膜技術(shù)的迅速發(fā)展已經(jīng)對眾多領(lǐng)域帶來了革命性的影響,膜生物反應(yīng)器(MBR)作為一種高效廢水生物處理工藝,融合了傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)的生物降解功能和膜分離技術(shù)的高效分離功能,具有對污染物去除效率高、出水水質(zhì)穩(wěn)定、操作管理方便、占地面積少等顯著優(yōu)勢,應(yīng)用前景十分廣闊 。但是,膜污染卻會導(dǎo)致運行費用增 加,因而大大制約了MBR的大規(guī)模應(yīng)用。所以, 研究膜污染的原因,尋求消除膜污染、快速恢復(fù)膜比通量的高效清洗方法,成了推廣MBR技術(shù)的關(guān)鍵所在。
   狹義的膜污染,是指處理物料中的微粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子有機物等,由于與膜發(fā)生物理化學(xué)相互作用或機械作用,而在膜表面和膜孔內(nèi)吸附、沉淀,造成膜孔徑變小或堵塞,使水通透膜的阻力增大,妨礙了膜面上的溶解和擴散,導(dǎo)致膜通量不可逆下降的現(xiàn)象  。廣義的膜污染還包括由于可逆的濃差 極化而導(dǎo)致的凝膠層的形成。以上各種定義中的 污染因素的共同作用造成了膜技術(shù)運行過程中膜通量的下降。

1.膜污染的來源
        MBR中的膜組件根據(jù)材料不同,可分為無機陶 瓷膜和有機高分子膜等,有機高分子膜又分為聚砜膜(PS)、聚醚砜膜(PES)、硝化纖維素膜(CN)、醋酸纖 維膜(CA)、硝化纖維素-醋酸纖維混合膜(CN-CA)、聚乙烯膜(PE)、聚丙烯纖維膜(PP)、聚丙烯腈 纖維膜(PAN)和聚偏氟乙烯膜(PVDF)等。對于各種材料的膜組件,膜污染一般來源于濾餅層、溶解性有機物質(zhì)和微生物污染3個方面 。

        ①濾餅層主要是指水透過膜時被截留下來的部分活性污泥和膠體物質(zhì),在濾壓差和透過水流的作用下堆積在膜表面而形成的膜面污染。其中有無機污染物,也有有機污染物。無機污染物主要是鈣、鎂、硅、鐵等的碳酸鹽、硫酸鹽和硅酸鹽的結(jié)垢物,*常見的是CaCO3和CaSO4。
        ②有機污染物主要是蛋白質(zhì)、絮凝劑、天然高分子等有機膠體和容易在膜表面附著的溶解性有機物,它們在氫鍵、色散力和憎水作用下被吸附在膜上。 濾餅層是一種可逆污染,一般可以通過水力清洗等定期清洗消除污染,快速恢復(fù)部分膜通量。
        溶解性有機物是MBR膜在抽吸過程中出現(xiàn)濃差極化現(xiàn)象的重要原因之一,反應(yīng)器污水中自身的溶解性高分子有機物、大分子的微生物可溶性代謝產(chǎn)物都容易通過濃差極化作用而在膜表面形成凝膠層,或被 膜內(nèi)的微孔表面所吸附或結(jié)晶,堵塞孔道,使膜通量減少。
        ③微生物污染 微生物也是造成膜污染的一個主要因素。微生物污染主要由微生物及其代謝產(chǎn)物組成的粘泥引起,膜表面易吸附腐殖質(zhì)、聚糖脂、微生物新陳代謝產(chǎn)物等大分子物質(zhì)。膜內(nèi)的微孔中也有微生物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì),適宜微生物生存,因而不可避免地有大量微生物滋生,極易形成一層生物膜,造成膜的不可逆阻塞,使膜通量下降,成為膜污染的一個重要原因 。如劉銳等發(fā)現(xiàn)在中空纖維膜的微孔中有大 量的絲狀菌、球狀菌和短桿狀菌。首先有機大分 子物質(zhì)吸附在膜組件上,然后進(jìn)水體系中粘附速度快的細(xì)胞形成初期粘附過程,粘附后期大量群集生物生長,*后在膜表面上形成生物膜。 此外,從污染物的位置劃分,膜污染分為膜附著層污染和膜堵塞。附著層中有懸浮物、膠體物質(zhì)及微生物形成的濾餅層,溶解性有機物濃縮后形成的凝膠層,溶解性無機物形成的水垢層等。膜堵塞是由于上述料液中的溶質(zhì)濃縮、結(jié)晶及沉淀導(dǎo)致膜孔產(chǎn)生不同程度的堵塞。

2.影響膜污染的因素
       膜污染的形成主要受膜固有性質(zhì)、MBR運行條件、污水特性等因素的影響。
       ①膜固有性質(zhì) 膜對污水中固體微粒、膠體吸附能力的大小與膜材料的分子結(jié)構(gòu)有關(guān),抗污染性較好的膜有聚乙烯膜(PE)、聚丙烯纖維膜(PP)、聚丙烯腈纖維膜(PAN) 等。任南琪等認(rèn)為膜的親水性對抗污染十分重要， 除選擇親水性好的膜外,在膜組件投入運行前應(yīng)進(jìn)行親水處理,以強化其抗污染能力。此外,膜污染程度還與膜孔徑、表面粗糙度及膜表面荷電性等有關(guān)。