污水处理厂MBR膜通量下降原因及缓解措施分析

引言 

MBR（Membrane Bioreactor）膜技术作为一种新兴的污水处理工艺，以其高效、占地面积小、出水水质好等优势，在污水处理厂中得到了广泛应用。然而，在运行过程中，MBR膜通量下降成为一个常见问题，影响了处理效果和经济效益。本文将对MBR膜通量下降的原因进行详细分析，并提出相应的缓解措施。

一、MBR膜通量下降的原因 

1. 膜污染 

MBR膜在运行过程中，会受到水中微生物、有机物、无机物等的污染，这些物质在膜表面形成一层污垢，导致膜孔堵塞，影响膜的通透性。此外，膜组件内部的泥水混合液中的微小颗粒也会堵塞膜孔，进一步降低产水量。

微生物污染是一个主要问题，包括细菌、病毒、原生动物等，它们通过膜表面的吸附、聚集和生物膜形成过程，逐渐在膜表面构筑一层致密的生物垢。有机物污染则来源于污水中的腐殖质、蛋白质、糖类等大分子物质，这些有机物在膜孔附近累积，可能发生氧化还原反应或与膜材料发生化学键合，进而形成难以清洗的有机垢。而无机物污染则主要包括碳酸钙、硫酸钙、二氧化硅等矿物质沉积物，它们在MBR膜表面形成硬质结垢，严重降低了膜的通透性和过滤性能。

此外，膜组件内部的泥水混合液中含有的微小颗粒，如悬浮物、胶体粒子等，也会在膜孔内部发生堵塞。这些微小颗粒可能通过膜孔被截留的固体颗粒之间的空隙进入膜孔内部，造成膜孔径变小甚至完全堵塞，从而显著减少可透过膜的水量，降低整个MBR系统的产水量。 

2. 操作不当    

MBR膜系统的运行需要精细的操作和维护。通风量的调节、反冲洗的频次等操作参数的不合理设置，会导致膜系统的运行环境恶化，进而影响产水量。例如，曝气量不足或无曝气会导致有机物在膜表面附着，增加膜堵塞的风险。

通风量的适当控制是MBR膜系统正常运行的基础。曝气系统不仅能为膜组件提供足够的氧气供应，支持好氧微生物的代谢活动，还能有效防止因厌氧发酵导致的污泥积累和膜表面生物膜的形成。如果曝气量设定过低或长时间停滞导致曝气不足，那么膜表面可能会出现厌氧状态，进而引发微生物代谢产物（如粘稠物质）的沉积，增加膜污染的风险，最终影响到系统的产水量和出水水质。

反冲洗作为MBR膜系统清理膜表面污垢、恢复膜性能的重要手段，其执行频次及强度也应根据实际情况科学规划。若反冲洗频次过高，可能会打破微生物的生理平衡，干扰正常的生物反应过程；反之，若反冲洗频次过低，则无法及时清除附着在膜表面的污垢和生物膜，同样会加剧膜堵塞，降低产水量。 

3. 系统设计问题

MBR膜系统的设计是一个综合考量多种技术因素和专业经验的过程，其中核心组成部分的选择与配置至关重要。在膜组件的选择上，需要基于污水处理的实际需求、进水水质特性、污染物负荷等因素进行严谨筛选。如果选用的膜组件材质不适合高浓度有机废水或含有特殊污染物的原水处理，那么可能导致膜表面易结垢、堵塞，或者遭受生物降解等损害，进而影响其正常运作，降低产水量。

关于曝气量的设定，这是一个动态调整的过程，需要根据膜生物反应器内的微生物活性、污泥浓度以及溶氧需求来精确控制。过量的曝气不仅会造成能源浪费，还可能因过度搅拌导致膜组件受到机械应力损伤，缩短其使用寿命；而曝气不足则可能引发厌氧发酵，促进丝状菌过度繁殖，形成滤饼层，降低MBR系统的渗析效率和出水水质。   

4. 进水水质问题 

进水中的悬浮物、油脂等污染物含量过高，会直接影响MBR膜的运行效果。特别是未经过精细格栅过滤的污泥和锐利物体，可能导致膜堵塞甚至破损。

悬浮物是污水处理过程中的主要污染物之一，它包括无机颗粒、有机碎片、微生物菌群等。当这些悬浮物的浓度超过MBR膜的设计承受范围时，它们会沉积并附着在膜表面，形成难以清洗的污垢层。这会大大降低膜的通透性，增加传质阻力，进而影响整个处理系统的处理效率和出水水质。

油脂是另一种可能导致MBR膜运行问题的污染物。污水中的油脂主要来源于生活污水、工业废水以及食物加工废水等，它们以乳化状态或胶体状态存在于水中。当这些油脂与MBR膜接触时，它们可能会吸附在膜材料上，形成难以冲洗掉的污垢。随着时间的推移，这些油脂污垢会不断积累，最终导致膜孔堵塞，降低膜的使用寿命和性能。

尤为值得注意的是，未经精细格栅过滤的污泥和锐利物体也对MBR膜构成严重威胁。污泥因其富含有机物和微生物，容易在膜表面形成生物膜，从而降低膜的过滤性能。而那些锐利物体，如塑料碎片、玻璃屑等，它们不仅会刺破膜片，导致膜破损，还会破坏膜组件的结构完整性，进一步影响整个MBR系统的稳定运行。 

5. 维护保养不足

定期对MBR膜系统进行清洗和维护保养是确保其高效、稳定运行的关键措施。MBR膜作为整个污水处理系统的核心组件，承担着截留固体颗粒、悬浮物和细菌等污染物的重要任务。

如果对MBR膜系统的维护保养工作不到位，或者未能及时进行必要的清洗处理，那么膜表面将会不可避免地积累起各种污垢、堵塞物，包括但不限于无机盐结晶、有机物沉积、微生物菌落等。这些污物不仅会降低膜的选择透过性和分离效率，还会增加膜系统的运行压力，导致膜通量显著下降。 

二、缓解措施 

1. 加强膜的清洗和维护 

在MBR（膜生物反应器）系统的日常运维管理中，定期执行化学清洗和物理清洗程序是一项极其关键的工作。化学清洗旨在通过特定设计的清洗剂或消毒剂，结合循环冲洗和浸泡等手段，有效溶解并去除附着在膜表面及微孔内的生物膜、无机盐沉积、有机污染物等各类污垢，以恢复并保持膜材料的原有通透性和良好的过滤性能。

物理清洗则主要依靠高压水冲洗、气洗或者超声波振动等方式，对MBR膜进行定期清洗，能够有效地清理掉不能通过化学方法溶解的物质，同时也能有效防止微生物和污垢在膜表面的积累，从而延长膜的使用寿命。

此外，为了确保MBR系统的高效稳定运行，除了常规的清洗工作外，还需要建立完善的膜组件巡检机制。定期对膜组件进行仔细检查，包括但不限于其完整性、密封性以及运行状态等，一旦发现膜组件有破损、渗漏或者性能下降的情况，应立即采取措施进行维修或更换，以确保整个MBR处理系统的稳定性和连续性。 

2. 优化操作条件

在改善MBR膜系统运行环境的过程中，运营者需要精细调节一系列关键操作参数，以实现系统最优性能和持久稳定的处理效果。调节通风量是至关重要的步骤之一。在膜生物反应器（MBR）系统中，适当的通风量确保了膜组件表面得到充足的氧气供应，这是因为好氧微生物在代谢过程中需要氧气参与，而且充足的曝气还有助于防止因厌氧发酵导致的污泥积累和有机物在膜表面的沉积。

例如，曝气量的合理设定是MBR膜系统稳定运行的核心要素之一。过大的曝气量可能导致能耗增加、膜组件过度磨损以及污水处理效率下降；而曝气不足则可能引发缺氧环境，促使硫酸盐还原菌等厌氧微生物大量繁殖，进而影响出水水质。因此，根据MBR膜系统的具体构型、污水特性以及处理目标，科学地确定并实时调控曝气量，保证膜表面有足够的氧气供应，防止有机物在膜表面附着。   

另一方面，反冲洗频次是另一个可显著改善MBR膜系统性能的关键操作参数。反冲洗操作能有效清除附着在膜丝上或膜表面的污垢、微生物膜以及无机盐沉积物，恢复并保持膜通量，延长膜使用寿命，并确保系统始终处于高效稳定的运行状态。

同时，根据水质情况和运行需求，调整膜系统的运行模式和参数至关重要。比如，在处理含有不同浓度有机物、氨氮、总磷以及其他特殊污染物的废水时，可能需要采用不同的工艺组合或者动态调整现有的工艺参数，如通过改变膜组件的排列布局以提高或优化处理效果。

3. 改进系统设计 

在设计MBR膜生物反应器系统时，设计师必须全面而深入地考虑各种关键因素，以确保系统的高效运行和产水的质量。首要任务是依据原水的水质特性，包括但不限于悬浮物浓度、有机物种类与浓度、氨氮含量、微生物种类及活性等，来选择适宜的膜组件类型。如平板膜、管式膜、中空纤维膜等，这些膜组件的性能直接影响到系统的污水处理能力和水质净化效果。

同时，要满足处理需求，包括处理后的水质标准要求（如BOD、COD、SS、TP、TN等指标的去除率），以及能否有效抵抗污泥膨胀、防止膜污染等。根据需求选择具有高性能、长寿命、易清洗和维护的膜材料及结构类型。在MBR系统设计中，曝气装置的选择和布局同样至关重要。适当的曝气方式和强度能够确保混合均匀、促进好氧呼吸过程，有利于微生物的生长代谢和污染物降解；还能有效减少膜表面沉积和生物膜形成，减轻膜污染程度。

应优化整个MBR膜系统的布局和管道设计。减少水流在管道中的阻力，避免形成死角或滞留区，以降低能耗并提高水力效率。通过合理设置管道直径、弯头数量、阀门类型等，减小压力损失，提高单位体积水处理能力。合理设计曝气管道网络，使其既能满足供氧需求，又能兼顾混合搅拌功能，从而增强整体处理效果。   

4. 加强预处理环节 

为了提升水处理系统的效能与稳定性，引入了预处理环节，旨在显著降低进水中的悬浮物、油脂以及其他污染物浓度。这一环节主要通过采用先进的物理分离技术，如精细格栅装置，对进入水处理流程的水体进行严格而高效的预过滤。精细格栅具有精细的栅条间距，能够精确拦截并去除水中的各类悬浮杂物，如树叶、昆虫尸体、泥沙、细小颗粒物等，从而有效减少这些物质在后续膜处理过程中的堆积和堵塞风险。

5. 引入智能控制系统 

采用智能控制系统，实时监测和调整膜系统的运行状态。通过数据分析，及时发现并解决问题，提高系统的运行效率和稳定性。

6. 加强人员培训和管理 

加强操作人员的专业技能培训和责任心教育，提高其对MBR膜系统的操作和维护能力。确保操作人员能够正确操作和维护系统，减少因操作不当导致的膜通量下降问题。

结论 

MBR膜通量下降是一个复杂的问题，涉及多个方面的因素。通过加强膜的清洗和维护、优化操作条件、改进系统设计、加强预处理环节、引入智能控制系统以及加强人员培训和管理等措施，可以有效缓解MBR膜通量下降的问题，提高污水处理厂的运行效率和出水水质。