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膜生物反应器膜污染影响因素的分析1 膜污染机理及模型表征1．1膜污染机理导致膜通量下降有很多因素，包括浓差极化、吸附、形成凝胶层、沉淀堵塞、形成滤饼、压实等.浓差极化是在浓度梯度的作用下，溶质由膜面向主体溶液扩散，使流体阻力和局部渗透压增加.浓差极化的作用是可逆的，可以通过降低料液的质量浓度，提高错流流速，加入紊流器等来去除.通常所说的膜污染是指在运行过程中,细胞混合液中的微生物菌群及其代谢产物、固体颗粒、胶体粒子、溶解性大分子由于与膜存在物理化学作用、机械作用而引起在膜表面或膜内孔吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞,使膜产生透过流量和分离特性的不可逆变化，由于研究者采用的模拟条件不同，对膜污染的机理认识也有所差异，因而也得到了多种不同的模型表征方式.1.2 膜污染的数学模型目前还没有一个可用于估算膜污染性质和程度的通用规则，一般认为表征膜过滤过程中污染阻力的经典模型为达西方程式中：J为膜通量（m3/（m2·d））；△p为膜两侧的压力差（Pa）；μ为滤液的黏度（Pa·s）；Rt为总阻力（m-1）；RM 为新膜阻力（m-1）；Rc为由沉积在膜面的泥饼层产生的泥饼阻力（m-1）；Rf为膜污染阻力（m-1）.根据达西公式，国内外的很多学者结合各自的膜污染实验建立了大量的数学模型，从不同的侧面揭示膜污染机理.早期的模型主要是将微生物絮体作为颗粒物考虑，物理堵塞的研究较多，如强化曝气，提高过滤错流速度等.但随着研究的深入，微生物在MBR膜污染的作用越来越引起人们注意，模型表征中考虑了生物因素的贡献，如Choo 等人于2000年研究了微生物有机负荷对膜污染的影响，建立了压力、通量与过滤阻力之间的数学模型[2]；Yonghun Lee等人在2002年建立了溶解性微生物产物（SMP）对膜污染影响的数学模型，此模型不仅能表现出水水质的情况,同时也说明了膜生物反应器中膜污染的特性。
2 膜污染的影响因素尽管目前在膜污染机制方面还没有达成共识，但对不同的具体环境下，研究者对膜污染影响因素进行了广泛探讨，可归纳为以下3方面：微生物特性，运行条件与膜的结构和性质2．1 微生物特性生物反应器中污泥质量浓度（MLSS）对膜通量有显著影响.Fane 等[4]早在1981年就报道膜污染与MLSS是成线性增长的关系，而后Shmizu等[5]研究中发现，通量的下降随膜污染的增加是成对数关系的[6].另一些研究者却认为污泥质量浓度本身并不影响过滤特性,真正的影响因素是污泥的特性、颗粒大小、表面电荷、所含微粒等.新近的研究发现微生物代谢产物包括胞外聚合物（EPS）和溶解性微生物产物（SMP）对膜污染有重要影响.EPS、SMP主要是微生物细胞分泌的黏性物质成分复杂，包括多糖、蛋白质、脂类、核酸等高分子物质.一些学者认为EPS质量浓度与膜污染是成线性关系的，EPS 减少40％，滤饼的流体阻力也相应的减少40％.Wontae Lee等发现膜污染与蛋白质比例是成正比的，同时蛋白质的表面特性能影响微生物絮体的表面特性[7].近年来，以SMP为主要成分的溶解性物质对膜污染的影响越来越引起人们的重视.分置式膜-生物反应器中循环泵产生的剪切力对污泥絮体有较强的破坏作用，致使污泥絮体释放出大量的SMP等溶解性物质，从而增加了膜污染,形成了很大的膜过滤阻力.Wisniewski C等用微滤膜过滤城市污水处理厂的污泥，考察不同膜面流速下污泥粒径分布和溶解性物质浓度对膜污染的影响时，得出了溶解性物质引起的膜污染几乎构成了50%的膜过滤阻力[8].2．2 运行条件在一体式MBR中，曝气有两个作用：一是提供微生物所需的氧气；二是产生错流速率，去除至少是减少膜面的污泥层.Hong S P观察到在较高曝气量下产生的剪切力会加快污染物脱离膜运动的速度.并指出有临界曝气量存在，当超过它通量增加就不明显，而且太大的曝气量会提供过量的溶解氧，也不利于反硝化作用[6] .Ueda等报道降低曝气量可能会增加TMP作用，在短期运行中，降低曝气量可能会使初始通量恢复，但长期运行时，较低曝气量就会导致物质在膜面上的快速累积[9] .水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）都不是直接引起膜污染的因素，只是二者的变化会引起反应器内污泥特性的改变，从而对膜污染产生影响.通量是决定膜污染速率的最重要因素，由此将膜生物反应器通量划分为3个水动力学操作区：超临界区、临界区和次临界区.在临界区以下，膜污染速度较缓慢.Kaichang Yu等研究发现随着曝气强度的增大，气、水二相流的紊动性增大，进而使得临界通量也不断增大，这是延长微滤膜稳定运行时间的有效方法[10].2．3 膜的结构和性质膜的性质包括膜的材质，孔径大小，孔隙率，粗糙度，疏水性等，这些都会直接影响膜污染. 膜孔径对膜污染的影响与进水的颗粒大小有关，目前，大多数的MBR工艺采用0.1～0.4 μm的膜孔径，完全截留以微生物絮体为主的活性污泥.常采用的膜材料有陶瓷和聚合物，陶瓷膜具有很好的机械性能，寿命长，但由于其制造成本较高，工程中使用较多的是聚合物膜.膜材料的憎水性对膜污染有很重要的影响. Chang I S等比较了憎水性超滤膜和亲水性超滤膜，得出憎水性超滤膜膜面更容易吸附溶解性物质，表现出更大的污染趋势[11].对于疏水性膜，可以通过化学改性将其转变为亲水性膜，常用的化学改性的方法有接枝、共聚、交联等.Shoji等研究表明，膜表面粗糙度的增加使膜表面吸附污染物的可能性增加，但同时也增加了膜表面的挠动程度，阻碍了污染物在膜表面的沉积，因此粗糙度对膜通量的影响是两方面因素综合作用的结果.可通过在膜表面形成动态膜来改变膜表面粗糙度，从而改善膜污染.3 膜污染可控因素初探对一个具体的MBR装置而言，膜材料是确定的，微生物性能则会随运行状况的改变而改变，成为影响膜污染的重要因素，运行条件的控制要考虑到对微生物特性的影响.因此，本文采用小型模拟装置就微生物特性对膜污染的影响进行了考察.3．1 试验装置图2所示为淹没式膜生物反应器的小型的模拟装置，反应器体积10L，膜组件采用日本三菱公司的聚乙烯中空纤维膜，膜孔径为0.1μm，膜面积0.06 m2，膜通量为20 L/m2/h，采用透过膜压力（TMP）作为膜污染的指标，膜组件出口装有数字式压力表可以即时反应TMP 的变化，当TMP超过0.040 MPa时，停止运行对膜进行清洗操作，每个膜组件采用单独的曝气管产生向上的气泡冲刷膜表面以减轻膜污染，曝气强度可调，使膜A、B在相同的曝气强度下运行，曝气量0.1 m3/h.用来分别抽吸污泥混合液、膨胀污泥混合液、污泥混合液静沉上清液、上清液加三氯化铁混凝静沉后的上清液（见表1），考察污泥混合液中不同组分对膜污染的影响.为维持装置被过滤溶液浓度不变，膜出水除少量用于取样外，其余全部回流到过滤室中.表1 不同组分被过滤液的制备及特点类型制备及特点污泥混合液直接取自污泥培养的曝气室，MLSS为9 400 mg/L膨胀污泥混合液直接污泥培养的曝气室，MLSS为6 000 mg/L30 min静沉上清液污泥混合液30 min静沉液，含细小的絮体、溶解性大分子、小分子有机物、离子等，浊度13.5 ntu.混凝处理后的静沉上清液30 min静沉上清液按六联烧杯搅拌实验确定的混凝剂最佳投加量投加FeCl3后，静沉12 h后的上清液，主要成分是溶解性小分子物质、离子等，浊度1.5ntu，为防止胶体铁的生成滴加HCl, 调节pH 值为2.3．2 试验结果及分析用装置模拟淹没式膜生物反应器的运行条件，对不同组分的被过滤液进行了过滤，采用电镜观察新膜及污染膜表面，可以看到，膜污染后表面的微孔被污染物所覆盖（图3）.图4表明经过30分钟静沉的上清液对膜的污染速度比污泥混合液还要快，这说明污泥混合液中的微生物絮体被沉淀分离后并没有减缓膜污染.而对上清液进行混凝沉降处理后，则膜污染速度明显降低，可见溶解性微生物产物对膜污染有重要影响.值得注意的是膨胀的污泥混合液过滤过程中膜污染速度最快，观察其表面有大量黏性物质，判断为胞外聚合物，主要成分为多糖及蛋白质类物质.可见，在膜污染过程中，微生物代谢产物，EPS和SMP类物质，在膜污染过程中发挥了主要作用，而微生物的代谢状况和运行条件是密切相关的，目前国内外很多研究也发现，MBR 的负荷、固体停留时间（SRT）和水力停留时间(HRT)调控对膜污染有很大影响，这些参数实质上影响的是系统中的微生物特性，关于其具体作用机理还有待进一步的研究，但可以判断，MBR运行参数的控制将综合考虑微生物处理效果及对膜污染的影响.4 结论膜污染机理复杂，目前尚未完全清楚，国内外的研究认为膜污染的影响因素主要为微生物特性，运行条件与膜的结构和性质三方面.模拟试验表明胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物产物(SMP)对膜污染有重要影响，分析认为，可以通过该控制固体停留时间（SRT）、水力停留时间（HRT）、负荷来控制微生物特性，进而缓解膜污染.。
简述反渗透浓差极化的危害和消除措施在整个过程的反渗透膜分离,水分子通过膜界面的盐度增加,形成高厚层和浓度的给水形成浓度梯度,这个现象被称之为浓差极化膜。
浓差极化会对运行产生更多的有害和坏影响。
(1)由于高浓度的界面层,因此使渗透流量压力。
在渗透流量压力,会使原来的运行条件的水率在土地环境。
作为可能会有用到原水费规模,那么必要的给水压力,增加了进步的能源消费产品水。
(2)由于浓度的增加界面层,便于扩展物质降水增加偏见,造成污染膜的比例。
恢复性能经常洗脏东西,没返回关于土地膜性能。
(3)由于界面层的盐浓度的增加,而两侧的压力膜将增加,因此使得产品数量将增加海水通过不断。
(4)形成的浓度梯度,速度,验收必须使盐扩散从薄膜外观,但传播的胶体物质成千上万倍小于盐扩散率。
反渗透设备中浓度极化是薄膜外观胶体污染是因为紧张。
浓差极化的影响是盐水渗透流量压力增加,和反渗透流量压力是必须增加。
其他也可能引起一些困难的可溶性盐。
因此,絮凝剂在方必须链接在操作的盐水流动状态,以减少浓差极化的程度。
消除浓差极化的步伐?(1)严重根据膜制造商的计划方针指导系统。
(2)严格控制水通量的膜。
(3)严格控制录取率。
要求验收率对薄膜外观冲洗流速,卷式膜流量不小于0.1 m / s,外观的水通量的膜浓缩盐防止临界浓度,因为通常定义定量浓度极化因子β= 1.2。
计划和膜厚之间膜水电网是生长活性较强的絮凝剂流水平。
为处理溶质,由于膜使其不能通过部门和积累,被扣留在薄膜外观造成膜表现为主体,浓度梯度之间的解决方案,使溶质从薄膜外观,通过边界层,流扩散到身体。
消除浓差极化的另一个指标是絮凝剂增长强劲沟渠道流量、放电元件的涡卷式反渗透计划在厚水网计划被认为。
控制膜分离设备污染可以采取的措施
2020年8月7日
膜分离设备是工业领域常用的工艺系统，膜元件作为膜分离设备中的核心部件，日常维护保养需要重视起来，膜元件的性能直接关乎设备的运行情况，接下来我们就来一起了解一下如何控制膜分离设备污染，降低运行能耗。
膜分离设备污染通常体现在膜污染方面，膜污染一般分为两种，一种是由浓差极化导致的可逆污染，另一种是在高溶质浓度或低流速下在膜表面形成的凝胶层或沉积物和溶质与膜相互作用在膜孔内的吸附导致的膜孔的堵塞，这种情况下导致的渗透通量下降的污染是不可逆污染。
控制膜污染可以采取的措施：
1、对被污染的膜进行物理或化学性质的清洗。
2、可以对膜进行改性，如加入某种材料使之与料液的吸附性降低，或者改变膜材料，使之从疏水性变成亲水性的。
3、改变料液的性质，通过超滤微滤膜法、热处理、絮凝或吸附等预处理手段去除料液中的一些悬浮物或大分子等物质，从而减轻对膜的污染。
4、改变操作方式，如在管路内设置一些构件，加强料液的湍动程度。
膜分离设备是现如今应用比较宽泛且效果比较好的工艺设备，应用优质的膜分离设备并良好的运用，能够为企业带来更多的效益，助力企业升级。
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浓差极化会给卷式反渗透膜带来哪些危害？
卷式反渗透膜在工作过程中，液体分子通过膜元件后，膜表面的含盐量会逐渐增加，从而形成一个较高的浓水层，随着水流的流动，会形成较大的浓度梯度。
这种现象就是膜的浓差极化。
该现象会给卷式反渗透膜的应用带来一定的影响，接下来小编就带大家一起了解一下浓差极化会给卷式反渗透膜带来哪些危害。
由于卷式反渗透膜表面浓度高，因而相应的压力就会随之升高。
渗透压力升高之后，原来的运行条件发生变化，导致产水量下降，想要达到原定产水量，就需提高给水压力。
卷式反渗透膜元件界面浓度升高，易结垢的物质增加了沉淀的速度，加速了膜污染现象的发生，造成膜性能下降。
采取盐扩散脱离卷式反渗透膜表面方式应对形成的浓度梯度，但是胶体物质扩散要比盐分扩散速度慢数千倍，浓度极化是导致卷式反渗透膜元件交替污染的重要原因之一。
浓差极化会促使盐水的渗透压加大，从而导致卷式反渗透膜所需压力持续加大。
另外还有可能引起难溶盐在膜表面的析出。
定期对卷式反渗透膜进行清洗有效保护卷式反渗透膜性能格外重要，一个设计优良的反渗透设备会在正常运行的同时完成良好的自身清洗过程。
当然，管理人员也有必要了解卷式反渗透膜的日常清洗操
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作规程，规范操作，以确保卷式反渗透膜得到妥善维护，延长其使用寿命，为用户节约更多的成本投资。
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浓差极化：1.在膜分离过程中，料液中的溶剂在压力驱动下透过膜，溶质被截留，于是在膜与本体溶液界面区域浓度越来越高；2.在浓度梯度作用下，溶质由膜面向本体液液扩散，形成边界层，使流体阻力与局部渗透压增加，从而导致溶剂通量下降；3.当溶剂向膜面流动时，引起溶质向膜面流动速度与浓度梯度使溶质向本体溶液扩散速度达到平衡时，在膜面附近存在着一个稳定的浓度梯度区域、浓度极化边界层浓度极化不可干预、可逆转，膜污染不可逆膜污染：在膜过滤过程中，由于浓度差极化、大颗粒溶质的吸附和吸附层的聚合三种情况下，所导致的膜的通透流量与分离特性发生不可逆现象膜污染特点：膜通透量减少，透过膜的压力和膜两侧压力差减小，分离物的截留率减小浓差极化：是指在超滤过程中，由于水透过膜，因而在膜表面的溶质浓度增高形成梯度，在梯度作用下，溶质与水以相反方向扩散，在达到平衡状态时，膜表面形成一溶质浓度分布的边界层，它对水的透过起阻碍作用浓度极化的危害：1.使膜表面溶质浓度增大，渗透压增加，减小传质驱动力；当膜表面溶质浓度达到其饱和浓度时，便会在膜表面形成沉淀或凝胶层，增加透过阻力膜的分类按孔径大小：除菌，微滤膜；蛋白质，超滤膜；离子，纳滤膜、反渗透膜改善膜污染的方法：预防和控制膜污染1.预处理法，预先去除使膜性能发生变化的因素；2.采取错流操作并增加流器2.控制溶液温度、流速、流动状态、压力等 4.膜组件的清洗膜操作方式：死端操作，错流操作膜分离技术：在分子水平上，不同粒径的混合物在通过分离膜时实现选择性分离的技术，其实质是物质透过或被截留于膜的过程，类似于筛分过程，即依据膜孔径大小而达到物质分离的目的特点：物质在膜分离过程中不发生相变；具有浓缩和纯化双重功效，选择性较高；常温下进行，由压力驱动，特别适合热敏物质；分离装置简单，操作容易中性盐盐析法：蛋白质溶液加入中性盐后会压缩双电层，降低电位，即中性盐既会使蛋白质脱水，又会中和蛋白质所带的负电荷，使颗粒间的相互排斥力失去，而在布朗运动的互相碰撞下，蛋白质分子结合成凝聚物而沉淀析出β分级盐析法：在一定的离子强度下,改变溶液的pH值及温度,达到沉淀的目的Ks分级盐析法：在一定的 pH 值及温度条件下,改变盐的浓度(即离子强度)达到沉淀的目的盐析原理：1.蛋白质本身的稳定性；2.当中性盐达到一定浓度时，会破坏蛋白质的水化层和双电层，使变性失去排斥力，聚集而沉淀细胞破碎的方法：化学破碎、物理破碎、机械破碎、酶解破碎固体剪切方法、液体剪切法、超声波法、其他；非机械法（酶法溶胞、化学法、物理法、其他）低速离心，一般用离心速度，转速5000r/min高速离心（超速离心），以相对离心力表示g=颗粒所受离心力/地心引力悬浮法预处理的方法：加热法、调节悬浮液的pH值、凝聚和絮凝、加入反应剂凝聚：指在投加的化学物质作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成1mm大小块状凝聚体的过程。
浓差极化对反渗透膜过程的影响是什么?
由于反渗透膜对盐分的截留率很高，反渗透膜面上高浓度的盐分堆积必然造成难溶盐的饱和析出，加之难溶盐结晶成垢的清洗困难，反渗透膜过程不可以采用并流过滤运行模式，而只能采用错流过滤模式。
采用错流运行模式时，尽管大量的盐分随浓水排出系统，仍将在膜表面形成一定程度的高盐浓度层，即形成浓差极化现象。
图5.1.4所示曲线示出膜元件中浓差极化度与浓淡水流量比（即错流程度）之间的关系曲线。
当计及浓差极化现象时，反渗透膜的水通量与盐通量均受到膜表面盐浓度提高的影响而产生一定程度的变化。
届时，膜过程的透水通量与透盐通量将遵循以下规律
这里式（5.1.4）三式与式（5.1.3）两式的主要区别是增加了浓差极化系数β。
反渗透膜系统中，膜的盐透过率即透盐率SP可表示为∶
膜的脱盐率SR可表示为∶
盐通量Q s与水通量Q p之比即为产出淡水的含盐量C p∶
值得指出的是，式（5.1.3）与式（5.1.4）描述的是反渗透膜系统流程中某截面微元内盐通量与水通量的基本解析关系，而并非反映一个膜系统或一个膜元件的运行规律。
第一章水质与水质标准填空题：1、水的循环包括：和。
2、按水中杂质的尺寸，可以将杂质分为、、三种。
3、含磷物质存在形式：、、；溶解性的磷：、、；悬浮性的磷：。
4、按处理程度污水处理分为：、、。
5、污水的最终出路：、、。
6、城市污水：包括以下四部分、、、。
7、污水复用分：、。
8、有直接毒害作用的无机物：、、、、、。
9、生活饮用水的水质指标可分为、、、四类。
10、通常采用、、、等水质指标来表示水质耗氧有机物的含量。
名词解释：1、合流制2、分流制3、 BOD4、 COD5、 TOC6、 TOD7、总残渣、总固体或叫蒸发残渣8、水体富营养化 ( eutrophication ) 的定义9、水环境容量 10、水体自净问答题：1、污水中含氮物质的分类及相互转换2、什么是水体自净？为什么说溶解氧是河流自净中最有力的生态因素之一？3、在研究水体污染问题时，为什么除毒物外，还要考虑溶解氧和生化需氧量这两个问题？在进行水体自净的计算时，关于溶解氧一般是以夏季水体中不低于 4mg/L为根据的，但在北方严寒地区，对于溶解氧的要求往往提高，这是什么原因？4、进行水体污染的调查，主要应采取哪些步骤？5、什么是水体富营养化？富营养化有哪些危害？6、 BOD 的缺点、意义？7、什么是“水华”现象？8、什么是“ 赤潮” 现象？9、氧垂曲线的意义，使用时应主意哪些问题？10、写出氧垂曲线的公式，并图示说明什么是氧垂点。
11、河水：最旱年最旱月平均时流量（保证率 95% ）（水速为0.25m/s），生化需氧量第二章水的处理方法概论填空题：1、水处理按技术原理可分为和两大类。
2、按对氧的需求不同，将生物处理过程分为和两大类。
3、按反应器内的物料的形态可以分为和两大类；按反应器的操作情况可将反应器分为和两大类。
4、列举水的物理化学处理方法：、、、、。
（举出 5 种即可）名词解释：>1、间歇式反应器 2 、活塞流反应器 3 、恒流搅拌反应器 4 、过滤5、吸附 6 、氧化与还原 7 、水的好氧处理 8 、水的厌氧处理9、停留时间 10 、停留时间分布函数 11 、水处理工艺流程问答题：1、水处理工艺流程选择的出发点有哪些？如何确定一个合适的水处理工艺流程？2、举例说明废水处理的物理法、化学法和生物法三者之间的主要区别。
