MBR工艺混合液特性及其对膜污染的影响研究-职称论文发表

摘要：MBR工艺由于其优良性能，逐渐取代传统污水处理工艺，而膜污染问题会导致MBR的高耗能，本文从MBR混合液特性的测定出发，研究了混合液特性对于膜污染的影响，为进一步的解决提供理论基础和支撑。
关键词：MBR；混合液；污水处理；膜污染；EPS
0 引言
目前，我国大部分污水处理厂采用工艺为传统的活性污泥工艺及生物膜工艺。采用传统污水处理工艺会导致高能耗、高占地面积、较差的出水水质以及大量污泥等问题的出现。膜分离技术便是为了解决这些问题而产生的新方法，其中膜生物反应器(Membrane Bioreactor，MBR)工艺技术最受关注[1-4]。为了解决膜污染的问题，必须首先对MBR工艺的污泥混合液特性进行研究，进而发现其特性对于膜污染的影响，为进一步的解决提供理论基础和支撑。
1 MBR工艺
MBR工艺，其本质是是膜分离技术与生物反应器的结合，采用膜分离代替了传统工艺中的二沉池，利用微生物实现对污染物质的降解，利用渗透膜完成对对污染物质的分离。由于膜的截留作用使生长缓慢的微生物得以保存并繁殖生长，这进一步扩大了MBR工艺的应用范围。
MBR工艺的主要特点如下：
(1)使用膜组件替代了沉淀池，直接浸入生化池，混合液采用膜过滤，保证了出水中无悬浮物，混合液中的大分子物质、细菌、病毒同时被截留，大幅提高出水水质的生物安全性
(2)膜的截留作用可避免有效微生物菌群的流失，有利于有机污染物的进一步降解，并解决了传统工艺中存在的污泥膨胀问题。由于MBR的泥水分离不再依靠污泥的重力沉降，从而避免了对出水水质和生物处理系统的影响。
(3)标准化、系列化的膜组件设计根据实际进水量进行调整组件数量，便于扩容和维护。MBR便于实现从进水到出水的自动控制，从而提高了系统的稳定性。
(4)采用MBR工艺的剩余污泥量比传统工艺减少了2/3，污泥性质较为稳定，可以不进行污泥消化而直接脱水，降低了污泥处理的费用和二次污染的威胁。
2 MBR工艺的混合液特性
MBR工艺中混合液特性测定依赖于多种方法，不同方法可以获得混合液的不同指标。主要依靠的方法和获得的指标有：
（1）常规分析方法
常规的分析方法和项目，测定的主要目标包括：PH值、温度、化学需氧量、生化需氧量、总磷含量、总氮含量、氨氮含量、污泥浓度、溶氧度、粘度等。这些常规量的测试方法不再赘述。
（2）胞外聚合物的测定
胞外聚合物统称为EPS，包括糖类、核酸、蛋白质以及多种细胞分泌物，其中蛋白质和多糖是主要成分。其中物理法是利用外力增强EPS中各成分溶解度，如采用离心分离、振摇、搅拌、高温或超声处理等，而化学法是用试剂的离子或分子进入生物絮体与EPS接触，将EPS的大分子变成水溶性成份，从而提取和检测。
（3）Zeta电位的测定
取污泥混合液在20KH、80W的超声波中超声2min后沉降10min，取上清液在ZetaPlus电位仪中测定其zeta电位。
（4）固态颗粒物的测定
污泥颗粒的粒径分布会影响污泥在膜表面的沉降性能，进而影响膜的临界通量，因此对于固态颗粒物的测定主要以上清液的测定为依据，这一检测采用激光散射粒度分布仪来完成。
（5）混合液粘度的测定
污泥混合液粘度采用旋转粘度计测定。旋转粘度计是用于测量牛顿流体绝对粘度以及非牛顿流体表观粘度的精密仪器，测量误差为±5%。
3 混合液特性对膜污染的影响
（1）EPS对膜污染的影响
EPS主要是细菌细胞代谢的产物或细胞自溶物，普遍认为EPS是影响活性污泥物化性质关键。这是由于EPS会粘附在膜表面，与膜以化学键的形式紧密的交联，从而将膜的渗透特性变差，从而阻碍了主体相向膜面的对流传递，造成了膜通量的下降。
（2）混合液的Zeta电位，主要由EPS的带电官能团决定，取决于EPS的组成和比例。EPS在曝气的作用下会扩散到混合液中，其中蛋白质含较多的硫酸根、磷酸根和羧基等带负电官能团，这会导致污泥混合液Zeta电位的降低。
（3）固态颗粒对膜污染的影响
胶体颗粒表面表现为负电性，由于上清液颗粒中官能团的电离形成的。固态颗粒为典型的胶体颗粒，颗粒表面存在静电力、范德华力，导致颗粒极易沉积吸附于膜孔和膜表面，造成严重的膜污染以及膜污染行为的复杂化。
（4）混合液粘度对膜污染的影响
混合液的粘度增大会导致膜污染的加剧和运行环境的恶化。混合液粘度增大，实际上表明混合液中含有大量的粘性物质，很容易沉积在膜表面，加剧膜污染，而膜污染的加剧将导致膜渗透功能的削弱。
（5）相对疏水性对膜污染的影响
细菌表面含有多糖类亲水性基团，从而使污泥表面具有较强的亲水性。带有疏水官能团的氨基酸对污泥絮体的疏水性影响很大，这进一步印证了EPS是影响污泥疏水性的根本原因，也是膜污染的根本原因。
4 结语
MBR工艺优良性能，将逐渐取代传统污水处理工艺，而膜污染问题会导致MBR的高耗能，本文从MBR混合液特性的测定出发，探讨了对膜污染由主要影响的特性的测定方法，并研究了混合液特性对于膜污染的影响，为进一步的解决和缓解MBR工艺中的膜污染问题提供理论基础和支撑。
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