MBR在净水工艺中的膜污染特征及清洗

  膜污染是影响膜技术实际应用的核心问题。国内外关于MBR 用于时的膜污染的报道较多, 但其用于给水处理时的相关研究还较少。由于MBR 用于源水处理时, 与膜接触的悬浮物质、有机物等的组成、浓度和性质都与MBR 用于污水处理时的情形不同, 运行操作条件也不一样, 因此膜污染特征也不完全一样, 有必要考察MBR 在净水工艺中的膜污染特征及清洗。

  1.1 工艺流程：一体式MBR 的工艺流程见参考文献。微滤膜采用聚乙烯中空纤维膜, 孔径为0 .1 μm , 膜面积为0 .2 m2 。

  采用人工配制的微污染源水做试验。源水由进水泵打入MBR, 混合液在抽吸泵的作用下形成过滤出水。膜组件采用间歇方式运行, 抽吸时间和停抽时间分别为15 min 和2 .5 min 。设置在膜组件下的穿孔管连续曝气以提供生物反应所需的氧气, 并同时清除膜表面的部分污染物。

  生物反应器按悬浮生长型和附着生长型(分别投加块状填料和PAC)运行。悬浮生长型MBR 连续运行约4 个月、块状填料-MBR(块状填料投量为10 %, 体积比)和PAC -MBR(PAC 投量为2 000mg/L)连续运行20 多天后, 将污染膜组件取出, 进行膜污染分析及清洗。

  1.2 膜面污染特征分析：从污染后的膜组件截取一段污染膜丝, 干燥后喷镀金膜, 采用扫描电镜(HITACHI , S -570)对污染膜的内、外表明上进行了观察。

  1.3 膜污染清理洗涤方法：采用的物理清理洗涤方法有清水过滤和连续曝气清洗, 化学洗涤方法包括盐酸酸洗和次氯酸钠碱洗。试验中发现MBR 中的膜污染与混凝—微滤膜组合工艺(C -MF)相比, 粘性较大, 两种常规物理清理洗涤方法效果较差(尤其是对附着生长型MBR膜污染的清洗), 因此采用超声波对膜进行了清洗。

  1.4 对膜清理洗涤效果的评价：采用膜比通量K =J/ P(即单位过滤压差下的膜通量值)来表征膜过滤性能的高低。清洗后通过清水通量试验采用归一化膜比通量(定义为K /K 0)来表征膜通透性能的恢复, 其中K 0 为新膜的膜比通量。

  2.1 膜面污染特征：悬浮生长型MBR 、块状填料-MBR 和PAC -MBR连续运行后的污染膜外、内表面的电镜照片分别如图1 、2 所示。

  由图1 可见, 悬浮生长型MBR 的污染膜外表面为一层较厚滤饼层覆盖, 颗粒物质、悬浮物质和微生物相互粘连、沉积在膜丝外表面, 微生物以球菌居多, 彼此之间有较多菌丝、细丝相连。经曝气清洗后可见滤饼层下为一粘性凝胶层。投加块状填料和PAC 的MBR 中的污染膜外表面附着的微生物较悬浮生长型MBR 少, 是因为在附着生长型MBR 内微生物以附着态为主。块状填料-MBR 的膜外表面为一层粘性的较薄污染层覆盖,颗粒物质少, 推测是由大分子有机物为主的物质在膜表面吸附而形成的凝胶污染层。PAC -MBR 的膜外表面粗糙, 也被一层粘性凝胶层覆盖;与前两者不同, 其污染层上沉积、附着有许多片状、粒状的较大块状物, 推测可能是PAC 碎颗粒, 除此以外还有许多形状规则、有棱角的方形污染物, 可能是无机结垢物质。利用场发射扫描电子显微镜及X 射线能谱仪(FSEM -EDS)对上述特征污染物进行了成分分析, 根据结果得出这些特征污染物是无机垢体,主要含Ca , 其次是Mg , 推测结垢物质以CaCO3 为主。

  由图2 可知, 悬浮生长型MBR 的膜内表面无明显污染, 同样发现块状填料-MBR 和PAC -MBR 中膜内表面也均无明显污染, 这与膜直接过滤和C -MF工艺中膜内表面以微生物为主的污染特征显著不同。推测可能因为MBR对生物可利用的有机物去除率较高, 由此减少了能到达膜组件内部、可供微生物生长的养料, 使膜丝内表面出现微生物污染的可能性减少。

  2.2.1 悬浮生长型MBR：对污染膜按如下步骤清洗:清水过滤、连续曝气、次氯酸钠碱洗和盐酸清洗, 并通过SEM 观察每步清洗后膜外表面形貌的变化(见图3)。

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