膜的污染程度取決于膜本身的性質(zhì)、料液的特征和過(guò)濾操作條件[1]，因此對(duì)于膜本身抗污染性能的提高，除了膜本身的制作水平外，還可針對(duì)實(shí)際過(guò)濾料液的特征對(duì)膜進(jìn)行改性，但由于MBR過(guò)濾料液成分復(fù)雜，這方面的工作難以奏效。有關(guān)膜過(guò)濾過(guò)程中水力操作條方面的研究成果已很多，筆者認(rèn)為，對(duì)于MBR，通過(guò)改變過(guò)濾料液的性能來(lái)防止膜污染將是一條重要且可行的途徑。

　　盡管活性污泥混合液的組成復(fù)雜，但膜過(guò)濾活性污泥的過(guò)程受沉積層的控制而非膜孔的堵塞，這說(shuō)明膜污染主要來(lái)自大于膜孔徑的微生物絮體。大量研究表明，細(xì)菌胞外聚合物(EPS)是優(yōu)勢(shì)污染物，微生物通過(guò)這些物質(zhì)相互粘連形成菌膠團(tuán)，并在過(guò)濾過(guò)程中顯示出較強(qiáng)的壓密性，使過(guò)濾阻力不斷升高。筆者通過(guò)向SMSBR中投加粉末活性炭(PAC)使之形成生物活性炭(BAC)污泥以進(jìn)行膜污染防治，并通過(guò)終端過(guò)濾試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)膜 污染防治效果。

1 　試驗(yàn)方法

　　 從2000年10月2日起開(kāi)始向SMSBR反應(yīng)器中投加PAC(見(jiàn)表1)，共考察了3種不同PAC濃度下的膜過(guò)濾特性。

        表1 　向SMSBR中投加PAC 

　　投加了PAC的SMSBR按照“缺氧1—好氧—缺氧2”運(yùn)行，在每次投加PAC后的第10天取200mL污泥混合液進(jìn)行終端過(guò)濾試驗(yàn)，其方法和參考文獻(xiàn)中相同，考察了過(guò)濾通量的變化、通量衰減和阻力分布情況及SMSBR中膜組件的運(yùn)行情況。

2 　結(jié)果與分析

        2.1 　膜通量的變化

　　在壓力為60、100、140、180和220kPa下，不同PAC投量對(duì)相對(duì)膜通量的影響見(jiàn)圖1-a～1-e。

　　由圖1-a～1-e可見(jiàn)，無(wú)論投加PAC與否，其相對(duì)膜通量都表現(xiàn)出相同的變化特點(diǎn)，即在短時(shí)間內(nèi)膜通量急劇衰減，但投加PAC后的膜通量明顯得到提高；在壓力相對(duì)低的情況下(60、100kPa)，PAC濃度為1.2g/L時(shí)表現(xiàn)出較高的膜通量，而在壓力相對(duì)高的情況下(140、180和220kPa)，PAC濃度為1.8g/L時(shí)表現(xiàn)出較高的膜通量。

　　PAC濃度為0.6、1.2和1.8g/L時(shí)不同壓力下的膜通量變化分別見(jiàn)圖2-a～2-c。

　　由圖2-a～2-c可見(jiàn)，投加PAC后不同壓力下的膜通量變化與不投加PAC時(shí)膜通量的變化相似，即隨著壓力的升高，相對(duì)膜通量值減??；在壓力相對(duì)低的情況下(60、100kPa)，膜通量隨壓力的變化大，而在壓力相對(duì)高的情況下(140、180和220 kPa)，膜通量隨壓力變化不大且隨著過(guò)濾時(shí)間的延長(zhǎng)而趨于一致。

        不同PAC投量在不同壓力下的膜通量變化按照參考文獻(xiàn)中式(15)進(jìn)行擬合，所得膜通量衰減指數(shù)及相關(guān)系數(shù)如表2所示，不投加PAC和不同PAC投量下膜通量衰減系數(shù)隨壓力的變化見(jiàn)圖3。

        表2 　不同PAC投量和壓力下的通量衰減指數(shù)及相關(guān)

　　經(jīng)比較得出，不投加PAC的膜通量衰減指數(shù)要遠(yuǎn)高于投加PAC的膜通量衰減指數(shù)(壓力為220kPa所對(duì)應(yīng)的值除外)；當(dāng)PAC濃度為1.8g/L且在較高壓力下，表現(xiàn)出較高的膜通量衰減指數(shù)，其他情況下的差別不明顯；對(duì)于相同PAC投量(包括不投加PAC)而言，膜通量衰減指數(shù)隨壓力的變化未表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。

        2.2 阻力分布

　　表3、4分別為PAC濃度為0.6g/L和1.2g/L、在壓力為100kPa及180kPa下的阻力分布。

　　由表3、4可見(jiàn)，投加PAC后污泥的過(guò)濾阻力分布與不加PAC時(shí)的過(guò)濾阻力分布相似，極化阻力或沉積層阻力占主導(dǎo)，并隨過(guò)濾壓力的增加而升高；不同之處在于投加PAC后的極化或沉積過(guò)濾阻力所占總阻力的比例明顯下降，而膜的固有阻力所占總阻力的比例有較大提高，體現(xiàn)了膜污染防治的效果。

        表3　 PAC濃度為0.6 g/L的阻力分布

        表4 　PAC濃度為1.2 g/L的阻力分布

3 　膜組件的運(yùn)行情況

　　以上從過(guò)濾機(jī)理方面說(shuō)明了其對(duì)膜污染的改善作用，現(xiàn)對(duì)實(shí)際運(yùn)行的SMSBR中空纖維膜組件的情況加以考察。

　　由于采用小試裝置，試驗(yàn)過(guò)程中攪拌裝置、曝氣裝置和膜組件隨SBR反應(yīng)器的周期而交替使用，因此不便于全面考察膜分離的操作條件對(duì)膜污染的影響；同時(shí)，SMSBR中的膜過(guò)濾過(guò)程與連續(xù)流MBR中的膜過(guò)濾有很大差別(即在2h和1.5h內(nèi)完成排水的過(guò)程)，這就需要遠(yuǎn)大于連續(xù)流MBR的膜通量，且該過(guò)程也是對(duì)污泥的濃縮過(guò)程，因此污染速率更快。

　　中空纖維膜組件的抽吸排水過(guò)程屬于恒流、死端過(guò)濾方式[過(guò)濾過(guò)程中膜通量基本保持在26L/(m2·h)]，而抽吸壓力隨沉積污染的增加而不斷上升。為此，一方面通過(guò)對(duì)料液的曝氣和間斷抽吸來(lái)防止膜污染的加劇，另一方面通過(guò)膜組件的(上下)機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)防止膜污染，從而實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期運(yùn)行的目的。盡管未能定量描述這種機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)膜污染的影響，但卻體現(xiàn)了通過(guò)膜組件的運(yùn)動(dòng)來(lái)防止膜污染的重要思想。膜組件在排水過(guò)程中實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)并不困難，且由于排水時(shí)間并不長(zhǎng)而不會(huì)產(chǎn)生太高的能耗，在今后的研究中可采用更完善的試驗(yàn)裝置來(lái)考察這種作用。

　　圖4為投加PAC之前每天排水過(guò)程中的平均壓力變化。


　　區(qū)域1：為試驗(yàn)運(yùn)行第一個(gè)月，過(guò)濾溫度對(duì)抽吸壓力的影響較小，其間壓力的升高來(lái)自污泥 濃度的不斷富集，周期排水過(guò)程中壓力上升較慢，不需要膜組件的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，而只需通過(guò)對(duì)料液的曝氣即可實(shí)現(xiàn)排水，但從圖4中也看出，該階段壓力有一次較大飛躍。圖5為壓力突變前后周期排水過(guò)程中壓力的變化情況，圖中每個(gè)點(diǎn)代表10min排水過(guò)程壓力的平均值，周期排水過(guò)程中壓力的上升是由于污泥在中空纖維絲之間大量沉積所致，每次排水后經(jīng)廢水和出水清洗膜組件后，下一次排水時(shí)的初始過(guò)濾壓力與前一次排水的初始?jí)毫Σ顒e不大，該結(jié)果與參考文獻(xiàn)的研究結(jié)果一致，即以沉積污染控制過(guò)濾過(guò)程，而非膜孔內(nèi)部的堵塞。

        區(qū)域2：過(guò)濾壓力不僅受到污泥特性(濃度及其生長(zhǎng)形態(tài))的影響，而且受到低溫的影響，該階段周期排水過(guò)程中壓力上升速度很快，必須通過(guò)膜組件的機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)控制壓力的上升。

　　區(qū)域3：周期排水過(guò)程中仍然需要通過(guò)膜組件的機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)控制壓力的上升，但由于溫度逐漸回升，表現(xiàn)出平均壓力的不斷下降。

　　區(qū)域4：由于容積負(fù)荷的提高，污泥濃度再次升高，平均過(guò)濾壓力又升高。

　　投加PAC后膜過(guò)濾情況得到了明顯改善，但并未表現(xiàn)在周期過(guò)濾壓力的變化上，卻體現(xiàn)在抽吸過(guò)程中不再需要膜組件的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，而改在停止排水的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行膜組件的機(jī)械運(yùn)動(dòng)沉積在膜組件上的BAC顆粒很容易通過(guò)抖動(dòng)而脫落。由于小試裝置難以定量衡量這種改善作用，因此需在今后作進(jìn)一步研究。
4 　結(jié)論

　?、?BAC污泥在終端過(guò)濾過(guò)程中，其相對(duì)通量的變化規(guī)律與普通活性污泥相同，但投加PAC后的膜通量明顯得到提高。另外，在相同壓力下普通活性污泥的膜通量衰減指數(shù)要 遠(yuǎn)高于BAC污泥的膜通量衰減指數(shù)，在相同PAC濃度下BAC污泥的膜通量衰減指數(shù)隨 壓力的變化與普通活性污泥一樣，未表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。

　　② BAC污泥的阻力分布表明，沉積層阻力仍占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，并隨壓力的升高而增大，但相比普通活性污泥該比例有所下降，膜的固有阻力所占比例明顯提高，體現(xiàn)了PAC對(duì)膜污染的防治作用。

　?、?通過(guò)向普通活性污泥中投加PAC使之改性為BAC污泥，明顯地改善了SMSBR中空纖維膜組件的過(guò)濾性能。

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