海绵浸没式膜生物反应器在废水处理中的研究进展

3、SSMBR膜污染因素的研究

3.1膜污染

膜污染是指在膜分离过程中，废水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子与膜相互作用而引起在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，导致膜渗透通量下降且跨膜压差升高的现象。广大学者针对膜污染的形成原因进行分析，探究了SMBR中的几种可能发生的膜污染机理，主要包括:

1)污泥絮体在膜表面的沉积;2)一些胶体颗粒等物质堵塞膜孔;3)膜表面滤饼层的形成;4)膜对溶液中溶质的吸附;5)长期运行过程中污染物在组成及性质上发生变化。这些成因单独作用或共同发生均会对膜造成不同程度的污染。

3.2水力停留时间(HRT)对SSMBR中膜污染的影响

操作条件是SSMBR的运行效果与膜污染的重要影响因素，与其相关的操作条件主要包括进水水质、温度、HRT、SRT、操作压力和pH值等。

HRT是SSMBR系统优化的关键参数，也是影响膜污染的主要因素之一。Deng等人[15]通过设置不同的HRT(4，5.3，6.67h)研究HRT对SSMBR处理废水效果和膜污染的影响。发现在这3个HRT下，DOC和COD去除率均达到93%以上，并且随着HRT的增加，DOC和COD的去除效果也逐渐增加。营养物质的去除效率也随HRT的增加而增加。当HRT为6.67h时，NH+4-N的去除率高达91.29%，其去除机理主要包括:1)膜技术的污泥零排放使得硝化细菌滞留在反应器中;2)海绵中大量氨氧化菌(AOB)的存在。

另外，SSMBR对TN和PO3-4-P的平均去除率均超过80%和86%。此外，对污染物的结垢速率的研究发现:在HRT为6.67h时运行73d，TMP由2kPa增加到8kPa，随后运行至100d时TMP达到18.5kPa，此过程中的结垢速率仅为0.175kPa/d。而当HRT为5.33，4h时，SSMBR分别运行时间为40，27d时，TMP已经达到35kPa，产生的结垢率分别为0.825，1.204kPa/d。

这很大程度上归因于海绵表面/内部的缺氧/厌氧条件，揭示了同步硝化反硝化(SND)过程的存在。降低HRT可以缩短SSMBR的过滤周期，导致过滤性能下降，加剧膜污染。此外，降低HRT会降低有机物的去除率从而导致有机负荷增加，削弱生物系统对有机物的降解能力，加剧膜污染的形成。

3.3微生物絮凝剂对SSMBR中膜污染的影响

通常情况下，MBR中的膜污染过程大致分为3个阶段:第1阶段在开始运行后的短时间内TMP快速升高;第2阶段TMP在较长时间内缓慢增高，称为缓慢污染阶段;第3阶段是TMP的跃升阶段，此阶段很有可能直接导致MBR无法正常运转。这3个阶段产生的原因分别是膜孔径变小，膜面生物膜的生长和凝胶层的覆盖导致滤饼层增厚，膜污染的“自我加速”。凝胶层主要成分为被膜所截留的胶体和溶解性大分子泥饼层，其形成的主要原因是生物污泥絮体的堆积。

微生物絮凝剂具有高效、无毒、无二次污染等特点，应用领域广泛，可用于不同的污水生化处理中，是一种具有良好应用前景的天然有机高分子絮凝剂。当絮凝剂加入MBR后，可弱化膜污染的第1阶段，延长膜污染的第2阶段，并且推迟和延缓膜污染第3阶段。在SSMBR系统中投加微生物絮凝剂可以进一步减少膜污染，改进活性污泥与滤饼层的性质。Deng等人在SSMBR中投加Gemfloc絮凝剂的研究结果如表1所示。

表1在SSMBR-G运行阶段各污染物的去除效率

由表1可知:投加微生物絮凝剂对于提高SSMBR过滤性能和减少膜污染具有显著作用。因此，进一步研究微生物絮凝剂的种类对膜污染的影响，研究开发对膜污染物有优越去除性能且价格低廉的微生物絮凝剂材料是很有必要的。

4结论

SSMBR处理废水时表现出优越的特性，具有可持续通量大、污染物去除率高、TMP增量小、膜污染率低等优异的特性，在污废水处理回用方面有着广阔的研究和应用前景。然而目前国内外对SSMBR的研究还处于实验室阶段，实现真正意义上的广泛应用还需作进一步的研究和探索，完善SSMBR在工程实际应用中的可行性是必要的。

影响膜污染的因素主要有膜组件(膜材质、结构和组件结构等)、污泥特性(EPS和SMP等)和操作条件(进水水质、温度、HRT等)，但目前国内外对SSMBR工艺研究较少，尚未形成全面的SSMBR膜污染影响因素的研究体系，还需进一步深入探索。

来源：环境工程;作者：王晨，洪耀良，施国健，章双双，刘东华，孟凡书

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