垃圾渗滤液处理中膜污染研究
时间：2021-02-05 08:00:52 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：在垃圾渗滤液处理中，膜污染是影响膜系统运行效果的重要因素。对采用膜技术的垃圾渗滤液处理工程进行研究，从膜污染现象、产生原因等方面，探讨了膜污染的主要影响因素及防治措施。
关键词：垃圾渗滤液；膜污染；研究
目前，国内外广泛采用膜分离技术处理垃圾渗滤液，该技术以高效膜分离代替传统生物处理单元中的二沉池，以实现更好的固液分离效果，防止微生物特别是硝化细菌等增殖缓慢的微生物随出水流失，可以实现更好的处理效果。在垃圾渗滤液处理中，不可回避的一个影响膜系统运行效果的重要因素——膜污染。膜污染一直以来都是膜分离技术应用中的瓶颈，要让膜生物反应器能够长时间稳定运行，必须研究膜污染以及防治措施。
1 膜生物反应器污染现象
理论上，膜系统中活性污泥混合液的各种成分都是造成膜污染的物质来源，包括微生物菌群以及其代谢产物、垃圾渗滤液中的有机大分子、小分子、溶解性物质和固体颗粒。膜污染一般是用膜过滤过程中污染阻力来表征，根据达西方程：
其中，污染阻力是总阻力的一部分。从理论上讲，过滤阻力R包括清洁膜的固有阻力Rm、过滤过程中浓差极化阻力Rcp、凝胶层阻力Rg、堵塞阻力Rb和吸附阻力Ra，如图1所示。
在实际研究中，由于所选用膜和所过滤的料液特征不同，为了建立相应的模型，不同的研究者对除了膜固有阻力以外的其他各项有不同的理解和划分，并由此产生了对膜污染阻力的不同理解。膜内部污染是指固体物质在膜孔中堵塞和吸附；膜外部污染指固体物质通过物化作用与膜紧密结合所形成的沉积层；凝胶极化阻力只有在膜过滤过程进行中才得以体现。
2 膜污染的主要影响因素和污染物
膜污染的产生主要有两个原因：一是浓差极化。由于膜能截留某些溶质，被截留的组分在膜面处累积起来，使得靠近膜面处形成高浓层，这就是浓差极化层。该浓差极化层使水的渗透性降低，且因较高的渗透压进一步降低了渗透通量。另一种原因是溶质吸附和粒子沉积，即膜面的高浓度溶质会沉降而形成凝胶层的滤饼层；悬浮态的粒子迁移到膜表面而形成沉积物，造成膜孔堵塞。这种凝胶层和滤饼层降低了水力渗透性和渗透通量，并可形成长期且不可逆的污染。
膜对溶解性有机物的去除来自三方面：第一，通过膜孔本身的截留作用，即膜的筛滤作用对溶解性有机物的去除；第二，通过膜孔和膜表面的吸附作用对溶解性有机物的去除；第三，通过膜表面形成的沉积层或是吸附作用对溶解性有机物的去除。
（1）膜污染的主要影响因素
膜污染主要受到操作条件（如操作压力、供料速率等）、膜类型、料液性能等因素的影响。垃圾渗滤液处理中，影响膜污染的主要因素有：
①操作温度
温度上升，料液的粘度下降，扩散系数增加，降低了浓差极化的影响；但温度上升会使料液中某些组分的溶解度下降，使吸附污染增加，温度过高还会因蛋白质变性和破坏而加重膜的污染，所以温度的影响比较复杂。
②过滤中的料液流速和流型
当膜面料液的流速或剪切力大，即当料液湍流程度高时有利于降低浓差极化层和膜表面沉积层，使污染降低。
③溶质浓度
溶液中的有机溶质大部分都以胶体的形式存在，它与膜面的相互作用主要依靠范德华力以及双电层作用，即使溶液中大分子物质的浓度很低时，膜面也可形成足够的吸附，形成膜污染，使膜通量下降。无机溶质的浓度也会对污染造成较大影响，溶解性盐可在膜面沉积从而造成无机垢污染。
④溶液pH值
溶液pH值的变化会影响溶质的荷电情况，从而影响溶质和膜面间的静电作用，也就会对膜污染产生影响。
（2）膜污染的主要污染物组成
膜污染是由于被截留的颗粒、胶粒、乳浊液、悬浮物、大分子和盐等在膜表面或膜内的不可逆沉积，这种沉积包括吸附、堵孔、沉淀以及形成滤饼等。污染的程度主要取决于具体的分离过程和所用膜的类型，污染物可大致分成3类：
①有机沉淀，包括大分子、生物物质等；
②无机沉淀，包括金属氢氯化物、钙盐等；
③悬浮颗粒。
3 膜污染的防治措施
由于膜污染机理复杂，对于减少污染的方法也要具体问题具体分析，在实际运用过程中，膜污染的主要防治措施有：
（1）对料液进行预处理，如调节pH值、加入阻垢剂、预超滤等处理方法。最常应用的是加入阻垢剂实现预处理，对阻垢剂的作用机理有以下几种说法：①阻垢剂与已经析出晶核上的生长点上的阳离子相结合，抑制了晶体的继续生长；②晶体在生长过程中，由于吸附的药剂电荷和水合水的影响，析出的颗粒在水中具有容易分散的特点，使带有电荷的颗粒难以在滞流层中沉积；③聚丁烯酸、聚丙烯酸一端的羧基与胶体相结合，另一端的羧基与水相结合，可以将胶体分散在水中；④非氧化性杀菌药剂抑制微生物的生长。
（2）改变运行操作条件。通过提高传质系数（高流速）和使用较低通量的膜可以减少浓差极化。
（3）对膜进行清洗。上述两种防治措施在一定程度上可以减缓膜污染，但在实际运用中，当膜通量降低到一定水平时，总要采用适当的清洗方法。清洗方法主要有：水力清洗、机械清洗、化学清洗和电清洗。最常用的是水力清洗和化学清洗。水力清洗主要是反冲洗，即以一定的频率交替加压、减压和改变流向，水力清洗会把膜表面上的一部分滤饼冲洗掉，但是有些吸附在膜表面的物质却不会被洗掉，这时有必要对膜进行化学清洗。化学清洗是减少污染的最重要的方法，但是会产生二次污染。主要的化学清洗剂有：酸、碱、洗涤剂、酶、配合剂、消毒剂等，清洗剂的选择需根据膜的具体性能去选择。
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