超濾膜污染的原因及酚類

A. 為什麼採用微錯流方式工作的超濾膜可以一定程度降低膜污染

1、概述
通常所說的膜污染是指在MBR運行過程中，細胞混合液中的微生物菌群及其代謝產物、固體顆粒、膠體粒子、溶解性大分子等由於與膜存在物理化學作用、機械作用而引起在膜表面或膜內孔吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產生透過流量和分離特性的不可逆變化的現象[1]。
膜污染根據污染物與膜的作用性質和來源可分為物理污染、化學污染、微生物污染三種。物理污染指原水中的大顆粒無機物（如常見的碳酸鈣和硫酸鈣，還有硫酸鋇、鍶及硅酸等結垢性物質）和部分難降解的大分子有機物、未溶解的蛋白顆粒等在膜表面沉積而形成濾餅的可逆性膜污染；化學污染指細菌胞外聚合物EPS、溶解性有機物及蛋白、多糖類粘性物溶解形成的微細膠體等物質在膜表面與膜發生了不可逆的相互作用而形成的無法消除的膜孔變小和堵塞；微生物污染是由微生物及其代謝產物組成的粘泥（腐殖質、聚糖脂、微生物代謝產物）分層附著於膜表面，易造成膜不可逆阻塞的污染[3]。
從形態上對膜污染進行分類，使我們能更好地理解膜污染形成的空間層次。通常，膜污染從形成的形態上分為膜面凝膠層、污泥層和膜孔堵塞三種污染類型。膜面凝膠層污染（即濾餅），主要是水透過後被載留下來的部分活性污泥、膠體物質和部分濃縮的溶解性有機物，在過濾壓差和透過水流的作用下，堆積在膜表面而形成的可逆性膜面污染。這類污染在閉端膜過濾中佔有很大的比重（約80%~90%），且發展迅速，是膜污染水力控制的主要對象。污泥層污染是由膜表面滋生的大量的微生物及其代謝產物組成的粘泥（粘性多糖類、多肽類和蛋白質分子等），在過濾膜表面形成的一層生物膜而造成膜通量減小的污染。膜孔堵塞污染主要是溶解性大分子有機物質（多為低分子量的肽類），如溶解性微生物產物(SMP)和胞外聚合物(EPS)透過凝膠層，被膜孔內表面吸附或結晶，從而堵塞孔道，使膜通量減少的一種不可逆污染，此類污染一般發展較為緩慢。一般來說，膜污染是由上述三種形態共同構成的，膜表面污泥層的沉積，凝膠層的增厚和膜內表面微生物的滋生是膜污染的主要原因，其中污泥沉積是膜污染的主要構成部分，而污泥顆料在膜表面沉積與否，與膜面液體錯流流速、膜通量和污泥濃度等MBR運行條件密切相關。
2、膜污染的影響因素
盡管目前在膜污染機制方面還沒有達成共識，但對不同的具體環境下膜污染影響因素可歸納為以下3個方面：微生物特性、運行條件與膜自身的結構性質，如圖1-3所示，這些都會直接影響膜污染。

圖1-3 膜污染影響因素
Fig.1-3 Influencing factor of membrane fouling
2.1微生物特性
生物反應器中污泥質量濃度(MLSS)對膜通量有顯著影響。Fane等[2]早在1981年就報道膜污染與MLSS呈線性增長的關系，而後Shmizu等[23]研究發現，通量的下降同MLSS 的增加呈對數關系的。另一些研究者卻認為污泥質量濃度本身並不影響過濾特性，真正的影響因素是污泥的特性、顆粒大小、表面電荷等[1]。
新近的研究發現微生物代謝產物包括胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物產物(SMP)對膜污染有重要影響。EPS和SMP主要是微生物細胞分泌的黏性物質，成分復雜，包括多糖、蛋白質、脂類、核酸等高分子物質。一些學者認為EPS質量濃度與膜污染呈線性關系的，EPS減少40%，濾餅的流體阻力也相應地減少40%。WontaeLee等發現膜污染與蛋白質比例呈正比，同時蛋白質的表面特性能影響微生物絮體的表面特性[4]。近年來，以SMP為主要成分的溶解性物質對膜污染的影響越來越引起人們的重視。分置式膜-生物反應器中，循環泵產生的剪切力對污泥絮體有較強的破壞作用，致使污泥絮體釋放出大量的SMP等溶解性物質，從而增加了膜污染，形成了很大的膜過濾阻力。Wisniewski C等用微濾膜過濾城市污水處理廠的污泥，考察不同膜面流速下污泥粒徑分布和溶解性物質對膜污染的影響時，得出了溶解性物質引起的膜污染幾乎構成了50%的膜過濾阻力[5]。
2.2運行條件
在一體式MBR中，曝氣有兩個作用：一是提供微生物所需的氧氣，二是產生錯流速率,減少膜面污泥層的形成。Hong S.P觀察到在較高曝氣量下產生的剪切力會加快污染物脫離膜的運動速度，並指出有臨界曝氣量存在。當超過它時，通量增加就不明顯，而且太大的曝氣量會提供過量的溶解氧，不利於反硝化作用[6]。Ueda等報道降低曝氣量可能會增加膜過濾壓差（TMP）作用，在短期運行中，降低曝氣量可能會使初始通量恢復，但長期運行時，較低曝氣量會導致混合液污染物質在膜面上的快速累積[7]。水力停留時間（HRT）和污泥停留時間（SRT）都不是直接引起膜污染的因素，只是二者的變化會引起反應器內污泥特性的改變，從而間接的對膜污染產生影響。
間歇出水可以有效地減少污染物在膜表面的沉積，在反應器的空曝氣階段，由於對料液的抽吸作用消失，膜表面的污染物質向主體料液中的反向運動佔主導因素，氣液兩相流可以將已經沉積在膜表面的污染物質剪切下來，從很大程度上改善膜污染狀況。空曝氣時間越長，緩解膜污染的效果越好，但這樣會引起膜利用率的下降和運行費用的升高，因此必須根據具體的情況綜合考慮經濟性的因素確定最佳的出水和空曝氣的時間比。
2.3膜的結構和性質
膜的性質包括膜的材質、孔徑大小、孔隙率、粗糙度、疏水性等，這些都會直接影響膜污染。膜孔徑對膜污染的影響與進水的顆粒大小有關，目前大多數的MBR工藝採用011~014μm的膜孔徑，完全截留以微生物絮體為主的活性污泥。Shimizu等研究了膜生物反應器中膜孔分布在0.01~1.6μm 的一系列膜的過濾性能，結果表明孔徑分布在 0.05~0.2μm的膜具有最大的通量[8]。常採用的膜材料有陶瓷和聚合物，陶瓷膜機械性能好，壽命長，由於製造成本較高，工程中使用較多的是聚合物膜。Choo等研究結果表明在同樣運行條件下，聚偏氟乙烯膜的污染趨勢明顯小於聚碸膜、纖維素膜，而且膜孔徑在0.1μm附近時混合液對膜的污染趨勢最小[9]。膜材料的憎水性對膜污染有很重要的影響，ChangI S等比較了憎水性超濾膜和親水性超濾膜，得出憎水性超濾膜膜面更容易吸附溶解性物質，表現出更大的污染趨勢[10]。
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，但同時也增加了膜表面的擾動程度，阻礙了污染物在膜表面的沉積。因此，粗糙度對膜通量的影響是兩方面因素綜合作用的結果，可通過在膜表面形成動態膜來減小膜表面粗糙度，從而改善膜污染。
3、膜污染的控制方法
根據上文所提到的膜污染影響因素，目前國內外膜污染控制方法的研究主要從以下幾個方面入手:
3.1 改善混合液特性
一方面，可以在工藝中增加相應的預處理組件，如預過濾去除膠體、固體懸浮物及鐵銹等或改變溶液pH值等，以除去一些能與膜相互作用的溶質。另一方面，改善影響膜污染的污泥特性參數MLSS的可濾性和控制MLSS的濃度。改善MLSS的可濾性可以在混合液中投加絮凝劑如PAC，不僅可使混合液內的COD迅速降低，減輕膜的負擔；還有助於污泥絮體相互聚集而形成體積更大、強度更高、黏性更小的污泥絮體，從而有效的減小EPS含量，提高混合液的可濾性、改善泥水分離性能、減緩濾餅層的形成。羅虹、顧平等[11]在投加粉末活性炭對膜阻力的影響研究中表明粉末活性炭具有改善混合液的性質和膜表面泥餅層結構的作用，投加粉末活性炭是提高和維持膜通量的有效途徑，並且可以降低運行費用。趙英、於丹丹等[12]在PAC投加量對MBR混合液性質及膜污染的影響中1g/L的PAC投加量足以改善混合液性質和減緩膜污染速率，投加量2g/L時反而回引起不可逆污染，加劇膜污染。目前有關活性炭粒徑大小對膜污染的影響的報道比較少，有待進一步研究。
較高的污泥濃度可提高生物反應器的容積負荷，但混合液中過多的固體物質和溶解性代謝產物(SMP)容易在膜表面沉積，導致過濾阻力增加和膜通透量降低。相反，當污泥濃度太低時，微生物對SMP的吸附和降解能力減弱，使得混合液中的SMP濃度增加，從而容易被膜表面吸附形成凝膠層，導致過濾阻力增加，膜通量下降。張軍[13]等研究表明,復合型MBR能維持較低的懸浮生物量濃度且保證高生物總量,從而有效地減緩膜過濾阻力的上升和膜堵塞.
生物強化技術(Bioaugmentation)又稱生物增強技術，是通過向廢水處理系統中投加篩選的優勢菌種和基因重組合成的高效菌種，以強化原處理系統中生物反應的能力，達到對某一種和某一類有害物質的去除或某方面性能的優化目的，龐金釗等[14]在用MBR處理洗車廢水過程中發現難降解有機物在反應器內累積，混合液的COD比進水COD高幾倍，投加優勢菌種來實現對難降解物的去除，能夠有效減輕膜截留形成的膜污染。生物強化技術不僅可以促進對目標物的降解而且某些特定菌的投加還能抑制絲狀菌膨脹，降低污泥產量和污泥黏度。投加EPS黏性小的優勢菌，可以減緩膜污染。
3.2 優化膜生物反應器的運行條件
控制合理的曝氣強度和抽吸時間可以有效地減少顆粒物質在膜面的沉積，減緩膜污染。膜面沉積層的去除效率可以通過提高空氣流率或曝氣強度來提高，而空氣流率對沉積層的去除效率又受到流速標准差的影響，亦即空氣流的紊流程度的影響[15]。通常曝氣強度越大，膜面流速越高，但N.Devereux[16]等發現，膜面流速的增加使得膜表面污泥層變薄，有可能造成不可逆污染，因此控制合理的曝氣強度可以有效的減緩膜污染。如果膜面沉積較嚴重，應該停止出水進行空曝，空曝是去除膜面沉積層的有效方法之一。除了控制合理的曝氣強度外還包括錯流過濾、定期的反沖或反吹和控制混合液的溫度等措施。Magra和Itoh的實驗結果表明，溫度的變化會引起污水粘度的變化，溫度升高1℃可以使膜的通水量增加2%，但升高溫度會直接影響膜本身的壽命，同時對微生物的生長也產生影響，因此如果情況允許，膜生物反應器應盡量在常溫下運行[6]。
3.3 膜材料的選擇
膜的親疏水性、荷電性會影響到膜與溶質間的相互作用大小，通常應選用孔徑適合，孔隙率高，帶有負電，親水性的膜，自然憎水性的膜要進行膜面改性。膜面改性是在膜表面引入親水基團，或用復合膜手段復合一層親水性分離層，或用陰極噴鍍法在膜表面鍍一層碳[17]。J.Pieracci等研究表明，改性後的膜可以增加 25%的膜通量，減少 49%的生物污染[18]。目前，膜面改性和形成動態膜的防治技術應值得注意。
3.4 膜的清洗
盡管採用合理的設計、操作等措施減緩膜污染，但長期使用後膜表面還可能產生沉積和結垢，使膜孔堵塞，膜出水量下降，因此對污染膜進行定期的清洗是必要的。常用的方法有物理清洗、化學清洗、超聲波清洗以及上述方法的綜合技術。物理清洗的方法主要有空曝氣、高流速水沖洗、海綿球機械擦洗、反沖洗、反向脈沖和電泳等。化學清洗主要是酸洗和鹼洗，酸類清洗劑（常用濃硫酸和鹽酸等）可以溶解並去除礦物質和鹽類，而鹼洗（常用次氯酸鈉和氫氧化鈉等）可以有效地去除蛋白質等有機污染物及膜內微生物，一般兩者結合使用效果更好。超聲波能夠在清洗溶液中形成極大的擾動，並伴有強大的沖擊波和微射流，能與污染膜充分接觸和作用，較常規的物理清洗方法更好，能夠使膜通量恢復54%[19]，與超聲波結合的化學清洗效果一般要優於常規化學清洗。採用曝氣清洗、超聲波清洗、NaClO鹼洗、HCl酸洗可有效地使污染膜的通量恢復。黃霞等[20]對污染膜進行物理和化學清洗試驗表明，常規物理清洗可使濾餅層大部分脫落，但對膜過濾性能的恢復效果較差，鹼洗對膜過濾性能的恢復作用顯著，這表明有機污染對膜阻力的貢獻最大。
3.5 其他
在膜過濾設計中，還應注意減少設備結構中的水流死角，以防止滯留物在此變質，擴大膜污染。為防止污泥在中空纖維絲間淤積，中空纖維膜應製成平板狀(而不是成束設計)，然後組裝成矩形，且底部曝氣(兼有氣水劇烈沖刷膜表面的作用)，這些都可有效地防止膜污染，延長膜的清洗周期[6]。如果膜長期停止使用(5d以上)，在保養時需用0.5%甲醛溶液浸泡，膜的保養原則是保持膜的濕潤並針對膜的種類採取不同的方法，如聚碸中空纖維膜須在濕態下保存，並以防腐劑浸泡。
在水資源日益短缺的今天，膜生物反應器作為一種新型的廢水處理技術，特別是在污水資源化的進程中，倍受國內外的普遍關注。但是膜污染仍然是影響膜生物反應器大范圍推廣的主要障礙之一，因此研究膜污染，研發抗污染的膜生物反應器是目前急需的。相信隨著膜污染機理及防治方面研究的不斷深入，膜質量的提高，膜污染控制方法的不斷完善，膜生物反應器將會更好地應用和推廣。
目前，有關投加粉末活性炭控制膜污染的研究和報道較多，但投加顆粒活性炭以及活性炭的投加量的文獻很少，本課題重點研究活性炭粒徑大小及投加量對減緩膜污染的影響，具有很強的實用意義，對控制膜污染、促進膜生物反應器的實際應用起到較重要的作用。

B. 超濾膜的常見污染是什麼清洗方法是什麼

超濾膜的清洗，又可分為物理清洗法和化學清洗法兩種。

一、物理清洗法：

在這方面用的最多最普遍的就是水力沖洗法。它又可因水力沖洗方向的不同，分為逆向沖洗、反沖洗和正洗沖洗。

酸性清洗劑常用的有0.1N鹽酸溶液，0.1M草酸溶液，1～3%檸檬酸、檸檬酸胺、EDTA等。這類清洗劑在去除鈣離子、鎂離子、氟離子等金屬離子及其氫氧化物，無機鹽凝膠層是較為有效的。

鹼性清洗劑主要是0.1～0.5%的NaOH水溶液。它對去除蛋白質，油脂類的污染具有良好的效果。

氧化性清洗劑如1～1.5%雙氧水、0.5～1%NaOCl、0.05～0.1%疊氮酸鈉等，對去除有機物質的污染有顯著效果。

生物酶制劑如1%胃蛋白酶、胰蛋白酶等，對去除蛋白質、多糖、油脂類的污染是有效的。對去除有機物污染也有一定效果。應用酶清洗劑時，如能在55～60℃下進行清洗效果更佳。清洗時間的長短與酶濃度的高低有關。

超濾膜在特定條件下採用化學清洗方法雖是必要，但使用時須慎重。要避免化學清洗劑破壞膜的分離性能；不能使污染物發生變形，加重膜的污染；不應破壞污染物的膠體性質，使它變硬僵化。在食品工業，醫葯工業生產中，不能讓清洗劑的殘留物影響產品質量等。

C. 影響超濾膜運行的因素有哪些

溫度對產水量的影響：

溫度對超濾膜系統的水分子的活性增強，粘滯性減小，故產水量增加。反之則產水量減少，因此即使是同一超濾膜系統在冬天和夏天的產水量的差異也是很大的，溫度與產水量的關系是成正比的。一般在允許的溫度條件下，溫度系統約為0.0215/1°C，即溫度每上升一度，則相應的產水量增加2.15%，因此可以使用調節水溫的方法來實現超濾系統的產水量的穩定一致。

水質變化：

一方面，進水水質經由10μ過濾後，保證濁度小於1NTV，濃度不大於百分之五，且水溫應在5至40攝氏度之間，壓力應不大於0.2MPa，在此基礎上，保證進水回收率在80%以上，酸鹼度為2至13之間。另一方面，水質異常也是影響超濾出水量的重要條件，包括在雨季，原水中所蘊含的顆粒物、懸浮物會增多，使濁度達不到相關要求。加之進水的主要來源是地表水，所蘊含的有機物較多，在壓力不均衡和連接不緊密的情況下會混入一定質量的生水，被截留於超濾膜表面，致使定期的清潔難以維持，直接導致超濾出水量降低。

操作壓力對產水量的影響：

在低壓時超濾膜的產水量與壓力成正比關系，即產水量隨著壓力升高而升高，但當壓力值超過0.3mpa時，即使壓力再升高，其產水量的增加也很小，主要是由於在高壓下超濾膜被壓密而增加透水阻力所致，因此在超濾系統設計應注意；

超濾過程：

原水在管道內或管道外流動，小分子溶質及溶劑穿過膜逐漸形成超濾液，並降低濃度，成為濃縮液，從而實現小分子溶質和溶劑分離和濃縮。超濾過程具有動態性，且膜不易堵塞，但會隨著運行時間的增加，產生吸附作用，使超濾膜表面形成殘渣等物質。因此，超濾的各項特徵是保證出水量的必要條件。

進水渾濁度對產水量的影響：

進水濁度越大時，超濾膜受到影響的產水量越少，而且進水濁度大更易引起超濾膜的堵塞，在確定超濾膜產生量時也應考慮進水濁度的影響，一般可採用以下方法降低濁度的影響；

A、 增加前級預處理降低原水濁度；

B、 使用錯流過濾方式，並降低系統回收率；

流速對產水量的影響：

流速的變化對產水量的影響雖不像溫度和壓力那樣明顯，流速過大時反而會導致膜組件的產水量下降，這主要是因為由於流速加快增加了組件壓力損失而造成的，因此在設計超濾系統流速時，一定要控制在給定的流速范圍內，流速太慢影響超濾分離質量，容易形成濃差極化，太快則影響產水量。

D. 超濾膜破損的原因

一般跟紡出的效果有關。不知道你是那種情的破損。那個階段破損了？
紡絲過程中，參數控制不好；制模過程中，操作不當，還有就是保存不好等等都是有可能的

E. 造成凈水器超濾膜污染和堵塞的原因有哪些

您好，導來致凈水器超濾膜源污染和堵塞一般情況下是因為使用時間過長或者是水中的雜質過多光靠一個凈水器超濾膜凈化不夠，主要是根據您所在地區的水質特點而定。建議您勤換濾芯或者選購根據水質定製的多層級過濾的凈水器。純屬個人建議，希望對您有所幫助！

F. 超濾膜在飲用凈水領域遇到的問題如何解決

這樣的過濾膜在飲用凈水領域的問題，想要更好的解決，必須要找專業的人士來進行專業的處理，才能更好的規范性進行操作。

G. 超濾膜產不出水咋回事

超濾膜不出水，有太多種情況和原因，大致給您講解，希望能採納：
1、使用了一段時間的情況：超濾系統已經運行1年以上，突然超濾膜產水口不產水，或者產水非常的小，這種情況非常多。產生這個問題的原因有幾點：
a、進水超濾的水質，和原設計的不一樣，濁度，SS都比設計的時候升高，導致了膜污染堵塞。
b、超濾系統，的自動控制系統有問題，超濾膜的污染是不可逆的，如果系統的反洗壓力，水量都不夠，膜反洗效果不好，時間長了，膜內污染物升高之後，就會導致膜不產水，或者產水水質有問題。
c、膜運行的一直沒有進行化學清洗，我估計您 的系統就沒有進行化學清洗，當膜的跨膜壓差達到0.1MPa時，或者產水量下降20%的時候要化學清洗膜系統。
d、檢查超濾膜預處理，預處理失效了，原水直接進入超濾膜系統就會導致，系統不產水。
2、新產品不產水的情況，這種情況也會有，但比較少，檢查產水閥門，進水煩閥門是否正常開啟
膜組件產水口的擋片是否拆掉了。如果都檢查，那就找你的供應商來解決。

H. 超濾過濾膜堵了怎麼辦

超濾過濾膜堵了怎麼辦？

1、確定清洗時間

為了使清洗工作取得好效果，膜元件必須在產內生大量污垢前進行清容洗。

2、確定污垢類型

在清洗之前確定膜表面污垢類型是非常重要的。進行污垢類型確定方法是對SDI測試膜片上所收集的殘留物進行化學分析，以確定污染物主要類型，以便進行針對性化學清洗。

3、根據污染物選擇清洗方式

確定膜表面污染物，選擇正確清洗程序。

酸性清洗：常用酸洗葯劑主要有鹽酸、硝酸檸檬酸、草酸等。配製酸洗液的PH也因膜材質的不同而不同。酸性清洗對於去除膜表面無機結垢污染效果較好。

鹼性清洗：常用鹼性清洗葯劑有氫氧化鈉、次氯酸鈉和碳酸鈉等，配製鹼洗液的PH也因膜材質的不同而不同。鹼性清洗對於去除膜表面的有機污染與油脂效果顯著。

超濾膜在使用過程中一定要按照標准進行合理的維護保養，避免膜元件堵塞現象頻繁發生，有效延長膜元件的使用壽命。

I. 陶氏超濾膜的使用應該注意什麼

陶氏超濾膜重要說明：
為保證膜的正常使用以及避免發生損壞，應正確啟動UF系統。而且遵守正確的啟動程序，可以保證系統運行參數符合設計規范，從而達到系統水質量和產量目標。在啟動系統之前，應進行膜預處理、膜組件安裝、儀表校準及其它系統檢查。
陶氏超濾膜操作指南：
在啟動、關閉、清洗或其它過程中應避免發生突然的壓力變化，防止對膜造成損壞。在啟動前應沖洗UF系統，去除運輸保護液。在啟動前應排除系統中殘留的空氣。應手動啟動設備。在試運行過程中，將產水量設定為設計流量的60%。初期運行獲得的產水應視具體應用而考慮棄量不用，詳情請參考產品技術手冊。
陶氏通用信息：
若不嚴格遵守本說明中有關操作的規定，則產品有限質保將無效。在系統停運期間，建議在膜組件中注入保護液，以防止系統中微生物滋生。

J. 超濾膜過濾的原理是

超濾超濾是復一種與膜孔徑大小制相關的篩分過程，以膜兩側的壓力差為驅動力，以超濾膜為過濾介質，在一定的壓力下，當原液流過膜表面時，超濾膜表面密布的許多細小的微孔只允許水及小分子物質通過而成為透過液，而原液中體積大於膜表面微孔徑的物質則被截留在膜的進液側，成為濃縮液，因而實現對原液的的凈化、分離和濃縮的目的。參見下圖。