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类型抑制MBR 膜污染强化技术研究.doc

  • 上传人:dreamzhangning
  • 文档编号:2206986
  • 上传时间:2018-09-05
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    抑制MBR 膜污染强化技术研究.doc
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    1、第卷第期 年月水处理技术 。抑制膜污染强化技术研究尤朝阳,刘志寅,黄刚华,田 英(南京工业大学环境学院,江苏省工业节水减排重点实验室,江苏南京)摘要:膜污染是膜生物反应器工艺中普遍存在的问题,是影响稳定运行的关键因素。介绍了国内外控制膜污染强化技术的最新研究进展,包括膜自身性质的改进、污泥混合液特性的改善、膜组件及反应器结构的优化、工艺运行条件的优化、组合工艺的运用及膜清洗技术的发展。关陶:膜生物反应器;膜污染;防治;强化技术中图分类号 文献标识码:文章编号:()膜生物反应器是一种将膜的高效分离技术与生化反应作用相结合的新型水处理技术,具有处理效率高、污泥停留时间()长、比负荷率()低、剩余污

    2、泥少等优点,基本上解决了传统活性污泥法所存在的问题。但是在其运行过程中也存在着不可避免的问题膜污染,膜污染已成为限制水处理技术推广应用的主要障碍。近年来,材料科学、生物科学、化工、计算机等相关领域的进步,推动了膜污染控制技术的发展。发接枝聚合亲水性聚乙二醇甲基丙烯酸酯(),再通过相转变法制备具有亲水特性的分离膜。接枝后的膜接触角降低到,表现出很好的亲水性和抗污染性能。赵翌帆等【以电子束辐照为引发手段,采用丙烯酸苯乙烯磺酸钠混合单体接枝改性膜表面。通过一步接枝的方法对膜表面进行亲水化改性同时引入磺酸基团,显著提高了膜表面的亲水性。等使用亲水性的聚甲氧基丙烯酸酯接枝聚丙烯制备膜材料的强化技术聚砜(

    3、)、聚丙烯腈()、聚偏氟乙烯()、聚醚酮()、聚醚砜()等多种特种工程高分子材料制成的膜表面亲水性匕较差,被分离物质在疏水表面易产生吸附,易造成膜污染,成为膜技术进一步推广应用的阻碍。因此,只有通过膜材料改性的微孔膜,不吸附蛋白质,有效地减缓了吸附陲污染的发生。刘建超等问对紫外诱导移植法改性聚丙烯膜,发现膜表面的接触角明显下降,说明膜表面亲水性显著增强,并制备了具有多种亲水性和抗菌性的膜。来控制膜与渗透物间的亲和性,才能达到渗透性与选择性的统一。目前,几种最常用的膜材料改性方法有等离子体改性法、表面活性剂改性法、酶改性法、紫外辐照法、高分子合金法和表面化学反应法。改性膜材料的膜的物理改性物理改

    4、性分为膜材料的物理改性和膜结构的改性。膜材料的改性即膜材料与其它聚合物实施物理共混,改善膜的亲水性能,也是改善高分子材料性质简单而有效的方法。而膜结构的改性即膜表面的荷电性、膜孔径大小及膜表面粗糙度等。宋来洲等【珂成功的将具有螯合配位作用的与共混,制备了改性分离膜。结果表明,改性膜的吸附脱附性能优良,经吸附脱附次循环后,其对吸附量大于 。,脱附率仍超过方法很多,可分为化学改陛、物理改性和生物改性。威的化学改性化学改性又有膜材料化学改性和膜表面化学改性等。膜材料化学改性包括材料的共聚、接枝、用化学方法赋予亲水基团等。膜表面化学改性包括含官能团的聚合物薄膜涂覆、等离子体表面聚合改性、界面缩。湛含辉

    5、【喇用无皂乳液聚合法将与单体与分子链上的双键进行聚合,合成双亲性纳米:复合体,用于改性超滤膜,改聚等方法。王文才等】对溶解在一甲基吡咯烷酮中的聚偏氟乙烯进行处理引入过氧基团,然后通过热引收稿几期:性膜通量、截留率可分别达到札之。和基金项目:江苏省环科院重点实验审开放摹金();江苏省建设厅研究基金();江苏省环保厅重点科技示范项目();南京工业大学青年教师基金重点项目作者简介;刘志寅(一),男硕士研究生。研究方向为污水处理;:。万方数据尤朝阳等,抑制膜污染强化技术研究以上。此外,合理设计膜丝的膜孔径、长度、直径及松弛度可以有效地减缓膜污染。】认为膜丝过长的膜组件,曝气产生的气泡在上升过程中易凝结

    6、成大气泡,减弱了膜组件上端的清洗效果。卜庆杰【】的试验表明对于减轻膜污染而言,膜丝长度为中对阿特拉津的生物强化处理效果,阿特拉津平均出水质量浓度为 ,平均去除率为。生物强化的平均出水为,最大氨氮去除负荷为 。,氨氮平均出水质量浓度为 ,平均去除率为投加生物表面活性剂生物表面潘生剂具有和化学表面活性剂相同的性质,如降低表面界面张力、润湿和穿透性、乳化分散性等,但相比之下,还有许多优势:()重金属离子浮膜组件的临界通量区高于膜丝长度为、的膜组件。等比较了聚四氟乙烯、()、聚碳酸酯径迹蚀刻()和聚酯径迹蚀刻()种有机膜的过滤性能,结果表明表面粗糙度较高的膜总过滤阻力最高。 迸;()促进疏水性有机物的

    7、降解;()增强疏水性有机物的亲水性。生物表面活性剂用于环境污染治理方面可生物降解有机物不会造成再污染。周素蕾等,习对生物表面活性剂茶皂素作为离子浮选剂去除废水中镉离子的能力进行了研究,在最佳影响因素时去除率达到。邬思丹等研究了不同浓度表面活性剂对污泥生物淋滤过程中重金属、溶出效果的影响。最佳投加量为 ,这时元素硫的生物氧化率显著提高,污泥酸化加快,经过 的淋滤,和的淋滤效果达到最佳,溶出率分别为和,而对照组在第天淋滤效果达到最佳,分别为和。膜的生物改性吸附、包埋、共价交联、微束等固定化酶技术的迅速发展,改变了酶工程学的面貌。酶膜反应器将膜作为固定化酶载体,能有效地将酶固定,实现产物的原位分离,

    8、消除位阻效应和抑制效应,且可连续操作便于放大,易溶解膜表面的,很好的抑制膜污染。等用特定的酶(和)将这类自聚物作为底物,通过淬灭这种物质以减少膜表面牛物膜的生长,从而减轻膜污染。试验表明,在膜材料表面用这些酶修饰可以在恒流过滤条件下有效减少的增长。还采用磁性载体固定化酶或者强化膜表面改性,可延长酶的活性从而极大减轻生物膜污染。等把多酚氧化酶固定到聚砜毛细管膜上,虽然酶活有所降低,但酶膜生物反应器表现出了良好的氧化能力,而且很容易把产物从污水中分离出来。等旧报道了固定化漆酶在酶膜生物反应器中分解污水中苯基尿素杀虫剂,固定化后酶活更加稳定,处理能力更强。投咖制荆酶制剂的应用是当前水处理技术的主要发

    9、展方向之一。酶制剂有多种类型,将它们应用到有机工业废水处理系统中可以明显提高难降解有机物的去除效率。等旧用漆酶处理树木剥皮工业废水,漆酶对去除废水中的木质素衍生物、单宁、酚醛化合物等有毒物质有良好的效果。刘亚【博】采用连续流活性污泥系统处理模拟聚乙烯醇()废水,对比了投加复合酶生物促进剂的加药系统与对照系统对降解效果的差异。结果表明,投加复合酶生物促进剂平均去除率为,平均去除率为,对照系统分别提高了和。等【】利用种酶和降解微生物 的胞外聚合物,结果表明的降解效果更好。今后可以利用酶反应去除中的生物膜污染。对污泥混合液的强化处理技术污泥生物曩化除污技术投咖生物茸剂优势菌技术是指通过富集、分离、筛

    10、选等步骤从自然界中找到降解某种污染物的最佳微生物,扩大培养后再投入到受污染环境中。蔡天明初步将一种脱氮除磷菌鉴定为 ,命名为。菌株在好氧培养 后,培养基中上清液磷质量浓度从 降到 。 投加化学卅一或者颗粒物质在活性污泥中添加吸附剂或混凝剂能够降低溶解质和胶体浓度或者增加其絮凝能力,从而延缓膜污染以及防止丝状菌膨胀造成的膜污染。目前使用的絮凝剂主要是铝盐和铁盐等。杨静等阅研究了不同投加在缺氧培养 后,磷质量浓度从 降低到 :上清液硝酸盐氮质量浓度从。降低到 ,脱氮率达。近年来,基因工程技术迅速发展。基因工程菌是将已有高效降解菌通过诱变或基因重组、原生质体细胞融合等技术制成新型工程菌,并通过分离、

    11、筛选,扩大培养后投入到受污染环境中。刘春等考察了基因工程菌在量的氢氧化铁絮凝剂对减缓膜污染的效果,发现当投加量在时的生物铁具有良好的絮状结构,有效地缓解了膜孔堵塞及滤饼层阻力的增加。等鲫万方数据 水处理技术。 第卷第期对比了硫酸铝和三氯化铁对的膜污染的影响,考虑到除磷范围和比阻,在一 。的投加量范围内硫酸铝的效果较好,三氯化铁虽然对降低比阻较有效,但是会引起明显的的下降。一些研究发现利用颗粒物质摩擦撞击膜片可以减缓膜污染。 在活性污泥中加入颗粒物质(粉料),经过个多月的实验,膜组件的渗透性能保持不变,通量可以达到 以上。马金霞考察投加对系统过滤特性的影响。结果表明,运行后,未投加和投加的系统的

    12、膜通量分别降至初始的和: 发现当投加量为滤性能,发现随着污泥平均粒径的减小,膜过滤阻力逐渐增大。朱彤等发现污泥平均粒径最大时最小,且此时混合液中 的微粒子比例最小。反应器及工艺条件的优化技术膜组件及反应的优化虞组件的位变换与形状改进一些研究通过改变膜片的位置、形状、张紧度、填充度,来抑制膜污染。魏志刚等叫肾膜组件倾斜放置,曝气气泡可以冲刷到整个纤维膜,提高了气泡的冲刷效率,加速了滤饼层的脱落。陈强等采用新型海藻式膜生物反应器处理印染废水效果良好,出水浊度低于 ,对、色度、氨氮、的去除率时,对胶体和溶解性微生物产物()具有双重吸附作用,在膜表面形成了很薄的滤饼层,从而使得膜通量从 。增加到了 ,

    13、。但是当投加量为 。时,膜通量又下降到 。这说明投加量有一个最佳值。还有一些研究投加大的颗粒物,杨期勇发现颗粒填料复合式膜生物反应器可以显著减缓膜污染,当膜通量分别为、更有效。也有学者发现张紧度的比张紧度的膜组件的增加快。张建中贝采用膜动式膜生物反应器处理生活污水,驱动装置驱动膜组件使膜组件在水中转动或者摇动,这样微生物很难附着在膜表面,膜表面的凝胶层处于不断跟新的状态,难以形成较厚的凝胶层。最大限度的限制膜污染与堵塞。时,的透膜压差增长率分别是的、和倍;对平均去除率达到。杨帅【垌开发了一种新型无纺布填料,即在塑料支架的内侧附上一层无纺布,填料为圆柱体,外径为 ,内径为 ,高挂膜后在水中易于循

    14、环流动。反应器结构优化反应器的尺寸高度、内置挡板的位置、升降流区的过水面积以及挡板上方的水面高度等因素均对反应器内的循环水力流动有影响。杨期勇例将应池用横隔板分成升流区和降流区。中空纤维膜组件置于升流区,下设穿孔管曝气。升流区和降流区液体相连通,曝气对反应器增氧,并成推动力。环流反应器因无纺布的材质为聚酷纤维,沾水以后湿密度接近水,合理优化污泥混合液特性是影响运行的重要参数之一。等研究了分别为 和 的膜污染情况,结果表明,在为 时,稳定质量浓度为 其内部流体的循环流动,对微生物与有机物、氧的混合、扩散、传质均很有利。等【,也建议在反应器设计中应尽可能减小上升流通道,扩大下降流通道和为 时,稳定

    15、 质量浓度为。为底部连接通道,提高反应器高度,以提高升流区膜表面的剪切应力;等通过实验指出,当降、升流区过水截面积之比位于之间时,能有效地阻止滤饼层在膜表面的形成。的污泥混合液中小颗粒物以及上清液中和多糖类高于其为 时的数值。同时为 时的可持续通量或临界通量要低于为 时的数值。好氧颗粒污泥具有较高的反应活性,因其同时具有厌氧区、缺氧区和好氧区,所以处理效率通常高于传统的活性污泥处理系统,尤其是脱氮效率的提工艺条件的优化气强度曝气有种作用:为生物反应器提供氧气:为膜面创造湍流,防止膜面沉积物的形成使膜结垢最小化。最新的研究热点主要体现在优化曝气的频率、气泡的大小、曝气的方式等。魏鹏唧认为活塞流曝

    16、气引起的平板膜表面压力及其变化系数与曝气频率和曝气强度有关。等【,】发现活性污泥中溶解性、附着性和絮体总聚合物中蛋白质多糖随着曝气量的增加而减小。等通过实验发现,当临界通量增加到 五。后就不再随曝气量而增加。高。 圆通过对比普通和好氧颗粒污泥时发现,好氧颗粒污泥对膜污染的减缓作用强于普通,在运行期间,好氧颗粒污泥的膜的通量比普通高。粒径越小,污泥颗粒越容易沉积到膜面,产生较大的滤饼比阻。等陋考察了平均粒径为斗污泥的膜过万方数据尤朝阳等,抑制膜污染强化技术研究由此可见,只有寻求一个最伟曝气强度,才可以有效地控制膜污染速率。孙丽华认为浸没式超滤膜运清洗从污染物的性质和其去除机制看,膜的清洗方法可以

    17、分为物理清洗、化学清洗和生物清洗(酶制剂等)。实践中,应当根据污染物的性质来选择合适的清洗方法闱。比如对于滤饼层污染的情形,采用空曝气、水力反冲、超声波清洗等物理清洗方法就可得到很好的清洗效果。对于一些较难清除的污染物可采用酸、碱或氧化剂等化学清洗方法;利用酶制剂、微生物制剂、生物表面面活性剂等对膜进行生物清洗是未来膜清洗技术的发展方向之一。【指出酶制剂能够有效地切断蛋白质和有机污染物的分子链,并且不会破坏膜的微孔结构和膜表面的润湿性:此外酶是一种环境友好的清洗剂,不会给工艺流程带来二次污染:发现蛋白水解酶对胞外聚合物引起的吸附性污染的清洗效果最为显著,能够百分之百恢复膜的透率。用微牛物清洗有

    18、机物污染的反渗透膜是一种有效的新方法。曹占平】利用硫酸盐还原菌()的作用将沉积在膜表面的有机垢进行降解。试验表明,接种厌氧菌 ,温度保持在,浸泡 ,可有效地去除有机垢的污染,膜的性能没有变化。由此可见,对不同的污染物应选择不同的清洗方法,必要时可采用联合清洗的方式,以达到最佳清洗效果。行过程中,曝气强度存在最优值,试验中适宜的曝气强度为 。王娜的试验表明,改进曝气方式的(膜出水时气水比为:,停止抽吸时气水比为:)中胞外聚合物()和浓度以及料液粘度都低于传统(采用气水比:连续曝气),减轻了膜污染降低了能耗。粕噼时间与水力停留时间在抽吸过程中,会发牛浓差极化现象,混合液中溶解性有机物由于膜的截留作

    19、用,会在膜表面沉积、浓缩,抽吸过程越长,泥水混合液在膜表面的积累程度越大;在停抽过程中,由于扩散作用,膜表面沉积的有机物也会脱离表面向反应器内扩散,加上曝气和水流的冲刷作用,污染物会从膜表面脱落,停抽时间越长,膜过滤性能的恢复也越大。杨小丽【通过实验,确定了临界膜通量为 ,抽吸、停抽时间分别、 ,很好抑制膜污染且运行费用最低还有人试验抽水停歇时间为期在停抽阶段最大程度恢复膜通量。 ,以对出水的、值有明显的影响,随着的减少,出水、值会升高,氨氮去处效果降低。张一鸣等【】用工艺处理石化废水。当为时,污泥质量浓度只能维持在 结语膜污染仍然是目前膜技术应用过程中需要克服的最大问题。膜污染决定了系统的整

    20、体能耗和膜组件的使用寿命,开发抗污染能力强、化学稳定性高、机械强度大的膜材料,优化控制方法及其节能降耗仍是未来研究的重点。随着材料科学、化工、计算机等技术的发展和进步,未来的技术将突破膜污染这个瓶颈,膜法水处理技术会有越来越广泛的应用空间。左右,未发挥的特点。当至 时虽然污泥质量浓度升高至 。左右,但由于过短,导致膜出水水质恶化,出水均值超过 ,故建议选取 左右的。对工艺进行合理的组合可以明显提高处理效妇【工艺果。周磊等研究了缺氧好氧工艺处理生活污水的特性,系统对总去除率平均为以上,氨氮总去除率为,磷的总去除率达到,并且通过曝气很好的控制了膜污染问题。邱光磊等嘲采用升流式厌氧污泥床膜生物反应器

    21、()组合工艺处理模拟黄连素废水,进水为 参考文献:【】土文才,韩炳强,曹兵,等臭氧引发接枝制各聚偏氟乙烯亲水膜【】膜科学与技术,():【赵埋帆,朱利、,徐又一,等高分子超微滤膜的亲水化改性:从化到离子化】功能材料, ():【】 , , ,氨氮质量浓度为 ,黄连素质量浓度为 【】 ,组合工艺可实现去除率分别为、,和以上。赵曙光对工艺长期运行效果进行研究,其出水氨氮低于 ,去除率达以上;平均去除率为,比普通工艺高左右。出水稳定在 以下,平均去除率以上,很好的降低了污染负荷抑制了膜污染。():【刘建超,张永刚,等浸没式中空纤维膜生物反应器的膜污染及防治对策【】膜科学与技术,():【】宋来洲,刘倩,赵晓丹,等改性聚偏氟乙烯膜的制备与表征【】高分子材料科学与上程, ,():】湛含辉,曹汀不同性能的双亲性纳米复合粒子改性聚偏氟乙烯超滤膜结构与性能的研究】功能材料, ,():】 , ,

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