超滤膜污染的原因及酚类

A. 为什么采用微错流方式工作的超滤膜可以一定程度降低膜污染

1、概述
通常所说的膜污染是指在MBR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、溶解性大分子等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的现象[1]。
膜污染根据污染物与膜的作用性质和来源可分为物理污染、化学污染、微生物污染三种。物理污染指原水中的大颗粒无机物（如常见的碳酸钙和硫酸钙，还有硫酸钡、锶及硅酸等结垢性物质）和部分难降解的大分子有机物、未溶解的蛋白颗粒等在膜表面沉积而形成滤饼的可逆性膜污染；化学污染指细菌胞外聚合物EPS、溶解性有机物及蛋白、多糖类粘性物溶解形成的微细胶体等物质在膜表面与膜发生了不可逆的相互作用而形成的无法消除的膜孔变小和堵塞；微生物污染是由微生物及其代谢产物组成的粘泥（腐殖质、聚糖脂、微生物代谢产物）分层附着于膜表面，易造成膜不可逆阻塞的污染[3]。
从形态上对膜污染进行分类，使我们能更好地理解膜污染形成的空间层次。通常，膜污染从形成的形态上分为膜面凝胶层、污泥层和膜孔堵塞三种污染类型。膜面凝胶层污染（即滤饼），主要是水透过后被载留下来的部分活性污泥、胶体物质和部分浓缩的溶解性有机物，在过滤压差和透过水流的作用下，堆积在膜表面而形成的可逆性膜面污染。这类污染在闭端膜过滤中占有很大的比重（约80%~90%），且发展迅速，是膜污染水力控制的主要对象。污泥层污染是由膜表面滋生的大量的微生物及其代谢产物组成的粘泥（粘性多糖类、多肽类和蛋白质分子等），在过滤膜表面形成的一层生物膜而造成膜通量减小的污染。膜孔堵塞污染主要是溶解性大分子有机物质（多为低分子量的肽类），如溶解性微生物产物(SMP)和胞外聚合物(EPS)透过凝胶层，被膜孔内表面吸附或结晶，从而堵塞孔道，使膜通量减少的一种不可逆污染，此类污染一般发展较为缓慢。一般来说，膜污染是由上述三种形态共同构成的，膜表面污泥层的沉积，凝胶层的增厚和膜内表面微生物的滋生是膜污染的主要原因，其中污泥沉积是膜污染的主要构成部分，而污泥颗料在膜表面沉积与否，与膜面液体错流流速、膜通量和污泥浓度等MBR运行条件密切相关。
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膜污染影响因素可归纳为以下3个方面：微生物特性、运行条件与膜自身的结构性质，如图1-3所示，这些都会直接影响膜污染。

图1-3 膜污染影响因素
Fig.1-3 Influencing factor of membrane fouling
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[2]早在1981年就报道膜污染与MLSS呈线性增长的关系，而后Shmizu等[23]研究发现，通量的下降同MLSS 的增加呈对数关系的。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、表面电荷等[1]。
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和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质量浓度与膜污染呈线性关系的，EPS减少40%，滤饼的流体阻力也相应地减少40%。WontaeLee等发现膜污染与蛋白质比例呈正比，同时蛋白质的表面特性能影响微生物絮体的表面特性[4]。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[5]。
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,减少膜面污泥层的形成。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的运动速度，并指出有临界曝气量存在。当超过它时，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，不利于反硝化作用[6]。Ueda等报道降低曝气量可能会增加膜过滤压差（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，较低曝气量会导致混合液污染物质在膜面上的快速累积[7]。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，从而间接的对膜污染产生影响。
间歇出水可以有效地减少污染物在膜表面的沉积，在反应器的空曝气阶段，由于对料液的抽吸作用消失，膜表面的污染物质向主体料液中的反向运动占主导因素，气液两相流可以将已经沉积在膜表面的污染物质剪切下来，从很大程度上改善膜污染状况。空曝气时间越长，缓解膜污染的效果越好，但这样会引起膜利用率的下降和运行费用的升高，因此必须根据具体的情况综合考虑经济性的因素确定最佳的出水和空曝气的时间比。
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011~014μm的膜孔径，完全截留以微生物絮体为主的活性污泥。Shimizu等研究了膜生物反应器中膜孔分布在0.01~1.6μm 的一系列膜的过滤性能，结果表明孔径分布在 0.05~0.2μm的膜具有最大的通量[8]。常采用的膜材料有陶瓷和聚合物，陶瓷膜机械性能好，寿命长，由于制造成本较高，工程中使用较多的是聚合物膜。Choo等研究结果表明在同样运行条件下，聚偏氟乙烯膜的污染趋势明显小于聚砜膜、纤维素膜，而且膜孔径在0.1μm附近时混合液对膜的污染趋势最小[9]。膜材料的憎水性对膜污染有很重要的影响，ChangI 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[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，但同时也增加了膜表面的扰动程度，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减小膜表面粗糙度，从而改善膜污染。
3、膜污染的控制方法
根据上文所提到的膜污染影响因素，目前国内外膜污染控制方法的研究主要从以下几个方面入手:
3.1 改善混合液特性
一方面，可以在工艺中增加相应的预处理组件，如预过滤去除胶体、固体悬浮物及铁锈等或改变溶液pH值等，以除去一些能与膜相互作用的溶质。另一方面，改善影响膜污染的污泥特性参数MLSS的可滤性和控制MLSS的浓度。改善MLSS的可滤性可以在混合液中投加絮凝剂如PAC，不仅可使混合液内的COD迅速降低，减轻膜的负担；还有助于污泥絮体相互聚集而形成体积更大、强度更高、黏性更小的污泥絮体，从而有效的减小EPS含量，提高混合液的可滤性、改善泥水分离性能、减缓滤饼层的形成。罗虹、顾平等[11]在投加粉末活性炭对膜阻力的影响研究中表明粉末活性炭具有改善混合液的性质和膜表面泥饼层结构的作用，投加粉末活性炭是提高和维持膜通量的有效途径，并且可以降低运行费用。赵英、于丹丹等[12]在PAC投加量对MBR混合液性质及膜污染的影响中1g/L的PAC投加量足以改善混合液性质和减缓膜污染速率，投加量2g/L时反而回引起不可逆污染，加剧膜污染。目前有关活性炭粒径大小对膜污染的影响的报道比较少，有待进一步研究。
较高的污泥浓度可提高生物反应器的容积负荷，但混合液中过多的固体物质和溶解性代谢产物(SMP)容易在膜表面沉积，导致过滤阻力增加和膜通透量降低。相反，当污泥浓度太低时，微生物对SMP的吸附和降解能力减弱，使得混合液中的SMP浓度增加，从而容易被膜表面吸附形成凝胶层，导致过滤阻力增加，膜通量下降。张军[13]等研究表明,复合型MBR能维持较低的悬浮生物量浓度且保证高生物总量,从而有效地减缓膜过滤阻力的上升和膜堵塞.
生物强化技术(Bioaugmentation)又称生物增强技术，是通过向废水处理系统中投加筛选的优势菌种和基因重组合成的高效菌种，以强化原处理系统中生物反应的能力，达到对某一种和某一类有害物质的去除或某方面性能的优化目的，庞金钊等[14]在用MBR处理洗车废水过程中发现难降解有机物在反应器内累积，混合液的COD比进水COD高几倍，投加优势菌种来实现对难降解物的去除，能够有效减轻膜截留形成的膜污染。生物强化技术不仅可以促进对目标物的降解而且某些特定菌的投加还能抑制丝状菌膨胀，降低污泥产量和污泥黏度。投加EPS黏性小的优势菌，可以减缓膜污染。
3.2 优化膜生物反应器的运行条件
控制合理的曝气强度和抽吸时间可以有效地减少颗粒物质在膜面的沉积，减缓膜污染。膜面沉积层的去除效率可以通过提高空气流率或曝气强度来提高，而空气流率对沉积层的去除效率又受到流速标准差的影响，亦即空气流的紊流程度的影响[15]。通常曝气强度越大，膜面流速越高，但N.Devereux[16]等发现，膜面流速的增加使得膜表面污泥层变薄，有可能造成不可逆污染，因此控制合理的曝气强度可以有效的减缓膜污染。如果膜面沉积较严重，应该停止出水进行空曝，空曝是去除膜面沉积层的有效方法之一。除了控制合理的曝气强度外还包括错流过滤、定期的反冲或反吹和控制混合液的温度等措施。Magra和Itoh的实验结果表明，温度的变化会引起污水粘度的变化，温度升高1℃可以使膜的通水量增加2%，但升高温度会直接影响膜本身的寿命，同时对微生物的生长也产生影响，因此如果情况允许，膜生物反应器应尽量在常温下运行[6]。
3.3 膜材料的选择
膜的亲疏水性、荷电性会影响到膜与溶质间的相互作用大小，通常应选用孔径适合，孔隙率高，带有负电，亲水性的膜，自然憎水性的膜要进行膜面改性。膜面改性是在膜表面引入亲水基团，或用复合膜手段复合一层亲水性分离层，或用阴极喷镀法在膜表面镀一层碳[17]。J.Pieracci等研究表明，改性后的膜可以增加 25%的膜通量，减少 49%的生物污染[18]。目前，膜面改性和形成动态膜的防治技术应值得注意。
3.4 膜的清洗
尽管采用合理的设计、操作等措施减缓膜污染，但长期使用后膜表面还可能产生沉积和结垢，使膜孔堵塞，膜出水量下降，因此对污染膜进行定期的清洗是必要的。常用的方法有物理清洗、化学清洗、超声波清洗以及上述方法的综合技术。物理清洗的方法主要有空曝气、高流速水冲洗、海绵球机械擦洗、反冲洗、反向脉冲和电泳等。化学清洗主要是酸洗和碱洗，酸类清洗剂（常用浓硫酸和盐酸等）可以溶解并去除矿物质和盐类，而碱洗（常用次氯酸钠和氢氧化钠等）可以有效地去除蛋白质等有机污染物及膜内微生物，一般两者结合使用效果更好。超声波能够在清洗溶液中形成极大的扰动，并伴有强大的冲击波和微射流，能与污染膜充分接触和作用，较常规的物理清洗方法更好，能够使膜通量恢复54%[19]，与超声波结合的化学清洗效果一般要优于常规化学清洗。采用曝气清洗、超声波清洗、NaClO碱洗、HCl酸洗可有效地使污染膜的通量恢复。黄霞等[20]对污染膜进行物理和化学清洗试验表明，常规物理清洗可使滤饼层大部分脱落，但对膜过滤性能的恢复效果较差，碱洗对膜过滤性能的恢复作用显著，这表明有机污染对膜阻力的贡献最大。
3.5 其他
在膜过滤设计中，还应注意减少设备结构中的水流死角，以防止滞留物在此变质，扩大膜污染。为防止污泥在中空纤维丝间淤积，中空纤维膜应制成平板状(而不是成束设计)，然后组装成矩形，且底部曝气(兼有气水剧烈冲刷膜表面的作用)，这些都可有效地防止膜污染，延长膜的清洗周期[6]。如果膜长期停止使用(5d以上)，在保养时需用0.5%甲醛溶液浸泡，膜的保养原则是保持膜的湿润并针对膜的种类采取不同的方法，如聚砜中空纤维膜须在湿态下保存，并以防腐剂浸泡。
在水资源日益短缺的今天，膜生物反应器作为一种新型的废水处理技术，特别是在污水资源化的进程中，倍受国内外的普遍关注。但是膜污染仍然是影响膜生物反应器大范围推广的主要障碍之一，因此研究膜污染，研发抗污染的膜生物反应器是目前急需的。相信随着膜污染机理及防治方面研究的不断深入，膜质量的提高，膜污染控制方法的不断完善，膜生物反应器将会更好地应用和推广。
目前，有关投加粉末活性炭控制膜污染的研究和报道较多，但投加颗粒活性炭以及活性炭的投加量的文献很少，本课题重点研究活性炭粒径大小及投加量对减缓膜污染的影响，具有很强的实用意义，对控制膜污染、促进膜生物反应器的实际应用起到较重要的作用。

B. 超滤膜的常见污染是什么清洗方法是什么

超滤膜的清洗，又可分为物理清洗法和化学清洗法两种。

一、物理清洗法：

在这方面用的最多最普遍的就是水力冲洗法。它又可因水力冲洗方向的不同，分为逆向冲洗、反冲洗和正洗冲洗。

酸性清洗剂常用的有0.1N盐酸溶液，0.1M草酸溶液，1～3%柠檬酸、柠檬酸胺、EDTA等。这类清洗剂在去除钙离子、镁离子、氟离子等金属离子及其氢氧化物，无机盐凝胶层是较为有效的。

碱性清洗剂主要是0.1～0.5%的NaOH水溶液。它对去除蛋白质，油脂类的污染具有良好的效果。

氧化性清洗剂如1～1.5%双氧水、0.5～1%NaOCl、0.05～0.1%叠氮酸钠等，对去除有机物质的污染有显著效果。

生物酶制剂如1%胃蛋白酶、胰蛋白酶等，对去除蛋白质、多糖、油脂类的污染是有效的。对去除有机物污染也有一定效果。应用酶清洗剂时，如能在55～60℃下进行清洗效果更佳。清洗时间的长短与酶浓度的高低有关。

超滤膜在特定条件下采用化学清洗方法虽是必要，但使用时须慎重。要避免化学清洗剂破坏膜的分离性能；不能使污染物发生变形，加重膜的污染；不应破坏污染物的胶体性质，使它变硬僵化。在食品工业，医药工业生产中，不能让清洗剂的残留物影响产品质量等。

C. 影响超滤膜运行的因素有哪些

温度对产水量的影响：

温度对超滤膜系统的水分子的活性增强，粘滞性减小，故产水量增加。反之则产水量减少，因此即使是同一超滤膜系统在冬天和夏天的产水量的差异也是很大的，温度与产水量的关系是成正比的。一般在允许的温度条件下，温度系统约为0.0215/1°C，即温度每上升一度，则相应的产水量增加2.15%，因此可以使用调节水温的方法来实现超滤系统的产水量的稳定一致。

水质变化：

一方面，进水水质经由10μ过滤后，保证浊度小于1NTV，浓度不大于百分之五，且水温应在5至40摄氏度之间，压力应不大于0.2MPa，在此基础上，保证进水回收率在80%以上，酸碱度为2至13之间。另一方面，水质异常也是影响超滤出水量的重要条件，包括在雨季，原水中所蕴含的颗粒物、悬浮物会增多，使浊度达不到相关要求。加之进水的主要来源是地表水，所蕴含的有机物较多，在压力不均衡和连接不紧密的情况下会混入一定质量的生水，被截留于超滤膜表面，致使定期的清洁难以维持，直接导致超滤出水量降低。

操作压力对产水量的影响：

在低压时超滤膜的产水量与压力成正比关系，即产水量随着压力升高而升高，但当压力值超过0.3mpa时，即使压力再升高，其产水量的增加也很小，主要是由于在高压下超滤膜被压密而增加透水阻力所致，因此在超滤系统设计应注意；

超滤过程：

原水在管道内或管道外流动，小分子溶质及溶剂穿过膜逐渐形成超滤液，并降低浓度，成为浓缩液，从而实现小分子溶质和溶剂分离和浓缩。超滤过程具有动态性，且膜不易堵塞，但会随着运行时间的增加，产生吸附作用，使超滤膜表面形成残渣等物质。因此，超滤的各项特征是保证出水量的必要条件。

进水浑浊度对产水量的影响：

进水浊度越大时，超滤膜受到影响的产水量越少，而且进水浊度大更易引起超滤膜的堵塞，在确定超滤膜产生量时也应考虑进水浊度的影响，一般可采用以下方法降低浊度的影响；

A、 增加前级预处理降低原水浊度；

B、 使用错流过滤方式，并降低系统回收率；

流速对产水量的影响：

流速的变化对产水量的影响虽不像温度和压力那样明显，流速过大时反而会导致膜组件的产水量下降，这主要是因为由于流速加快增加了组件压力损失而造成的，因此在设计超滤系统流速时，一定要控制在给定的流速范围内，流速太慢影响超滤分离质量，容易形成浓差极化，太快则影响产水量。

D. 超滤膜破损的原因

一般跟纺出的效果有关。不知道你是那种情的破损。那个阶段破损了？
纺丝过程中，参数控制不好；制模过程中，操作不当，还有就是保存不好等等都是有可能的

E. 造成净水器超滤膜污染和堵塞的原因有哪些

您好，导来致净水器超滤膜源污染和堵塞一般情况下是因为使用时间过长或者是水中的杂质过多光靠一个净水器超滤膜净化不够，主要是根据您所在地区的水质特点而定。建议您勤换滤芯或者选购根据水质定制的多层级过滤的净水器。纯属个人建议，希望对您有所帮助！

F. 超滤膜在饮用净水领域遇到的问题如何解决

这样的过滤膜在饮用净水领域的问题，想要更好的解决，必须要找专业的人士来进行专业的处理，才能更好的规范性进行操作。

G. 超滤膜产不出水咋回事

超滤膜不出水，有太多种情况和原因，大致给您讲解，希望能采纳：
1、使用了一段时间的情况：超滤系统已经运行1年以上，突然超滤膜产水口不产水，或者产水非常的小，这种情况非常多。产生这个问题的原因有几点：
a、进水超滤的水质，和原设计的不一样，浊度，SS都比设计的时候升高，导致了膜污染堵塞。
b、超滤系统，的自动控制系统有问题，超滤膜的污染是不可逆的，如果系统的反洗压力，水量都不够，膜反洗效果不好，时间长了，膜内污染物升高之后，就会导致膜不产水，或者产水水质有问题。
c、膜运行的一直没有进行化学清洗，我估计您 的系统就没有进行化学清洗，当膜的跨膜压差达到0.1MPa时，或者产水量下降20%的时候要化学清洗膜系统。
d、检查超滤膜预处理，预处理失效了，原水直接进入超滤膜系统就会导致，系统不产水。
2、新产品不产水的情况，这种情况也会有，但比较少，检查产水阀门，进水烦阀门是否正常开启
膜组件产水口的挡片是否拆掉了。如果都检查，那就找你的供应商来解决。

H. 超滤过滤膜堵了怎么办

超滤过滤膜堵了怎么办？

1、确定清洗时间

为了使清洗工作取得好效果，膜元件必须在产内生大量污垢前进行清容洗。

2、确定污垢类型

在清洗之前确定膜表面污垢类型是非常重要的。进行污垢类型确定方法是对SDI测试膜片上所收集的残留物进行化学分析，以确定污染物主要类型，以便进行针对性化学清洗。

3、根据污染物选择清洗方式

确定膜表面污染物，选择正确清洗程序。

酸性清洗：常用酸洗药剂主要有盐酸、硝酸柠檬酸、草酸等。配制酸洗液的PH也因膜材质的不同而不同。酸性清洗对于去除膜表面无机结垢污染效果较好。

碱性清洗：常用碱性清洗药剂有氢氧化钠、次氯酸钠和碳酸钠等，配制碱洗液的PH也因膜材质的不同而不同。碱性清洗对于去除膜表面的有机污染与油脂效果显著。

超滤膜在使用过程中一定要按照标准进行合理的维护保养，避免膜元件堵塞现象频繁发生，有效延长膜元件的使用寿命。

I. 陶氏超滤膜的使用应该注意什么

陶氏超滤膜重要说明：
为保证膜的正常使用以及避免发生损坏，应正确启动UF系统。而且遵守正确的启动程序，可以保证系统运行参数符合设计规范，从而达到系统水质量和产量目标。在启动系统之前，应进行膜预处理、膜组件安装、仪表校准及其它系统检查。
陶氏超滤膜操作指南：
在启动、关闭、清洗或其它过程中应避免发生突然的压力变化，防止对膜造成损坏。在启动前应冲洗UF系统，去除运输保护液。在启动前应排除系统中残留的空气。应手动启动设备。在试运行过程中，将产水量设定为设计流量的60%。初期运行获得的产水应视具体应用而考虑弃量不用，详情请参考产品技术手册。
陶氏通用信息：
若不严格遵守本说明中有关操作的规定，则产品有限质保将无效。在系统停运期间，建议在膜组件中注入保护液，以防止系统中微生物滋生。

J. 超滤膜过滤的原理是

超滤超滤是复一种与膜孔径大小制相关的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的的净化、分离和浓缩的目的。参见下图。