曝气对膜生物反应器中膜污染的影响

1.2.3微生物群落结构

曝气方式的不同同样影响着膜生物反应器中微生物群落结构的组成。微生物是MBR中降解污染物的主要角色，同时也是膜污染物质EPS和SMP的产生来源。微生物代谢途径随周围环境的变化而变化，曝气主要通过改变反应器中的溶解氧来影响微生物的组成和代谢。

GAO等［16］在不同的溶解氧浓度下研究了MBR中微生物群落结构的组成，发现在其搭建的好氧MBR中，生物污染主要受到微生物群落结构的影响，低溶解氧浓度导致膜表面的滤饼层中发生了以β-变形菌向δ-变形菌演替的过程，污染类型也从不可逆污染为主向生物污染为主转变。

2曝气过程中有效控制膜污染的关键因素

通过分析曝气过程对膜污染产生的影响，总结出膜生物反应器运行过程中应当关注的重点方面，以达到控制膜污染的目的，从而增加膜寿命，延长使用周期，节约运行成本，推动膜生物反应器技术在更为广阔的范围内得以应用。

2.1确定最优曝气强度

曝气强度是曝气系统运行过程中最为重要的一项参数，过低的曝气强度不利于创造膜表面良好的流体动力学条件，导致膜污染物的自然去除作用减弱；而过高的曝气强度可能导致污泥絮体的解体，产生大量小颗粒，改变混合液中微生物的组成结构和代谢途径。葛根等［17］研究了曝气强度对MBR中污泥混合液可滤性的影响，具体见图3。

发现过高的曝气强度导致污泥混合液的可滤性发生恶化，反应器上清液中相对分子质量大于10000的SMP浓度、细小颗粒和EPS的含量增加，加重膜污染过程。因此应当通过实验或经验公式模拟的方法选择曝气强度的最优值，并在应用过程中根据实际情况进行修正。

2.2选取合适的曝气装置

曝气装置决定着产生气泡的类型、大小、频率，高效合理的曝气装置不仅能在反应器中制造良好的流体动力学条件，增加膜表面剪切力和膜污染物去除概率，同时也有利于能源的节约。射流曝气比传统自由曝气更容易去除膜表面的污染物质，然而同样需要注意使用过程中的参数控制。

陈宇等［18］曾发现射流曝气可以增加MBR系统的氧传质效率和利用效率，增加COD、氨氮等污染物的去除效果，而射流曝气的高强度喷气也使得反应器的污泥絮体变得分散，胶体粒子和细小颗粒明显增加，造成更多的膜孔吸附和堵塞，加剧了膜污染过程。

2.3利用计算流体力学方法优化曝气参数

传统的曝气运行参数优化方法通常为实验法，主要存在效率低、过程复杂等问题。为高效模拟曝气过程对膜表面的流体动力学条件产生的影响，可以采用计算流体力学（CFD）的方法来进行合理的预测与研究。计算流体力学在MBR中的应用近些年得到了长足的发展。

WEI等［19］使用3D-CFD模型模拟平板膜MBR中弹状气泡流的流体动力学特性，与电化学实验得到的数据具有一致性。而LIU等［20］使用CFD方法对MBR中气泡产生的剪切力进行数值模拟，以探究混合液流变学特性和膜组件结构的影响。在国内，也陆续有学者开始进行该方面的研究。

陶中兰等［6］就应用模拟软件对浸没式膜生物反应器内气液两相的流动进行了三维数值模拟研究，考察了不同曝气条件对膜表面气液速度场的分布，发现在相同曝气强度下，最小的曝气孔径可以带来最快的液相速度，形成较大的漩涡区，提升气液两相的接触面积，从而改善膜面冲刷效果。

3结论

曝气作用作为最有效的膜污染控制方法在膜生物反应器应用的过程中得到了广泛的研究，从曝气带来的膜表面流体动力学条件的变化到反应器中混合液特性的变化。虽然目前通过大量研究，学界掌握了该过程的一些基本共识，但仍有许多问题等待解决，如同类型研究结论相悖、缺乏统一的研究标准、实验研究远多于理论模型探讨等。本文梳理了该领域的研究现状，以期为今后的研究和应用提供一定的技术参考。

参考文献略

《环境科技》作者：魏进，毛小柳，李冰，吴海锁

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