的水力條件，原位清洗，控製膜汙染發展速率，延長緩（huǎn）慢（màn）汙染的運行時間），控製泥餅層汙染（快速汙染）。主（zhǔ）要（yào）來源於混合液中的大分子有機物（多糖、蛋白質等（děng）），腐殖酸類，微生物絮體、細胞碎片等。其中溶解性有機物SMP、EPS雖然對於MLSS來（lái）說（shuō）占（zhàn）比（bǐ）非常低，但是它們（men）所造成的膜汙染占到26%-52%。微（wēi）生（shēng）物在膜孔內及膜（mó）表麵生長、吸附作用也是（shì）膜汙染的重要因素。由金屬鹽類，無機鹽離子架橋作用形成。膜的常見無機汙染主要是鈣、鎂、鐵（tiě）、矽等的（de）碳酸鹽、硫酸鹽及矽酸鹽的結垢（gòu）物質，其中碳酸鈣（gài）、硫酸鈣、氫氧化鎂較多。可逆汙染（暫時汙染）：可以通過一定的水力措施進行（háng）去除膜汙染；如通過清水反洗、曝氣抖動可以去除的。不可逆汙（wū）染（長期汙染）：不能通（tōng）過水力清（qīng）洗措施去除的膜汙染，可以通（tōng）過用氧化劑、酸、堿、還原劑等清洗進行去除的。可逆和不可逆，都是可以洗出來的。任何清洗手段都（dōu）洗不出來的就叫不（bú）可恢複性汙染。混合液（yè）中的物料在膜孔內吸附、濃縮結晶（jīng）、聚集形（xíng）成的叫內部汙染（rǎn）；在膜表麵的聚集和沉積形成的叫外部汙染。
1、汙泥混合液特性
膜生物反應器中的膜汙染物質的來源（yuán）是活性汙（wū）泥混合液，汙泥混合液對膜的汙染極為複雜。
胞外聚合物（EPS）和溶解性微生（shēng）物產物（wù）（SMP）都是微生物代謝產物，成分（fèn）大（dà）致相同，它們對膜汙染有著重要且複雜的影響，是（shì）MBR過程中***主要汙染物。EPS濃度過高，會增大混合液粘度而不利於溶解氧的擴散（sàn），使汙泥係統充氧困難，從而影響（xiǎng）菌膠團的正（zhèng）常生理活動（dòng），從而（ér）使膜過濾阻力升高。而EPS含量過低，會引起絮狀物（wù）分解，從而對MBR的運行不利（lì）。因此，存在一個***優EPS值，使絮狀物結構穩定，並且不會（huì）引（yǐn）起高的膜汙染趨勢。研究發現大部分（fèn）SMP分子量小於1KDa和大於10KDa，小分子量的溶（róng）解有機物，在通過膜的同時，易堵塞膜孔，造成膜汙染，並成為出水中主要（yào）殘留有機物。同時，SMP的（de）特（tè）性與組成也受到多個運（yùn）行（háng）參數影響（xiǎng）。一般（bān）來（lái）說，MBR中（zhōng）SMP對膜的汙（wū）染趨勢隨MLSS的增加，有機物載入量的下（xià）降，以及溶解氧的升高而減弱。2、混合液懸浮固體（tǐ）濃（nóng）度MLSSMLSS濃度直（zhí）接影響混合液粘度（dù），粘度升高是MLSS上升引起混合液過濾性能下降（jiàng）的主（zhǔ）要原（yuán）因，如果錯流速率或者曝（pù）氣強度不足以衝刷掉附著在膜表麵的固體，將很（hěn）快引起汙染層（céng）的產生。混合液粘度（dù）受MLSS影響，MLSS濃度高於臨界值（zhí）時，粘度隨固（gù）體（tǐ）濃度（dù）增加（jiā）而指數（shù）升高。在中空纖維MBR中，混合（hé）液粘度影（yǐng）響氣泡大小，及（jí）纖維膜在反應器中的靈活性。另外，粘度升高會使溶解氧DO傳（chuán）遞效率下降，低溶解氧濃度會加劇膜（mó）汙染趨勢。許多研究結果表明汙泥中親水性溶解有機物對膜汙染的發（fā）生起到負麵作用。然而，也有研究（jiū）發現高疏水性（xìng）絮狀汙（wū）泥同樣會引起膜汙染。汙泥（ní）的疏水性和表麵電荷都與胞外聚合（hé）物的組成和性質以及（jí）絲狀（zhuàng）細菌生長指數有關，絲狀細菌過量繁（fán）殖（zhí）會產生大量，使電勢下降，絮狀汙泥形狀不規則，疏水性增（zēng）強，導致嚴重的膜汙染。膜通量下降主要是由於2um左右的顆粒引起的。一般來（lái）說，顆粒尺寸越小，顆粒越易在膜麵沉積，形成（chéng）的沉（chén）積層也越致密，透水性越小，故顆粒（lì）尺寸（cùn）過小將加劇膜汙染。盡管對膜汙染沒有（yǒu）直（zhí）接影響，但汙泥沉（chén）降指數（SVI）能夠反映出混合液中的有（yǒu）機物質的沉降性。目前不能沉降的有機物質，如膠體，溶解有機物，被（bèi）普遍認為是膜（mó）的主要汙染物質。操作條件直接或間接影響著膜汙染和汙泥（ní）的性質和組成。實（shí）際結（jié）果表明（míng），增加SRT可以（yǐ）減（jiǎn）少SMP和（hé）EPS的產生，膜汙染率（lǜ）也會隨之降低。但是，過長的SRT會使汙泥濃度（dù）過（guò）高，也會帶來過高的粘度並影響到傳質和反應器的流體力學，導致更嚴重的膜汙染。一般城市（shì）汙水處理中膜生物反應器的SRT為5-20天。 雖然HRT對膜汙染沒有直接影響，但是短（duǎn）HRT會給（gěi）微（wēi）生物提供更多的營養物質，而使微生物快速（sù）生長，導致MLSS濃度升高，並且使通量增加，從（cóng）而會增大膜汙染發生的可能。對比不同季節溫度不難發現，低（dī）溫（wēn）期可逆汙染更加嚴重，高溫期不可逆汙染發展更迅速。MBR運行pH範圍一般是6-9，範圍之外，反應器中的硝化（huà）細菌會迅速減少，導致硝（xiāo）化作用（yòng）受到抑製。當pH值高於其臨界值時，膜汙染迅速，而（ér）當溫度升高時，***大允許pH值就會降低。低濃度溶解氧（yǎng）會使細胞疏水性降低，而（ér）引起汙泥絮體（tǐ）分解，當DO低於1mg/l時，SMP含量急劇升高 。溶解氧也會影響EPS和（hé）SMP中成分組成，在高溶解氧MBR體係中，蛋白和多（duō） 聚糖的比率也（yě）會升高，並且（qiě）微生物群落組成會非常不同（tóng）。在通量的選擇與膜麵積***小化，反衝洗和化學清洗時間間隔***小化之間取得平衡，也直接影響著（zhe）運行成本。 在分體式膜生物反應器中，錯流速率（CFV）是快速（sù）改變膜透過（guò）性的方（fāng）法之一。在高濃度和小孔（kǒng）徑膜的係統中，CFV的增大（dà）可以緩（huǎn）解汙染物（wù）在膜表麵（miàn）沉積（jī）。但對於混合液顆粒物相對較（jiào）大的情況下（xià），CFV的增強對通量升高沒有甚至相反的作用。浸沒式MBR工藝中（zhōng）曝氣起（qǐ）到非常重要的作用：a、通過（guò）曝氣提（tí）供溶解氧，供汙泥中的微（wēi）生物（wù）正常生長代謝；b、起到攪拌作用（yòng），使汙泥懸浮，在混合溶液中充分混合；c、使中空纖維膜組件膜絲疏鬆，並在膜表麵產生剪切力，減少汙染物在膜表麵沉積，一定程度（dù）上防止膜汙染的產生。小孔徑膜，容易截留溶（róng）液中的汙染物，在膜（mó）表麵（miàn）產生沉積層，使膜阻力增加。這類汙染一般屬於可逆汙染，可以通過錯流、反（fǎn）洗、曝氣等（děng）物理（lǐ）方（fāng）式去除，內部（bù）汙染較小。大孔徑膜，在過濾初期膜孔堵塞較（jiào）嚴重，隨著表麵動態膜的形成（chéng），截留作用開（kāi）始提高。但是汙染物易在膜孔表麵和內部產生沉積和堵塞，形（xíng）成不可逆汙染甚至不可恢複汙染，成為長期運行中造成膜性能下降，壽命減少的（de）主要因素。針對厭氧MBR中不（bú）同膜材料的汙染（rǎn）情況，研究表麵在同樣運行（háng）條件（jiàn）下，聚偏氟乙烯（PVDF）膜的（de）汙染趨勢明顯小於聚（jù）碸膜（PS）和纖維素膜。值得一提的是，當（dāng）活（huó）性汙泥有機物組分中存在與膜材料相似的聚合物時，不可逆汙染物的成分取決於膜材料。膜表麵粗糙度的增加使膜表麵吸附汙（wū）染物的可能（néng）性（xìng）增加，但（dàn）同時也增加了膜表麵的撓動程度，阻礙了汙染物在膜表麵的沉積，因此粗糙度對膜通量的影響是兩方麵因素綜合作用的結果（guǒ）。4、親疏（shū）水性
膜材料的憎水性對膜汙染也有很重要的影響，比較了（le）憎水性超濾膜和親水性超濾膜，得出憎（zēng）水性超濾膜膜麵更容易吸附溶解（jiě）性物質，表現出更大的易（yì）汙染傾（qīng）向。
目前，改變膜疏（shū）水性的方式大多是對膜材料進（jìn）行改性。如改變孔徑大小，膜表麵粗糙程度，添加無機材料（liào）在膜表麵形成動態預塗層等。
膜汙染的形成（chéng）主要（yào）因素有：膜固有性質、混合液性質和係統運行環境，控製（zhì）及解決膜汙染也應該從（cóng）這三方麵采取相應的措施。膜的物理及其化學（xué）性能（néng）是由膜材料決定（dìng）的，膜（mó）在混合液中的抗汙染能力與其材（cái）料有關。有研（yán）究表明膜的親水（shuǐ）性對抗（kàng）汙染能力（lì）有非常重要的影響。在有機膜材料中，有的是親水性材質如PAN，大多數均為（wéi）疏水性材（cái）質，像PVDF、PE、PS等。疏水性（xìng）有機材料在應用時必須進行親水性改造，由於改造工藝的差異，親水性在使用過程中（zhōng）的流失就有了快（kuài）慢之分。此外（wài），膜抗汙染能力還與膜表麵粗糙度、膜表麵電荷、膜（mó）孔徑等均有關係。一般來說，可以通過選擇親水性更好的膜材料，改善膜表麵的粗糙度（dù），選用（yòng）與混合液電位相同的膜材料和合適（shì）的（de）膜孔徑來改善膜抗汙染的能力。無機膜如陶瓷膜：以氧化鋁、碳化矽、氧化鈦、氧化鋯等為原（yuán）料，高溫（wēn）燒結而成（chéng），在通（tōng）量、強度、化學穩定性方便比有機膜具（jù）有明顯（xiǎn）的優勢。膜汙染很大程度是膜與混（hún）合液之間的相互作用的影響結果（guǒ），混合（hé）液的性質包括汙泥濃度和黏度、顆粒分布（bù）、溶解（jiě）性有機物濃度、微生物代謝產物濃度等。汙泥濃度較低時，汙泥對有（yǒu）機物的吸附降解（jiě）能力不足，混合液中有機物濃度增加，膜孔堵塞嚴（yán）重，濃差極化引起膜表麵溶質的濃度顯著提高易形（xíng）成凝（níng）膠層，導致過濾阻力增加；當（dāng）汙泥濃度（dù）高於一定（dìng）值時，EPC濃度增加，汙泥黏度增長快速，黏度對（duì）膜通量和混合液中氣泡大小都會產生影響（xiǎng），汙泥易在膜表麵沉積，形成較厚的汙泥層。一般認為汙泥濃度存在（zài）一個臨界值，當汙（wū）泥濃度高於該值時，對膜通量將產生不利（lì）影響，所以可（kě）以選擇汙泥濃度控製（zhì）在合適的範圍內來有效的控製膜汙染（rǎn）。汙（wū）泥膨脹和汙泥（ní）細碎易引起嚴重的膜（mó）汙染。另（lìng）MBR工藝的進（jìn）水水質對混合液組分也（yě）有較大的影響，需要進行一定程度（dù）的預處理，比（bǐ）如：毛發垃圾物質會（huì）纏繞模式，造成膜組件積泥（ní）從而導（dǎo）致膜汙染，需要在進入好（hǎo）氧生化前采用不同（tóng）的細膜格柵（shān）去除（chú）；泥砂等（děng）硬度較（jiào）大的顆粒可能（néng）會損傷膜絲，需要采（cǎi）用沉砂池去除；油類對膜絲（sī）造成無法清洗的汙染，超過要求需要通過隔油、氣（qì）浮等去除（chú）；無機（jī）物：可（kě）能（néng）在膜表麵析出、結垢，堵塞膜孔。可通過絮凝沉澱或調整pH控製其不析（xī）出。其它對（duì）膜有（yǒu）影響的特征汙（wū）染物，像有機溶劑、表麵活性劑、消泡劑、PAM、硬度、堿（jiǎn）度、溫度，這些在具（jù）體情況中要特別注意。臨界通量的（de）定義為，存在這樣一個（gè）通量，當通量大於此值時，TMP增加明顯（xiǎn）；而當通量小（xiǎo）於此值時，TMP保持穩定不變。這個概念可（kě）以幫助我們在膜通量***大化和膜汙染（rǎn）有效控製（zhì）之（zhī）間找（zhǎo）一個參考點。在膜組件的實（shí）際運行中，將運行通（tōng）量（liàng）高於臨界通量時稱為超臨界通量操作（zuò），運行通量小於臨界通量時稱為（wéi）次臨界通量操作。在實際（jì）應用中（zhōng），必須選擇合適的運行通量。此運行通（tōng）量值在（zài）次臨界的範（fàn）圍（wéi），有時候運行（háng）通量僅為臨界通量的50%左右。當然，膜汙染在長期運行的MBR中，即使采用次臨（lín）界通（tōng）量操作（zuò）模式（shì），其TMP也（yě）是逐漸增（zēng）加的。在（zài）MBR中，曝（pù）氣的（de）目（mù）的除了為微生物供氧以外（wài），還（hái）使上升的（de）氣泡及其產生的擾動水流清洗（xǐ）膜表麵和阻止汙泥（ní）聚（jù）集，以保持膜通量的（de）穩定。同時氣泡與膜纖維（wéi）碰撞產（chǎn）生的（de）抖動作用甚至使膜纖維之間互相（xiàng）摩擦，可加速膜麵沉積物的脫落（luò），利於膜汙染的緩解。曝氣過大時，會導致膜表麵沉積的顆粒粒徑減小，使濾餅的結構更加（jiā）致密（mì），從（cóng）而使膜過濾阻力增加；相反的，曝氣量（liàng）過小時，擾動（dòng）削弱，汙染會加重，因此要（yào）選擇合適的曝氣（qì）量。根據膜汙染的3階段理論，膜表麵的汙染形成需要一個過程。首先，汙染物會在膜表麵吸附、沉積、聚集，采用間歇抽吸的操作模式旨在通過（guò）定期的停止膜過濾，以使沉積（jī）在膜表麵的汙（wū）泥在曝氣和水流（liú）所造成（chéng）的剪切力作用下從膜表麵脫落下來，使膜的過濾性能得以恢（huī）複。一般（bān）抽吸時間越長，懸浮固體在膜表麵積累的程（chéng）度越大；停止的時間越長，膜表麵沉積汙泥脫落越徹底，膜過濾性能也能恢複越多。原則上應根據膜廠家的推薦及實際工程（chéng）的運行來確定（dìng）符合自身特點的運停交替方式。
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