一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）解決了分置式膜生物反應(yīng)器（RMBR）能耗高的問(wèn)題，有取代后者的趨勢(shì)。SMBR 對(duì)SS、COD、N、P 以及細(xì)菌、病毒等具有良好的去除效果，使得它應(yīng)用于多種行業(yè)污水 的處理與回用。膜污染是SMBR 工藝中首先需要解決的問(wèn)題，是SMBR 穩(wěn)定運(yùn)行和膜壽命的關(guān)鍵影響因素。膜污染與膜特性、污泥特性、膜通量、抽吸泵抽停時(shí)間、曝氣量、曝氣方式、氣泡大小以及出水方式等因素有關(guān)，因此通過(guò)優(yōu)化SMBR 的結(jié)構(gòu)及操作參數(shù)能夠減緩膜污染。常用的膜清洗方法有物理清洗(空曝氣、機(jī)械反沖洗等)和化學(xué)清洗(在線藥洗、異位化學(xué)清洗等)。

1　引言

　　膜生物反應(yīng)器（Membrane Bioreactor，簡(jiǎn)寫(xiě)為MBR）是一種將膜分離單元和生物處理單元結(jié)合的新型水處理技術(shù)，近幾十年來(lái)得到迅猛發(fā)展。膜組件良好的固液分離效果，使MBR 可保持較高的生物量和較長(zhǎng)的污泥齡，因此具有較強(qiáng)的生化降解能力。與傳統(tǒng)廢水生物處理工藝相比，MBR 具有生化效率高、有機(jī)負(fù)荷高、污泥負(fù)荷低、出水水質(zhì)好、設(shè)備占地面積小、便于自動(dòng)控制和管理等優(yōu)點(diǎn)。雖然能耗較高、膜成本較高仍是目前限制膜生物反應(yīng)器工藝發(fā)展的兩大瓶頸，但是該技術(shù)已經(jīng)在污水回用和難降解有機(jī)廢水處理領(lǐng)域嶄露頭角，并在世界范圍內(nèi)許多實(shí)際工程中得到了成功地應(yīng)用[1]。
2 SMBR 的特點(diǎn)與發(fā)展現(xiàn)狀

　　MBR 按膜組件與生物反應(yīng)器放置位置的不同可分為分置式MBR（Recirculated MBR）和一體式MBR(Submerged MBR)。RMBR（通常認(rèn)為是第一代MBR），即膜組件置于生物反應(yīng)器外部，通過(guò)泵將反應(yīng)器中的泥水混合物送到膜分離單元，再經(jīng)由膜組件分離泥水。RMBR 系統(tǒng)中的循環(huán)泵、膜加壓泵耗能較大；并且循環(huán)泵產(chǎn)生的剪切壓力會(huì)造成反應(yīng)器內(nèi)生物活性降低，使得RMBR 地應(yīng)用受到一定限制。第二代 MBR（SMBR），即膜組件浸沒(méi)于生物反應(yīng)器中，通過(guò)底端曝氣沖刷膜面，并通過(guò)抽吸作用將滲透液移出[2]，解決了第一代MBR 能耗高的問(wèn)題，其能量消耗比RMBR 少1~2 個(gè)數(shù)量級(jí)[3]；并且具有較強(qiáng)的抗膜污染能力[4]。目前，SMBR 因占地面積少、運(yùn)行和維護(hù)成本低廉而占據(jù)了市場(chǎng)較大份額。

　　SMBR 對(duì)SS、COD、NH3-N、細(xì)菌[5]及病毒[6]都有良好的去除效果，對(duì)NO3--N、P 也有一定的去除能力。污水中的SS 基本可以100%去除，COD 的去除率一般在90%以上，氨氮的去除率最高達(dá)到99%[7]。SMBR 對(duì)COD 的去除作用主要是由微生物完成的，膜自身對(duì)有機(jī)大分子的吸附、截留分離作用只占一小部分[8]，膜起到一定的強(qiáng)化和穩(wěn)定系統(tǒng)的作用[9]。在SMBR 中, 膜的完全截留作用以及長(zhǎng)的活性污泥停留時(shí)間（SRT）使得具有較長(zhǎng)生長(zhǎng)周期的硝化細(xì)菌得以生長(zhǎng)并大量繁殖，因此在SMBR 中硝化細(xì)菌的濃度比傳統(tǒng)的生物處理方法中高；另外由于SMBR 中污泥產(chǎn)量低，其它以氨氮為營(yíng)養(yǎng)物的異養(yǎng)微生物數(shù)量少，使得硝化細(xì)菌的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手少[10]，所以SMBR 具有很強(qiáng)的硝化作用[11,12]。但是SMBR 的除磷效果與傳統(tǒng)工藝相比并不占優(yōu)勢(shì)，遲軍等[13]比較了有厭氧段、無(wú)厭氧段時(shí)SMBR 的除P 效果，結(jié)果表明，在有厭氧段時(shí)，SMBR 對(duì)P 的去除率最高可達(dá)71.2%；無(wú)厭氧段時(shí)，除P 率最高達(dá)到31.7%。造成這種差別的主要原因在于設(shè)置厭氧段后，在好氧段聚磷菌可過(guò)量聚磷，而在厭氧段釋P，通過(guò)排除厭氧段的剩余污泥達(dá)到的除P效果要好于排除好氧段污泥所達(dá)到的效果。

　　SMBR 因生化效能好，對(duì)污染物的去除效率高，在多種行業(yè)污水的處理與回用中均有應(yīng)用，例如：家庭生活污水[14]、城市污水[15]、垃圾滲濾液[16]、制革廢水[17]、洗車廢水[18]、醫(yī)院污水[5]、電鍍車間廢水[19]、農(nóng)藥廢水[20]、中藥廢水[21]、印染廢水[22]、采油污水[23]、食品廢水[24]、制藥廢水[25]、焦化廢水[26]、微污染水源水[27]等。在國(guó)外SMBR 已經(jīng)成功應(yīng)用于許多大型的污水處理或回用工程，國(guó)內(nèi)由于起步晚，目前大規(guī)模的工程應(yīng)用為數(shù)不多。

3 SMBR 的膜污染問(wèn)題

　　膜污染是SMBR 運(yùn)行中一系列增加膜阻力因素的總稱。它是指與膜接觸料液中的微粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子與膜存在物理、化學(xué)、生化或機(jī)械作用，引起膜面或膜孔內(nèi)吸附、沉積以及微生物在膜水界面的積累，造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生透過(guò)流量與分離特性大幅度降低的現(xiàn)象[28]。

3.1 膜污染機(jī)理

　　造成膜污染的主要是兩大類物質(zhì)[29]：第一類是顆粒物質(zhì)，主要是污泥的絮體，這類物質(zhì)在膜表面沉積形成污泥層，形成可逆污染。第二類是溶解性大分子物質(zhì)，主要為溶解性微生物產(chǎn)物（SMP）和胞外聚合物（EPC），這類物質(zhì)會(huì)被吸附到膜表面形成凝膠層，甚至侵入膜孔內(nèi)，占居膜內(nèi)表面，造成不可逆污染。膜污染的形成可分為兩個(gè)步驟[30]：（1）膜污染初期的通量下降是由濃差極化引起的。水中溶解性物質(zhì)在膜表面附著，逐漸積累使?jié)舛壬撸跐舛忍荻鹊淖饔孟�，及近膜面的溶質(zhì)又以相反方向向料液主體擴(kuò)散，平衡狀態(tài)時(shí)膜表面形成一溶質(zhì)濃度分布邊界層，對(duì)溶劑等小分子物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)起阻礙作用，并且高的滲透壓將進(jìn)一步減少滲透通量，使得膜的通量降低。（2）長(zhǎng)期的膜污染是溶質(zhì)吸附和顆粒沉積造成的。膜表面高濃度的溶質(zhì)可能發(fā)生沉降，形成凝膠層，懸浮顆粒達(dá)到膜表面形成沉積，此凝膠層和濾餅層減少了水
力滲透能力，也減少了滲透通量。

3.2 膜污染的影響因素

3.2.1 膜特性

　　膜自身的特性(膜材質(zhì)、親/疏水性、膜孔徑大小等)是影響膜對(duì)污水中固體顆粒、膠體吸附能力的大小的重要因素之一。膜材料有無(wú)機(jī)膜（如陶瓷膜）和有機(jī)聚合膜之分。無(wú)機(jī)陶瓷膜（如鈦、鋯的氧化物）顯示出優(yōu)越的水力、熱力、化學(xué)抗性，但是造價(jià)昂貴因而在廢水處理中的應(yīng)用受到限制，多用于理論研究[10]。常用的有機(jī)
膜材料有聚烯烴、聚砜、聚偏氟乙烯等[31]。聚砜（PS）膜具有成孔性好，耐化學(xué)腐蝕、溫度使用范圍寬、機(jī)械強(qiáng)度好等優(yōu)點(diǎn)，但是耐污染能力差；抗污染性比較好的有機(jī)膜材料有聚丙烯(PP) 膜[32]、聚乙烯(PE) 膜、聚丙烯腈(PAN) 膜和聚偏氟乙烯（PVDF）膜等。

　　膜表面張力的不同造成了膜污染傾向的差異，膜表面張力的色散相越大，膜越容易發(fā)生黏附使膜孔窄化[33]。膜的親疏水性也影響著膜的抗污染能力，一般說(shuō)來(lái)，親水性聚合物膜不易受到生物溶質(zhì)和生物性不溶物的污染。疏水性膜表面易形成一疏水性動(dòng)力層，膜表面和生物物質(zhì)間的疏水性相互作用使得其膜通量只能恢復(fù)50%，而親水性膜通量可100%恢復(fù)[3, 34]。王猛等[32]通過(guò)對(duì)PS 和PP 兩種膜材料在分離活性污泥泥水的比較中證明親水性的PP 膜的抗污染性明顯優(yōu)于PS 膜。In-Soung Chang 等[35]比較了憎水性超濾膜(PM30)和親水性超濾膜(YM30 )對(duì)不同種類活性污泥過(guò)濾中膜污染的差別，得出憎水性超濾膜膜面和膜孔比親水性超濾膜對(duì)溶解性物質(zhì)的吸附更容易，表現(xiàn)出更大的污染趨勢(shì)。

　　膜孔徑大小也影響著膜抗污染性能，滲透通量下降率隨著膜孔徑的增加而加快[36]。K-H Choo 等[33]的研究表明孔徑在0.1um 附近時(shí)，初始消化液對(duì)膜污染的趨勢(shì)最小。一般地，用于SMBR 的膜材料要求孔徑分布窄、親水性好、耐污染、易于清洗。

3.2.2 膜組件結(jié)構(gòu)及類型

　　對(duì)于中空纖維膜組件，膜纖維絲間具有寬的間隙能更好地防止操作中活性污泥在膜表面的積累[36]。纖維膜直徑、長(zhǎng)度、壓實(shí)密度和松緊度也是膜耐污性能的重要因素。Judd[37]在對(duì)用于SMBR 的中空纖維膜組件研究中發(fā)現(xiàn)：小的纖維膜管（內(nèi)半徑小）有更多的壓力損失，大的膜管則有低的填料密度和比表面積，因此膜管內(nèi)徑存在最優(yōu)值。用模型進(jìn)行優(yōu)化處理得到最佳纖維管內(nèi)半徑為0.2~0.35mm，長(zhǎng)度0.5~3m。對(duì)于不曝氣SMBR：小的纖維膜管，橫向放置好于軸向放置；大的纖維膜管，在合適的錯(cuò)流條件下，軸向比橫向好。而對(duì)于曝氣系統(tǒng)：軸向放置優(yōu)于橫向。因此在SMBR 中按纖維管軸向垂直放置，有利于操作的穩(wěn)定性及膜污染的控制。
SMBR 中常用的膜組件有中空纖維式、平板式和管式。平板式膜和中空纖維式膜的處理效果相似，但由于水力難以穩(wěn)定控制中空纖維膜比平板式膜更易結(jié)垢；中空纖維膜成本低廉，可反洗，平板膜不易反洗，為減緩結(jié)垢，只能在臨界通量以下操作[37]。Le-Clech 等[4]將管式SMBR 和RMBR 進(jìn)行了對(duì)比，SMBR 底部用曝氣形成氣液錯(cuò)流；RMBR 通過(guò)液體循環(huán)形成液液錯(cuò)流，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是處理人工配水還是實(shí)際下水道廢水，SMBR 比RMBR 具有更低的膜污染傾向性。近年來(lái)中空纖維式膜組件在商業(yè)化膜組件中所占比例逐漸增加。

3.2.3 MBR 運(yùn)行的工藝條件

        （1）膜通量

　　膜通量是指單位時(shí)間單位膜面積通過(guò)物質(zhì)的量，有時(shí)也稱滲透速度，代表膜的處理能力。研究表明膜污染速率dp/dt 和膜通量膜通量呈指數(shù)相關(guān)[38]，因此，在高通量下操作，膜污染會(huì)很快發(fā)生，在低通量下操作，膜污染發(fā)生得較緩慢，但是過(guò)低的通量意味著膜的處理能力降低，在實(shí)際工程應(yīng)用中則需要更大的膜面積。

        （2）反應(yīng)器結(jié)構(gòu)

　　膜污染的形成速度受到膜表面對(duì)流擴(kuò)散的影響。反應(yīng)器的尺寸、高度、內(nèi)置擋板的位置影響著反應(yīng)器內(nèi)的水力流動(dòng)狀態(tài)，因此能間接影響膜污染的快慢。在SMBR 中設(shè)置擋板，通過(guò)底端曝氣充氧，可造成升流區(qū)和降流區(qū)污水的密度差，從而使液體在反應(yīng)器中不斷循環(huán)流動(dòng)。升、降流區(qū)過(guò)水截面積之比，降流區(qū)與底部過(guò)水?dāng)嗝娣e比，擋板上方的液面高度以及底隙高度對(duì)氧轉(zhuǎn)移效率和液體循環(huán)速度均有影響。適當(dāng)增加液面高度，升流區(qū)氣泡在逃逸液面之前與液體有更長(zhǎng)時(shí)間的接觸而將能量傳遞給液相，使降流區(qū)的液體下降速度加快，從而使液體循環(huán)速度和氧轉(zhuǎn)移速度上升。Shim 等[39]的研究表明在曝氣量一定時(shí)，升、降流區(qū)過(guò)水截面積之比過(guò)小，不能維持SMBR 的穩(wěn)定運(yùn)行，膜污染很快發(fā)生。劉銳等[40]也建議在反應(yīng)器設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能減小上升流通道，擴(kuò)大下降流通道和底部連接通道，提高反應(yīng)器高度。

        （3）曝氣方式和曝氣量

　　曝氣有兩種作用[41,42]：為生物反應(yīng)器提供氧氣；為膜面創(chuàng)造湍流，防止膜面沉積物的形成，使膜結(jié)垢最小化。曝氣對(duì)于中空纖維SMBR 濾餅層的移除影響顯著，是控制過(guò)濾條件的重要因素[43]，曝氣產(chǎn)生的上升氣流速度與RMBR 中液體錯(cuò)流速度作用相當(dāng)[44]。

　　Chang 等[45]比較了噴射和氣提兩種曝氣方式在管式SMBR 處理市政污水的情況，發(fā)現(xiàn)在膜管內(nèi)腔沒(méi)有被污染時(shí),采用噴射式曝氣時(shí)的膜通量比氣提式高20%。一旦膜管污染,前者的膜通量下降很快,而氣提式則能保持在一個(gè)較為穩(wěn)定的值。原因是：噴射曝氣一方面創(chuàng)造了高度的紊流環(huán)境，減小膜表面的沉積厚度；另一方面形成空氣活塞流，在膜管內(nèi)腔中造成負(fù)壓，促使固體沉積在膜管內(nèi)腔壁，從而導(dǎo)致膜污染。

　　曝氣量影響著膜污染的形成和形成速度。曝氣量的增加能在膜表面形成較大錯(cuò)流速度，使污染物不易在膜表面積累，而且可以加快污染物在膜表面的脫離；但曝氣量過(guò)大有可能會(huì)導(dǎo)致污泥混合中粒徑減小，使混合液中細(xì)小污泥顆粒增多，從而導(dǎo)致膜孔堵塞[46]，而且會(huì)增加能耗，在實(shí)際操作中存在著一最優(yōu)曝氣量[36]。許多研究也表明[43,44,46]：不斷增加的空氣流率部分地促進(jìn)了濾餅層的移除效率，但是存在一臨界值，超過(guò)該值，增加空氣流率對(duì)濾餅層的移除效率幾乎沒(méi)有影響。曝氣氣泡的大小也能影響SMBR 中液體的流動(dòng)狀況，在臨界充氧強(qiáng)度以下，細(xì)小的空氣泡能產(chǎn)生最優(yōu)錯(cuò)流流速[39]，能創(chuàng)造更強(qiáng)的剪切力。

（4）抽吸泵抽停時(shí)間

　　在典型的SMBR 系統(tǒng)中，膜分離操作采用間歇抽吸的方式運(yùn)行，間歇抽吸被證明能有效控制膜污染[36]。在抽吸過(guò)程中，污染物在膜表面形成累積，而停抽的時(shí)候由于水流的沖刷污染物從膜表面脫落。抽吸過(guò)程越長(zhǎng)，泥水混合液在膜表面的積累程度越大；停抽時(shí)間越長(zhǎng)，膜表面的固體沉積層和凝膠層脫落越大，膜過(guò)濾性能的恢復(fù)也越大。在膜的抽吸過(guò)濾過(guò)程中，發(fā)生濃差極化現(xiàn)象，混合液中溶解性有機(jī)物由于膜的截留作用，會(huì)在膜表面沉積、濃縮；在停抽過(guò)程中，由于擴(kuò)散作用，膜表面沉積的有機(jī)物也會(huì)脫離表面向反應(yīng)器內(nèi)擴(kuò)散。溶解性有機(jī)物的沉積程度與抽吸時(shí)間有關(guān)，而從膜面的脫落程度與曝氣量和停抽時(shí)間有關(guān)。因此，縮短抽吸時(shí)間，延長(zhǎng)停抽時(shí)間，有利于減緩懸浮固體和溶解性有機(jī)物在膜面的沉積和污染。懸浮固體脫離膜表面的速率較快，而溶解性有機(jī)物的脫離則由有機(jī)物在水中的擴(kuò)散系數(shù)決定，是一個(gè)更加緩慢的
過(guò)程。因此，當(dāng)停抽達(dá)到一定時(shí)間后，停抽時(shí)間對(duì)膜過(guò)濾阻力的影響減小。同樣，當(dāng)抽吸時(shí)間低與一定程度后，懸浮固體形成的污染會(huì)很快得到恢復(fù)，此時(shí)膜污染的恢復(fù)主要取決于與溶解性有機(jī)物有關(guān)的污染的恢復(fù)，即抽吸時(shí)間的縮短對(duì)膜抽吸壓力上升速率的影響不再明顯。與停抽相比，抽吸時(shí)間是影響膜抽吸壓力上升的更重要的因素。在一定范圍內(nèi)，縮短抽吸時(shí)間會(huì)比延長(zhǎng)暫停時(shí)間更能有效地減緩膜污染[47]。

（5）出水方式

　　馬莉[48]等探討了SMBR 分別用真空抽吸-空氣反吹、真空泵抽吸、吸水泵抽吸三種出水方式對(duì)膜污染的影響, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SMBR 的出水方式對(duì)膜污染有明顯的影響。三者中，真空抽吸-空氣反吹間隙運(yùn)行方式引起的膜污染程度最輕。

3.2.4 污泥特性

　　活性污泥是由多種微生物與污水中有機(jī)和無(wú)機(jī)固體物混凝交織在一起形成的絮狀體。其中的微生物產(chǎn)物是影響膜污染的一個(gè)重要生物因素，主要指胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物產(chǎn)物(SMP) [12]。SMP 指微生物在代謝過(guò)程中排出或分泌的物質(zhì)，由于膜的截留作用而被積累，從而限制了活性污泥的代謝活性，其濃度越高，影響越明顯[11]。EPS 指微生物代謝基質(zhì)過(guò)程中的產(chǎn)物，包括細(xì)胞活動(dòng)分泌物、細(xì)胞表面脫落物、細(xì)胞溶解或水解產(chǎn)物等。EPS 作為含水凝聚基質(zhì)將微生物黏結(jié)在一起，可以使微生物形成更大的絮體，使污泥更容易被膜分離。但是，EPS 在膜上積累會(huì)引起混合液黏度的增加和膜的過(guò)濾阻力的增加。

        （1）污泥濃度

　　在生物反應(yīng)器中, 污泥濃度（MLSS）表示的是生物的數(shù)量, 較高的污泥濃度可以降低反應(yīng)器中的污泥負(fù)荷, 提高容積負(fù)荷。高濃度的懸浮固體表現(xiàn)出與純水不同的特性，SS 增加了溶液主體的密度和黏度，這就會(huì)影響膜表面的流體體系，因此傾向結(jié)垢。更重要的是，固體通過(guò)形成的濾餅層和膜孔的堵塞直接導(dǎo)致結(jié)垢。

　　MLSS 是影響膜污染的主要因素，存在一臨界MLSS，超過(guò)此濃度，發(fā)生膜通量的急劇下降，在臨界MLSS 以下的某個(gè)范圍，通量的衰減幾乎不發(fā)生[36]。MLSS 濃度增高時(shí)，F(xiàn)/M 降低，會(huì)使SMBR 中產(chǎn)生EPS，使混合液的黏度升高，從而導(dǎo)致污泥的脫水性能變差，膜過(guò)濾阻力變大。所以，盡管較高的MLSS能有效減小SMBR 的體積，但過(guò)高的污泥濃度對(duì)于SMBR 正常運(yùn)行是不利的[49]。污泥濃度太低時(shí)，進(jìn)水中的有機(jī)物分解不完全，致使生物反應(yīng)器上清液中有許多未降解的溶解性有機(jī)物存在。這些有機(jī)物易引起膜面堵塞，導(dǎo)致膜過(guò)濾阻力(TMP)很快上升[50]。

        （2）污泥齡（SRT）

　　較長(zhǎng)的SRT 有利于世代期較長(zhǎng)的特殊菌種的生長(zhǎng)（如硝化細(xì)菌），并且能提高大分子的分解[3]，還會(huì)導(dǎo)致微生物的內(nèi)源呼吸因而減少了剩余污泥產(chǎn)量，甚至可以達(dá)到無(wú)剩余污泥排放。但是隨著SRT 的延長(zhǎng)，微生物處于內(nèi)源呼吸期，大量微生物死亡，上清夜中SMP 積累，會(huì)比對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期產(chǎn)生更多的細(xì)胞碎片和胞外聚合物[51]。若大分子的SMP 被截留在MBR 中，不但會(huì)污染膜，而且SMP 會(huì)吸附在氣-水兩相的界面上導(dǎo)致氧傳遞的降低，而小分子的SMP 則會(huì)穿過(guò)膜進(jìn)入出水，導(dǎo)致出水水質(zhì)變差[49]。Hasar 等[52]的研究表明：高的SRT 下，SMBR 中一些老化和死去的微生物會(huì)產(chǎn)生惰性COD，加速膜污染。因此在進(jìn)行有效的處理操作之前，必須考慮污水特征而確定一最優(yōu)污泥齡。

4 膜污染防治對(duì)策

　　膜污染問(wèn)題是影響SMBR 效率的最重要的問(wèn)題，也是研究人員急欲攻克的難關(guān)。實(shí)際操作過(guò)程中膜污染是不可避免的，但是通過(guò)一些方法，膜污染能夠得到有效的控制。目前，研究人員已經(jīng)研究了一些行之有效的方法來(lái)減緩膜污染：如通過(guò)氣液錯(cuò)流在膜表面形成剪切力；控制操作通量在一定的范圍內(nèi)來(lái)阻止或延緩膜污染的發(fā)生。

4.1 在亞（次）臨界通量下操作[43]。

　　臨界膜通量是指膠體物質(zhì)開(kāi)始在膜表面發(fā)生沉積時(shí)的膜通量[53]。SMBR 亞臨界操作就是在一定的操作條件下，使膜通量維持在臨界通量以下，來(lái)獲得SMBR長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。其實(shí)，亞臨界通量操作下膜污染仍會(huì)發(fā)生[54,55]，只是發(fā)展緩慢。此時(shí)的膜污染分為兩個(gè)階段：第一階段為不可逆污染發(fā)展階段，TMP 發(fā)展緩慢，第一階段膜的不可逆污染導(dǎo)致膜絲點(diǎn)通量不斷地重新分配，一旦出現(xiàn)膜絲上的某一點(diǎn)通量大于臨界通量時(shí)，顆粒物質(zhì)就以此點(diǎn)為突破口，不斷沉積到膜絲表面，發(fā)生可逆污染[56]，膜污染進(jìn)入第二階段，TMP 急劇增加。次臨界通量操作實(shí)質(zhì)是使膜在運(yùn)行過(guò)程中，盡量避免污泥顆粒的沉積，避免可逆污染[29,57]。

4.2 物理清洗

　　物理清洗是指依靠機(jī)械的沖刷、反沖洗使得膜表面、膜孔內(nèi)的污染物脫落的過(guò)程。

4.2.1 空曝氣

　　空曝氣是指停止進(jìn)出水，加大曝氣強(qiáng)度連續(xù)曝氣，以沖脫沉積在膜表面上污泥層的方法�？掌貧饽軓�(qiáng)化水流循環(huán)作用,對(duì)減小因膜表面附著較厚的污泥層而引起的過(guò)濾阻力增大有顯著作用，并能延長(zhǎng)膜的運(yùn)行壽命[58]。張穎等[57]認(rèn)為，空曝氣的時(shí)間不是越長(zhǎng)越好，當(dāng)空曝氣的時(shí)間超過(guò)一定限度時(shí)，膜過(guò)濾壓差將不再有大的變化。另外，空曝氣并非在任何情況下都有效，由于空曝氣實(shí)際上是通過(guò)強(qiáng)化水流循環(huán)作用的物理清洗方法，因此，只有當(dāng)膜面附著的污泥層對(duì)膜的過(guò)濾阻力造成的影響很大時(shí),這種方法的效果才比較顯著。

4.2.2 機(jī)械反沖

　　機(jī)械反沖是利用機(jī)械動(dòng)力，反向沖洗膜。反沖洗能提高膜通透性并減少膜結(jié)垢，因而可形成優(yōu)化的，穩(wěn)定的水力操作條件。目前有兩種常用的反沖洗方式：空氣反沖洗和水力反沖洗。SMBR 中反沖洗能使操作在較高通量下進(jìn)行而膜阻力不會(huì)顯著增加，并使膜結(jié)合力較小的污染物脫落，膜通量平均增加22.30%，優(yōu)化反沖洗頻率（15s/5min）能將阻力減少3.5 倍[43]。

4.3 化學(xué)清洗

　　化學(xué)清洗指用化學(xué)藥劑對(duì)污染過(guò)的膜進(jìn)行沖刷或浸泡，以除去不可逆污染物質(zhì)，是一種有效的膜通量恢復(fù)方法。在線藥洗通過(guò)加藥泵反沖洗膜，簡(jiǎn)化了膜組件的裝卸程序。采用一定濃度的化學(xué)溶液對(duì)污染后的膜進(jìn)行在線藥洗可以有效去除膜內(nèi)表面滋生的微生物[59]。異位化學(xué)清洗是將膜組件從反應(yīng)器中取出浸泡在化學(xué)藥劑中，能去除沉積在膜孔里和被緊緊吸附在膜表面的物質(zhì)，是最有效的恢復(fù)膜性能[39]的清洗方法。

　　在實(shí)際操作過(guò)程中，通常綜合考慮能耗、操作的簡(jiǎn)便性，將多種方法同時(shí)運(yùn)用，以達(dá)到最優(yōu)化的生產(chǎn)目的。

5 展望

　　隨著全球化水資源日趨短缺、水環(huán)境質(zhì)量的惡化、環(huán)境意識(shí)不斷增強(qiáng)的情況下，SMBR 作為一種高效、低能耗的水處理技術(shù)在污水處理與回用方面的應(yīng)用實(shí)力與前景是不可估量的。

　　今后，SMBR 的發(fā)展將集中在以下幾方面：

（1）新型膜材料的開(kāi)發(fā)、制膜工藝提高。新出現(xiàn)的無(wú)紡布有望成為替代常規(guī)中空纖維膜的耐污、耐壓，高強(qiáng)韌度的材料[60]。

（2）SMBR 結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，出現(xiàn)更節(jié)能、更高效的裝置。

（3）優(yōu)化SMBR 操作條件，加強(qiáng)膜污染機(jī)理、膜污染控制手段的研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 張樹(shù)國(guó),李詠梅譯.膜生物反應(yīng)器污水處理技術(shù)[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2003

[2] Behmann H, Husain H, Buisson H, et al. Submerged membrane bioreactor. Patent number: WO 00/37369. 2000.

[3] Gander M, Jefferson B, Judd S. Aerobic MBRs for domestic wastewater treatment: a review with cost considerations[J]. Sep. Pur. Tech., 2000(18): 119~130.

[4] Le-Clech P, Jefferson B, Judd S J. A comparison of submerged and sidestream tubular membrane bioreact-or configurations[J]. Des., 2005,173:113~122.

[5] Wen X H, Ding H J, Huang X, et al. Treatment of hos pital wastewater using a submerged membrane bioreac-tor[J]. Pro. Bio., 2004(39): 1427~1431.

[6] Jefferson B, Laine A T, Judd S J, et al. Membrane bioreactors and their role in wastewater reuse[J]. Wat. Sci.Tech., 2000, 41(1): 197~204.

[7] 李紅巖,高孟春,楊敏,等. 組合式膜生物反應(yīng)器處理高濃度氨氮廢水[J]. 環(huán)境科學(xué),2002, 23(5): 62~66.

[8] Ronald van ‘t Oever. MBR focus: is submerged best?[J] Fil. & Sep., 2005,42( 5): 24 ~27.

[9] 張穎,任南琪,吳憶寧,等. 一體式MBR 膜自身對(duì)有機(jī)污染物去除的強(qiáng)化作用[J]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,36(2): 147~150.

[10] Xing C H, Qian Y, Wen X H, et al. Physical and biological characteristics of a tangential-flow MBR for municipal wastewater treatment[J]. J. Mem. Sci., 2001,191: 31~42.

[11] Zhang B, Yamamoto K. Seasonal change of microbial population and activities in a building wastewaterreuse system using a membrane separation activated sludge
process[J]. Wat. Sci. Tech., 1996,34: 295~302.

[12] 金若菲,周集體,王競(jìng),等. 膜生物反應(yīng)器中的生物學(xué)特征[J]. 微生物學(xué)通報(bào), 2004,31(2):121~125.

[13] 遲軍,王寶貞,荊國(guó)林. 應(yīng)用淹沒(méi)式膜生物反應(yīng)器處理含磷污水[J]. 大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào). 2003,27: 40~41.

[14] Ueda T, Hata K, Kikuoka Y. Treatment of domestic sewage from rural settlements by a membrane bioreactor[J]. Wat..Sci.. Tech., 1996,34 ( 9):189~196.

[15] Rosenberger S, Krüger U, Witzig R, et al. Performance of a bioreactor with submerged membranes for 297 aerobic treatment of municipal waste water[J] . Wat. Res.,
2002,36(2): 413~420.

[16] Ahn W Y, Kang M S, Yim S K, et al. Nitrification of leachate with submerged membrane bioreactor-Pilot scale. IWA Conf. Membrane Technology in Environmental
Management, Tokyo, 1999: 432~435.

[17] Yamamoto K, Win K M. Tannery wastewater treatment using a sequencing batch membrane reactor[J]. Wat. Sci. Tech., 1991,23(7-9):1639~1648.

[18] 龐金釗,孫永軍,楊宗政,等. 優(yōu)勢(shì)菌膜生物反應(yīng)器處理洗車廢水的研究[J]. 天津大學(xué)學(xué)報(bào), 2003,36(3): 383~386.

[19] Bl?cher C, Bunse U, Sebler B, et al. Continuous regeneration of degreasing solutions from electroplating operations using a membrane bioreactor[J]. Des.,2004,162(10):
315~326.

[20] 陳英文, 范俊, 夏明芳,等. 一體式膜—活性污泥工藝處理高濃度農(nóng)藥廢水[J]. 南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),
2003, 25(2): 23~26.

[21] 王敏,雷易. 一體式膜生物反應(yīng)器處理中藥廢水[J]. 中國(guó)給水排水, 2003,19(12): 88-89.

[22] l Schoeberl P, Brik M, Bertoni M, et al. Optimization of operational parameters for a submerged membrane bioreactor treating dyehouse wastewater[J]. Sep. Pur. Tech.,
2005,44(1):61~68.

[23] 馮久鴻. 高效膜生物反應(yīng)器處理采油污水試驗(yàn)研究[J]. 石油規(guī)劃設(shè)計(jì), 2003, 14(3): 14-17.

[24] Wang Y, Huang X, Yuan Q P. Nitrogen and carbon removals from food processing wastewater by an anoxic/aerobic membrane bioreactor[J]. Pro. Bio., 2005, 40(5):1733~1739.

[25] Benítez J, Rodriguez A, Malaver R. Stabilization and dewatering of wastewater using hollow fiber membranes[J]. Wat. Res., 1995,29(10):2281~2286.

[26] 耿琰,周琪,屈計(jì)寧. SMSBR 反應(yīng)器去除焦化廢水中的氨氮[J].中國(guó)給水排水,2002,18(7): 8~11.

[27] Li X Y, Chu H P. Membrane bioreactor for the drinking water treatment of polluted surface water supplies[J].Wat. Res., 2003,37: 4781~4791.

[28] 張穎,任南琪,吳憶寧,等. 一體式膜生物反應(yīng)器膜污.染現(xiàn)象及清洗實(shí)驗(yàn)研究[J]. 化學(xué)工程, 2004,32(2):
57~60.

[29] Cho B D, Fane A G. Fouling transients in nominally sub-critical flux operation of a membrane bioreactor[J]. J. Mem. Sci., 2002,209: 391~403.

[30] Thomas H, Judd S, Murrer J. Fouling characteristics of membrane filtration in membrane bioreactors[J]. Mem. Tech., 2000, 2000(122): 10~13.

[31] Fane A G. Membrane Bioreactors: Design and Operational Options[J]. Fil. Sep.. 2002, 39(5): 26~29.

[32] 王猛,柴曉利. 膜生物反應(yīng)器處理生活污水的工藝及膜材料的選擇[J]. 環(huán)境科學(xué)技術(shù), 2001,95: 1~4.

[33] Choo K H, Lee C H. Effect of anaerobic digestion broth composition on membrane perme ability[J].Wat. Sci.Tech., 1996,34(9): 173~179

[34] 劉紅,何韻華,張山立,等. 微污染水源水處理中超聲波強(qiáng)化生物降解有機(jī)污染物研究[J]. 環(huán)境科學(xué),2004,25(3): 57~60.

[35] Chang I S, Bag S O, Lee C H. Effects of membrane fouling on solute rejection during membrane filtration of activated sludge[J]. Pro. Bio., 2001,36: 855~860.

[36] Hong S P, Bae T H, Tak T M, et al. Fouling control in activated sludge submerged hollow fiber membrane bioreactors[J]. Des., 2002, 143: 219~228.

[37] Judd S. Submerged membrane bioreactors: flat plate or hollow fibre?[J] Fil. Sep.. 2002, 39(5) : 30~31.[38] 孫友峰,劉銳,黃霞. 一體式膜-生物反應(yīng)器中膜面污泥沉積速率及其影響因素[J]. 環(huán)境科學(xué), 2002,23,:
Sup: 26~30.

[39] Shim JK, Yoo IK, Lee YM. Design and operation considerations for wastewater treatment using a flat submerged membrane bioreactor[J].Pro. Bio., 2002, 38: 279~285.

[40] Liu R, Huang X, Wang C W, et al. Study on hydraulic characteristics in a submerged membrane bioreactor process[J]. Pro. Bio., 2000, 36: 249~254.

[41] Yamamoto K, Hiasa M, Mahmood T, et al. Direct solid-liquid seperation using hollow fibre membrane in an activated sludge aeration tank[J]. Wat Sci Tech., 1989, (21): 43~54.

[42] Ueda T, Hata K, Kikuoka Y. Treatment of domestic sewage from rural settlements by a membrane bioreactor[J]. Wat. Sci. Tech.,1996,34(9):189~196.

[43] Bouhabila E H, Aim R B, Buisson H. Fouling characterization in membrane bioreactors[J]. Sep. Pur. Tech.,2001, (22-23): 123~132.

[44] Ueda T, Kenjihata, Kikuoka Y, et al. Effects of aera-tion on suction pressure in a submerged membrane bioreactor[J]. War. Res. , 1997, 31( 3): 489~494.

[45] Chang I S, Judd S J. Air sparging of a submerged MBR for municipal wastewater treatment[J]. Pro.Bio.,2002,37: 915~920

[46] 張傳義,王勇,黃霞,等. 一體式膜生物反應(yīng)器經(jīng)濟(jì)曝氣量的試驗(yàn)研究[J]. 膜科學(xué)與技術(shù),2004, 24: 11~15.

[47] 桂萍,黃霞,陳穎,等. 膜-生物反應(yīng)器運(yùn)行條件對(duì)膜過(guò)濾特性的影響[J]. 環(huán)境科學(xué),1999,20(3): 38~41.

[48] 馬莉,堵國(guó)成,陳堅(jiān),等. 一體式膜生物反應(yīng)器出水方式對(duì)膜污染的影響[J]. 環(huán)境科學(xué),2004,25(2):85~88.

[49] Houren R V, Everblij H, Keijmel M. Membrane bioreactors hit the big time-ten years of research in the Netherlands. H2O MBR Special, 2001: 26~29.

[50] 劉銳,黃霞,錢易,等. 一體式膜—生物反應(yīng)器處理生活污水的中試研究[J]. 給水排水, 1999, 25(1): 1~4.

[51] 鄒聯(lián)沛,王寶貞,范延臻,等. SRT 對(duì)膜生物反應(yīng)器出水水質(zhì)的影響研究[J]. 中國(guó)給水排水, 2000,16(7): 16~18.

[52] Hasar H, Kinaci C, Unlu A. Production of non-biodegradable compounds based on biomass activity in a submerged ulrafiltration hollow fibre membrane bioreactor
treating raw whey[J]. Pro. Bio., 2004, 39: 1631~1638. [53] Howell J A. Sub-critical flux operation of microfiltration[J]. J. Mem. Sci., 1995,107: 165~171.

[54] Defrance L., Jaffrin M Y. Comparison between filtration at fixed transmembrane pressure and fixed permeate flux: application to a membrane bioreactor used for wastewater treatment[J]. J. Mem. Sci., 1999,152: 391~403.

[55] Tardien E, Grasmick A, Geaugey V, et al. Hydrodynamic control of bioparticle deposition in a MBR applied to wastewater treatment[J]. J. Mem. Sci.,1998,147: 1~12.

[56] Ognier S, Wisniewski C, Grasmick A. Membrane bio -reactor fouling in sub-critical filtration conditions: a local critical flux concept[J]. J. Mem. Sci., 2004,229 :171~177.

[57] 張穎,吳億寧,任南琪. 運(yùn)行方式對(duì)減緩SMBR膜污染的影響研究[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2003,34(3): 258~261.

[58] Sofia A, Ng W J, Ong S L. Engineering design approaches for minimum fouling in submerged MBR[J]. Des.,2004(160): 67~74.

[59] 劉銳,黃霞,汪誠(chéng)文,等. 一體式膜—生物反應(yīng)器長(zhǎng)期運(yùn)行中的膜污染控制[J]. 環(huán)境科學(xué), 2000,21: 58~61.

[60] Meng Z G, Yang F L, Zhang X W. MBR focus: do nonwovens offer a cheaper option?[J] Fil. & Sep., 2005,42(5):28~30.

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