膜污染是影響膜技術(shù)實際應(yīng)用的關(guān)鍵問題。國內(nèi)外關(guān)于MBR 用于污水處理時的膜污染的報道較多, 但其用于給水處理時的相關(guān)研究還較少。由于MBR 用于源水處理時, 與膜接觸的懸浮物質(zhì)、有機物等的組成、濃度和性質(zhì)都與MBR 用于污水處理時的情形不同, 運行操作條件也有所不同, 因此膜污染特征也不盡相同, 有必要考察MBR 在凈水工藝中的膜污染特征及清洗。
1、試驗裝置與方法
1.1 工藝流程：一體式MBR 的工藝流程見參考文獻。微濾膜采用聚乙烯中空纖維膜, 孔徑為0 .1 μm , 膜面積為0 .2 m2 。
采用人工配制的微污染源水進行試驗。源水由進水泵打入MBR, 混合液在抽吸泵的作用下形成過濾出水。膜組件采用間歇方式運行, 抽吸時間和停抽時間分別為15 min 和2 .5 min 。設(shè)置在膜組件下的穿孔管連續(xù)曝氣以提供生物反應(yīng)所需的氧氣, 并同時清除膜表面的部分污染物。
生物反應(yīng)器按懸浮生長型和附著生長型(分別投加塊狀填料和PAC)運行。懸浮生長型MBR 連續(xù)運行約4 個月、塊狀填料-MBR(塊狀填料投量為10 %, 體積比)和PAC -MBR(PAC 投量為2 000mg/L)連續(xù)運行20 多天后, 將污染膜組件取出, 進行膜污染分析及清洗。
1.2 膜面污染特征分析：從污染后的膜組件截取一段污染膜絲, 干燥后噴鍍金膜, 采用掃描電鏡(HITACHI , S -570)對污染膜的內(nèi)、外表面進行了觀察。
1.3 膜污染清洗方法：采用的物理清洗方法有清水過濾和連續(xù)曝氣清洗, 化學(xué)清洗方法包括鹽酸酸洗和次氯酸鈉堿洗。試驗中發(fā)現(xiàn)MBR 中的膜污染與混凝—微濾膜組合工藝(C -MF)相比, 粘性較大, 兩種常規(guī)物理清洗方法效果較差(尤其是對附著生長型MBR膜污染的清洗), 因此采用超聲波對膜進行了清洗。
1.4 對膜清洗效果的評價：采用膜比通量K =J/ P(即單位過濾壓差下的膜通量值)來表征膜過濾性能的高低。清洗后通過清水通量試驗采用歸一化膜比通量(定義為K /K 0)來表征膜通透性能的恢復(fù), 其中K 0 為新膜的膜比通量。
2、結(jié)果與討論
2.1 膜面污染特征：懸浮生長型MBR 、塊狀填料-MBR 和PAC -MBR連續(xù)運行后的污染膜外、內(nèi)表面的電鏡照片分別如圖1 、2 所示。
由圖1 可見, 懸浮生長型MBR 的污染膜外表面為一層較厚濾餅層覆蓋, 顆粒物質(zhì)、懸浮物質(zhì)和微生物相互粘連、沉積在膜絲外表面, 微生物以球菌居多, 彼此之間有較多菌絲、細(xì)絲相連。經(jīng)曝氣清洗后可見濾餅層下為一粘性凝膠層。投加塊狀填料和PAC 的MBR 中的污染膜外表面附著的微生物較懸浮生長型MBR 少, 這是因為在附著生長型MBR 內(nèi)微生物以附著態(tài)為主。塊狀填料-MBR 的膜外表面為一層粘性的較薄污染層覆蓋,顆粒物質(zhì)少, 推測是由大分子有機物為主的物質(zhì)在膜表面吸附而形成的凝膠污染層。PAC -MBR 的膜外表面粗糙, 也被一層粘性凝膠層覆蓋;與前兩者不同, 其污染層上沉積、附著有許多片狀、粒狀的較大塊狀物, 推測可能是PAC 碎顆粒, 此外還有許多形狀規(guī)則、有棱角的方形污染物, 可能是無機結(jié)垢物質(zhì)。利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡及X 射線能譜儀(FSEM -EDS)對上述特征污染物進行了成分分析, 結(jié)果表明這些特征污染物是無機垢體,主要含Ca , 其次是Mg , 推測結(jié)垢物質(zhì)以CaCO3 為主。
由圖2 可知, 懸浮生長型MBR 的膜內(nèi)表面無明顯污染, 同樣發(fā)現(xiàn)塊狀填料-MBR 和PAC -MBR 中膜內(nèi)表面也均無明顯污染, 這與膜直接過濾和C -MF工藝中膜內(nèi)表面以微生物為主的污染特征顯著不同。推測可能因為MBR對生物可利用的有機物去除率較高, 從而減少了能到達膜組件內(nèi)部、可供微生物生長的養(yǎng)料, 使膜絲內(nèi)表面出現(xiàn)微生物污染的可能性減少。
2.2 膜污染的清洗
2.2.1 懸浮生長型MBR：對污染膜按如下步驟清洗:清水過濾、連續(xù)曝氣、次氯酸鈉堿洗和鹽酸清洗, 并通過SEM 觀察每步清洗后膜外表面形貌的變化(見圖3)。
