1·2　MBR膜及膜组件型式

根据膜组件的作用, MBR通常包括三种类型[6,10]:固液分离、膜曝气和萃取。经过三十多年的探索改进,MBR由最初的好氧分置式固液分离MBR发展到目前的多种型式,但就目前的研究和应用现状而言,固液分离MBR在水工业市场占绝对优势。按照膜组件是否位于生物反应器内,固液分离MBR系统可分为两种基本型式:一体式(或浸没式)和分置式(或外置式)。一体式MBR的出现,大幅度降低了处理系统的能耗和占地面积,在城市污水处理厂具有较强的竞争力;分置式MBR的污泥浓度高、水力停留时间长,比较适合处理难生物降解、高有机浓度以及有毒的污水,因而在工业废水处理中应用较多。除上述两种基本型式之外,根据不同的分类条件,固液分离MBR的其他型式见表1。MBR常用的膜组件,按其构造类型可分为中空纤维膜、平板膜和管式膜;按膜组件的孔径可分为微滤、超滤和纳滤,其中以中空纤维式微滤和超滤膜在水处理工程中应用最多。

1·3　膜组件性能及膜污染控制技术研究

1·3·1　材料技术、制膜技术的改进

膜组件是MBR的核心,其性能优劣直接关系到MBR的应用前景。为增强膜的抗污染性能,研究人员经过不懈的努力,陆续开发出聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚醚砜、陶瓷、聚丙烯等多种材料。膜材料研究取得进步的同时,制膜技术也在不断融合当前快速发展的科学技术,进一步提高了膜组件的性能.然而,水处理的主要对象为有机污染物,有机膜表面的憎水性决定了膜污染的不可避免性,对此,研究人员尝试已经将有机膜表面由憎水性改为亲水性,明显延缓了膜污染

1·3·2　反应器操作条件与构造的优化

MBR是一个各部分紧密联系的统一体,通过调整操作条件或改变反应器的内部结构,可以降低反应料液中的颗粒物在膜表面或膜孔内的沉积速率,在运行过程中能够有效地防止膜污染。

1)控制膜的工作通量低于临界通量,能降低颗粒物在膜面或膜孔内的沉积速率,从而延长膜的过滤周期[25-26]。

2)设置MBR为间歇出水方式,保证MBR在每个出水循环周期的闲置期间吹脱掉膜表面的污染物,有助于减缓膜污染。

3)采用强化通量维护(Enhanced Flux Mainte-nance,EFM)技术,严格控制氧化剂或碱液的浓度以及使用量,使其既能清除膜内部的污染物,又不会对生物反应器内污泥的活性产生不利影响。

4)向MBR内曝气,形成的气液两相流能及时吹脱粘附在膜表面的部分污染物,从而降低膜污染速率。

5)在MBR内形成内循环,或者改变反应器的构造强制进行内循环,能够相对增加膜表面的错流曝气强度,延缓膜污染[27-29]。

1·3·3　改善污泥的可过滤性

膜组件良好的固液分离性能易造成有机污染物在MBR的积累,导致混合液COD是膜出水COD的几倍甚至十几倍,从而使膜污染速率急剧增加。对此,通常采取一定的措施来改善混合液的可过滤性。

1)向反应器内投加粉末活性炭(PAC)并维持一定的浓度,除降低混合液的COD外,PAC还能与活性污泥混合附着在膜表面,改善滤饼层的结构,减小过滤阻力

2)向反应器中间歇投加混凝剂,在不影响微生物活性的前提下,可降低有机物在混合液内的累积,有利于维持膜通量的恒定

3)在反应器内培养颗粒污泥,既可以提高MBR对有机污染物的去除效果,又能够减少活性污泥对膜组件的污染。

4)投加膜性能增效剂(membrane performanceenhancer,MPE),能显著改善污泥的可过滤性、延缓过膜压力的增长[33],甚至还可以提高膜的临界通量并改善微生物的活性[34]。

1·3·4　膜组件的清洗

MBR运行过程中,当膜污染达到一定程度时,需要采用物理或化学清洗的方法才能恢复膜通量。对膜组件进行在线或离线清洗,可及时去除膜表面的污染物,延长膜的使用寿命,从而降低膜的折旧费用,这对提高人们对MBR认可程度至关重要。