膜污染基本概念、数学模型和控制

1、膜污染基本概念、数学模型和控制膜污染基本概念、数学模型和控制一、膜污染的基本概念二、膜污染的数学模型三、减轻膜污染的方法四、一些膜系统的膜污染特点及控制膜污染基本概念、数学模型和控制膜污染膜分离技术应用中突出的问题就是膜污染；影响：膜污染会导致膜产水量随运行时间的延长而下降;导致操作过程中必须付出大量的能耗来维持产水量水平并循环原料液;造成其应用的经济性大幅度下降。膜污染基本概念、数学模型和控制膜污染定义：是指处理物料中的微粒，胶体或溶质大分子与膜存在物理化学作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附，沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。膜污染的表现：一是膜通

2、量下降；二是通过膜的压力和膜两侧的压差逐渐增大；三是膜对生物分子的截留性能改变。 膜污染与浓差极化在概念上不同，浓差极化加重了污染，但浓差极化是可逆的，即变更操作条件可使之消除，而污染是不可逆的，必须通过清洗的办法，才能消除。 膜的污染(fouling) 膜污染基本概念、数学模型和控制膜的污染种类 膜的污染大体可分为沉淀污染、吸附污染、生物污染 1 沉淀污染沉淀污染对RO和NF的影响尤为显著。当过滤液中盐的浓度超过了其溶解度，就会在膜上形成沉淀或结垢。普遍受人们关注的污染物是钙、镁、铁和其它金属的沉淀物，如氢氧化物、碳酸盐和硫酸盐等。膜污染基本概念、数学模型和控制2 吸附污染 有机物在膜表面的

3、吸附通常是影响膜性能的主要因素。随时间的延长，污染物在膜孔内的吸附或累积会导致孔径减少和膜阻增大，这是难以恢复的。与膜污染相关的有机物特征包括它们对膜的亲和性，分子量，功能团和构型。一般来讲膜的亲水性越强有机物不宜吸附。而疏水作用可增加其在膜上的积累，导致严重的吸附污染。膜的污染种类 膜污染基本概念、数学模型和控制3 生物污染是指微生物在膜内积累，从而影响系统性能的现象。膜组件内部潮湿阴暗，是一个微生物生长的理想环境，微生物粘附和生长形成生物膜。老化生物膜主要分解成蛋白质、核酸、多糖酯等，强烈吸附在膜面上引起膜表面改性。微生物生物膜，可直接(通过酶作用)或间接(通过局部pH或还原电势作用)降解

4、膜材料，破坏膜结构完整性，造成膜寿命缩短。 细菌对不同聚合物粘附速率大不相同。如聚酰胺膜比醋酸纤维素膜更易受细菌污染。所以，生物亲和性被降低和易清洗的聚合物为材质的分离膜，会阻碍生物膜的生长。膜的污染种类 膜污染基本概念、数学模型和控制膜污染的数学模型膜的污染趋势很大程度上依赖于所过滤料液的性质对处理一些饮用水(污染物比较少)来说，污染可能依据线性模型；而对那些污染物浓度较高的溶液，通量则很可能依据指数模型变化Darcy定律是一种被广泛接受的膜污染描述公式：Jv(t)=1A dV dt=p0(Rm+Rc) (1)式中， Jv是渗透通量(即体积流量)；V为过滤的总体积；A为有效膜面积；p是在凝胶

5、层和膜上总的压力降；0是悬浮液粘度；Rm是膜阻力；Rc为凝胶层阻力然而一旦溶质透过膜，渗透压就会产生净压差可表示为P=p其中，表示选择透过度；表示膜间渗透压差则(1)式可改写为：Jv(t)= p(Rm+Rc) (2)膜污染基本概念、数学模型和控制膜污染的数学模型通常许多膜污染的数学模型都是在对特定污染机理的假设上建立起来的例如，假设粒子到达膜面时是吸附在已到达膜面的粒子上，可以得出一种间接阻塞模型：(Rm+Rc) t=t(Rm+Rc)t=0=1+At ，A=KiJv0式中，Ki是单位流体下被阻塞的膜面积假设膜只包含等直径圆柱体孔，且每个微粒都是由于在膜壁上沉积引起的膜通量下降，则一种标准阻塞模

6、型被建立：(Rm+Rc) t=t(Rm+Rc)t=0=（1+Bt）2，B=KsJv0式中，Ks指每单位流体横截面面积的下降此表达式表示系统阻力的依时性 膜污染基本概念、数学模型和控制膜污染的数学模型而若假设所有粒子到达膜面时不会直接阻塞膜面积，而是附着在其它已阻塞膜孔粒子上，另一种凝胶化模型则表示为：(Rm+Rc) t=t(Rm+Rc)t=0=（1+Ct）1/2 ，C=2(RcR0) KcJv0式中，R0是膜未被污染时的膜阻力；Kc是单位流体下的凝胶层面积Tansel在此基础上提出了一种超滤系统通量下降模型，(Rm+Rc) t=t(Rm+Rc)t=0=1-+e1/式中，为污染时间常数；表征膜污

7、染的程度此数学模型适用于低污染趋势，如对饮用水的处理，也适用于加速污染趋势，如在实验室中对膜污染的观察.膜污染基本概念、数学模型和控制三 减轻膜污染的方法料液的预处理改变操作条件改善膜的性质化学清洗膜污染基本概念、数学模型和控制防止膜污染的方法可以通过控制膜污染影响因素，减少膜污染的危害，延长膜的有效操作时间，减少清洗频率，提高生产能力和效率，因此在用微滤，超滤分离，浓缩细胞，菌体或大分子产物时，必须注意以下几点:进料液的预处理：预过滤、pH及金属离子控制；选择合适的膜材料：减轻膜的吸附；改善操作条件：加大流速。膜污染基本概念、数学模型和控制原料液预处理 预处理是指在原料液过滤前向其中加入一种

8、或几种物质，使原料液的性质或溶质的特性发生变化，如进行预絮凝、预过滤或改变溶液pH值的方法，以脱除一些与膜相互作用的物质，从而提高过滤通量。膜污染基本概念、数学模型和控制膜污染基本概念、数学模型和控制原料液预处理(ED和RO进水水质要求）为了防止ED膜堆污染与堵塞，保证其安全稳定运行，我国提出了ED进水水质指标如下： 1.水温5-40 5.锰 2.好氧量3mg/L 6.浊度 3.游离氯淤泥密度指数3-5mg/L 4.铁 醋酸纤维RO膜对进水水质的要求膜污染基本概念、数学模型和控制原料液预处理(SDI的测定) 判断反渗透和纳滤进水胶体和颗粒污染程度的最好技术是测量进水淤积指数(Silt dens

9、ity index, SDI值)，有时也称为污染指数(FI值)。它是设计RO/NF预处理系统之前应该进行测定的重要指标，同时在RO日常操作时也需定时地检测。 1. 调节进水压力至2.1bar(30psi)并立即计量开始过滤500mL水样的时间t0(通过连续不断的调节，使进水压力始终保持不变) 2. 在进水压力为2.1bar(30psi)下连续过滤15分钟。 3. 15分钟后继续记录过滤同样500mL所需的时间t15，保留滤器上的膜片以便作进一步的分析。 4计算 淤积指数测量仪膜污染基本概念、数学模型和控制原料液预处理及预处理设备设计参数膜污染基本概念、数学模型和控制原料液预处理预处理评估准则膜

10、污染基本概念、数学模型和控制防止膜污染的方法 膜应用过程中产生膜的污染是很难避免的，但是通过对不同的膜污染情况采取相应的措施来减小膜的污染程度是可行的。制定膜污染控制措施要根据其膜材料和膜分离过程特点，从设计、工艺流程到设备选择、运行、膜的储运和停机保养等各个环节加以具体分析考虑。膜污染基本概念、数学模型和控制物理方法滤饼机械刮除 海绵球机械擦洗滤饼层在管状膜组件内放入一些海绵球,利用球的冲擦来达到膜清洗的目的，也可以在垂直放置的管状膜中，放入塑料球，利用塑料球的流动冲击来清洗膜面。这种方法对软质污垢（有机物胶体为主要成分的污染物）能够全部去处，但是对于硬质污垢而言，不但不能去处，而且容易损伤

11、膜面。膜污染基本概念、数学模型和控制物理方法膜面搅拌 通过对膜表面物料的搅拌，使得物料的湍流程度增大形成形成薄流层，可以减小膜表面的污染。 所谓薄流层就是指在上下膜面之间插入产生湍流的网状物形成的较薄的边界层。 对膜面搅拌的方法可包括：加入湍流促进器、用小搅拌桨在膜面附近搅拌，也可以将管式膜设计成双重管，加入塑料卷片等。 膜污染基本概念、数学模型和控制物理方法错流过滤 错流过滤是指主体流动方向平行于过滤表面的压力驱动过滤过程。与终端（死端过滤）相比，它具有以下优点： 便于连续化操作过程中控制循环比 由于流体流动平行于过滤表面，产生的表面剪切力可以带走膜表面的沉积物，防止滤饼的不断积累。 产生的

12、流体剪切力和惯性举力能促进膜表面被截留物质向流体主体反向运动。膜污染基本概念、数学模型和控制物理方法 稳态湍流 控制浓差极化和膜污染最简单的方法就是提高错流速度，使流体处于稳态湍流的状态。可以较好地促使浓度边界层内被截留物质返混，降低边界层厚度。在其应用中会存在以下不足：会导致运行能耗的增加。只有当湍流漩涡靠近膜表面时,其才能发挥最佳作用。实际应用中当流速达到一定值后,在提高流速对通量的影响不大。膜污染基本概念、数学模型和控制物理方法不稳定流体流动 不稳定流体是指在流动系统中,各个截面上流体的流速、压强、密度等有关物理量不仅随位置变化，而且随时间变化。与稳态湍流相比，不稳定流体在层流和湍流状态

13、下都能起到强化作用。利用不稳定流体强化过滤过程的方法主要有以下四种：湍流促进器、脉动发生器、离心失稳、复合湍动方式。膜污染基本概念、数学模型和控制物理方法气提式反应器是依靠改造膜组件及反应器构型提高膜面错流速率及湍流状态的最常见的一种反应器。气提式构造主要是将反应器分为升流区和降流区两部分，通过升流区和降流区含气率的差别导致两个区域内流体密度的差异，从而形成了流体的循环流动，以达到强化紊动的目的。膜组件湍流及紊动实例气提式反应器膜污染基本概念、数学模型和控制物理方法 流化床 为了强化膜过滤过程中的界面传质效应，可以采用通入气泡或加入固体颗粒如金属球、玻璃球等分散相形成流化床的方式。 松弛法 所

14、谓松弛法是指在过滤一段时间后间隔地停止一段时间，再开始操作，这样可以提高膜通量。 反向冲洗法 反向冲洗就是从膜的透过液一侧通入气体或液体，将膜面的堆积物去除的方法。反冲的实质是周期性采用气体、液体等为反冲介质，使膜管在与过滤相反的方向受到短暂的反向压力作用，从而迫使膜表面及孔内的颗粒返回截留液中，并且破坏膜面凝胶层和浓差极化层，使通量明显提高。膜污染基本概念、数学模型和控制超滤液保留液透过液超滤循环清洗清洗液出口清洗液入口清洗液出口逆洗清洗液入口清洗液出口膜污染的清洗方式膜污染基本概念、数学模型和控制反向冲洗法SEM分析膜污染基本概念、数学模型和控制 脉冲法 采用脉冲供液的方法也可以起到防止膜

15、面污染的污染。脉冲的作用是：改变膜附近的速度分布，使物质的扩散系数增加；膜间压差的脉冲使浓差极化降低，凝胶层难以形成。 增大膜面流速 增大原料液的膜面流速，利用高的剪切力来减小膜的污染，也是一种常用的方法。但有其缺点：会增加泵的功率；会破坏微生物菌种。 提高膜的移动速度 使膜面高速旋转产生高的剪切力也可以抑制膜面的污染。物理方法膜污染基本概念、数学模型和控制 附加场的方法 附加场的方法包括附加电场、超声场等方法。直流电场作用下的错流过滤是一个多效应过程。它既有颗粒在电场下的电泳迁移，又有溶剂在电场作用下的电渗效应，还有错流的剪切效应，这些效应减少了颗粒在膜表面上的沉积和极化作用，几乎达到了“清

16、洁膜”的效应，从而大大提高了过滤速度。 电泳过滤法是利用液相中带电荷的物质（离子）在电场下会产生电泳的一种过滤方法，也称电膜过滤法（Electro-Filtration）。其作用原理是使膜面产生电位梯度，以减少带电荷物质在膜面的堆积。 近来利用超声场强化膜分离过程的应用也非常活跃。超声场能产生以下四种效应：湍动效应、微扰效应、界面效应和聚能效应。物理方法膜污染基本概念、数学模型和控制 消毒法 为防止微生物、细菌及有机物的污染，在膜清洗中常使用消毒剂，如氯试剂、过氧化物、碘化物。 其他方法 膜组件的合理设计扩大组件流道，减少水 力死角； 操作条件的优化提高温度操作，恒通量操 作。物理方法膜污染基

17、本概念、数学模型和控制研制污染物难以吸附的材料膜表面的改性可分为物理改性和化学改性物理改性包括共混和表面涂层共混是将亲水性高分子与成膜材料进行共混，从而改善膜的亲水性；表面涂层是指在膜表面上形成一层功能性预涂覆层，防止膜材料与溶液中的组分发生吸附作用，从而提高分离膜的抗污染性，但由于这种改性中所用的活性剂本身也会在膜表面吸附造成污染，而且这些表面活性剂多是水溶性的，与膜间作用力很小，容易在水中流失，所以很多人研究膜的化学改性，如在膜上复合或接枝等膜污染基本概念、数学模型和控制研制污染物难以吸附的材料发展高通量、高抗污能力的膜是膜技术的发展方向之一，也是从根本上解决SMBR中膜污染问题的关键所在

18、。THyun等研制了两种TiO2改性超滤膜，第一种是在PVDF膜的制作过程中直接将纳米TiO2粉固化到膜的内部形成TiO2改性超滤膜，第二种是在正常的PVDF膜外镀一层TiO2形成TiO2改性超滤膜。 两种改性后的超滤膜与改性前的PVDF膜进行的抗污对比试验(以SMBR中的活性污泥体系作为原水)结果表明，在膜内固化TiO2的改性超滤膜在试验过程中通量衰减很慢，稳定时的膜通量约为未改性的3倍；在膜外镀TiO2的改性超滤膜，初始通量较未改性的超滤膜有所降低，但其通量衰减得最慢，抗污能力较膜内固化TiO2的改性膜及未改性的膜都要强。膜污染基本概念、数学模型和控制研制污染物难以吸附的材料BCai等用M

19、nO2在聚乙烯膜上形成动态膜，污染后的膜浸入到盐酸中，由于MnO2被还原为Mn2+，附着在动态膜上的污染物质也随之脱落。膜污染基本概念、数学模型和控制研制污染物难以吸附的材料张捍民等采用孔径56m的工业滤布制作膜组件并以粉末活性炭(PAC)作为预涂剂，组成预涂动态膜生物反应器。对比预涂膜、未预涂膜和04m 中空纤维膜对污染物的去除效果和膜污染状况发现，预涂动态膜生物反应器不仅对污染物质的去除效果更好，而且预涂膜可以防止污染物质与微生物向膜材料表面和内部扩散，从而减轻膜污染，运行47d后，操作压力仅上升至6kPa，并且只需刷洗，膜通量就可以恢复，无须消耗化学试剂。膜污染基本概念、数学模型和控制（

20、3）化学清洗法除了上述一些化学防止方法外,采用化学清洗剂对已经污染的膜进行清洗来恢复通量也是一种比较常用的方法。实际应用中应根据膜污染的类型、程度、膜的物理化学性质等因素来选择和确定清洗剂。清洗剂可单独使用，但更多情况下是复合使用。 无机物质污垢，包括水垢、铁盐、铝盐等。 采用酸类、螯合剂、非离子型表面活性剂以及分散剂等配方 有机物质污垢，包括粘泥和油类。 采用阴离子型或非离子型表面活性剂、碱类、氧化剂或还原剂、分散剂和酶洗涤剂等配方。膜污染基本概念、数学模型和控制膜污染的清洗方法化学法：选择清洗剂要注意三点：1要尽量判别是何种物质引起污染；2清洗剂要不致于对膜或装置有损害，3要符合产品要求。

21、膜污染基本概念、数学模型和控制 化学清洗方法起溶解作用的物质：酸、碱、酶（蛋白酶）、螯合剂、表面活性剂、分散剂。起切断离子结合作用的方法：改变离子强度、pH、电位。起氧化作用的物质：过氧化氢、次氯酸盐起渗透作用的物质：磷酸盐、次氯酸盐膜污染基本概念、数学模型和控制（3）化学清洗法酸液 无机离子如Ca2+、Mg2+在膜表面形成沉淀层，可采取降低pH值促进碳酸盐转化为可溶性盐，再加上乙一胺四乙酸(EDTA)钠盐螯合金属离子使之可溶常用的酸有盐酸、柠檬酸、草酸等配制酸溶液的pH值因膜材质类型而定例如对CA膜，清洗液pH=34；对其他膜如PS、SPS、PSA、PAN、PVDF等，pH=12利用水泵循环

22、操作或者浸泡051 h，对去除无机粒子效果好 碱液 碱液常用来清洗有机物及油脂造成的污染常用的碱主要有氢氧化钠和氢氧化钾配制碱溶液的pH值也因膜材质而定对CA膜，清洗液pH=8左右；对其他膜pH=12膜污染基本概念、数学模型和控制（3）化学清洗法 表面活性剂 表面活性剂能够在膜表面形成致密亲水层使水通量得到改善如SDS、吐温80、Triton、X一100(一种非离子表面活性剂)等表面活性剂在许多场合有很好的清洗效果，可根据实际情况加以选择阴离子表面活性剂是一种中性的有机发泡剂，例如肥皂、烷基硫酸盐和烷基磺酸盐等但有些阴离子型和非离子型的表面活性剂能同膜结合造成新的污染，在选用时应加以注意氧化剂

23、 氧化剂可降解、氧化膜表面的有机污染物，常用于可抗氧化剂的膜常用氧化剂有次氯酸钠、臭氧、双氧水、高锰酸钾等如利用2005000 mgL的双氧水或5001000 mgL次硫酸钠等水溶液清洗多孔膜，既可去除污垢，又可杀灭细菌膜污染基本概念、数学模型和控制（3）化学清洗法酶 酶能对膜表面沉积层中的溶质分子，尤其是一些蛋白分子进行特殊的水解以减轻膜表面的污染如加入0515胃蛋白酶、胰蛋白酶等，对去除蛋白质、多糖油脂类污染物有效，但使用酶清洗剂不当会造成新的污染螫合剂主要是与污染物中的无机离子络合生成溶解度大的物质，减少膜表面和孔内沉积的盐和吸附的无机污染物。螫合剂与无机离子络合的速度快，生成的螯合物大

24、都水溶性好，并且比较稳定。常用的有EDTA、邻羟基羧酸、葡糖酸、柠檬酸和聚合物基的螫合剂膜污染基本概念、数学模型和控制PVDF微滤膜组件常用清洗药剂及作用对象膜污染基本概念、数学模型和控制去无机物用： 柠檬酸2%+TRITON x-100（表面活性剂）0.1%+反渗透水97.7%，氨水调节pH到3 柠檬酸2%+39%EDTA钠2%+反渗透水96%，氨水调节pH到4 盐酸或柠檬酸调节反渗透水的pH值到4去有机物用： 1%加酶洗涤剂水溶液30%H2O2 0.5m3+去离子水12m3去细菌、微生物用： 次氯酸钠溶液5-10g/m3，H2SO4调节pH 5-6 1-2% H2O2去厚胶体用： 高浓度盐

25、水含酶洗涤剂反渗透膜组件常用清洗药剂及作用对象膜污染基本概念、数学模型和控制膜系统结垢和污堵预防措施一览表膜污染基本概念、数学模型和控制超/微滤膜的抗污染及清洗方法膜污染基本概念、数学模型和控制超/微滤膜污染控制 超滤膜污染的主要原因是浓差极化形成凝胶层和膜孔的堵塞，因而污染的防治就应从减小浓差极化、消除凝胶层和防止膜孔堵塞开始。 改变膜结构和组件结构，可有效地将颗粒截留在膜表面，避免了颗粒进入膜孔内部，从而减少了膜孔的堵塞。采用亲水性超滤膜可减少蛋白质颗粒在膜表面的吸附，从而减少对膜的污染；另外，由于待分离的料液多带有负电荷，采用荷负电的超滤膜可有效地减少颗粒在膜表面的沉积，有利于降低膜的污

26、染。 膜污染基本概念、数学模型和控制超/微虑膜污染控制采用絮凝沉淀、热处理、pH值调节、加氯处理、活性炭吸附等手段对料液进行预处理，可降低膜的污染程度。提高料液流速可防止浓差极化，一般湍流体系中流速为13m/s,在层流体系中通常流速小于1m/s。 卷式组件中，常在层流区操作，可在液流通道上设湍流促进材料，或采用振动的膜支撑物，在流道上产生压力波等方法，以改善流动状态，控制浓差极化。操作温度主要取决于所处理料液的化学、物理性质和生物稳定性，应在膜设备和处理物质允许的最高温度下进行操作，可以降低料液的粘度，从而增加传质效率。对超滤过程主体液流的浓度应有一个限制，即最高允许浓度。 膜污染基本概念、数

27、学模型和控制超/微虑膜污染控制改进膜组件也可以控制膜污染每隔一定的距离在平板膜面上放置一些突起物或波纹状物体，当流体流过时可以在传质边界层中产生周期性不稳定流动，破坏浓差极化层或提高涡流强度和尺寸。膜组件是同心圆柱时（卷式膜），采用Taylor漩涡法，分离过程中内圆柱旋转而外圆柱静止，料液沿圆柱的对称轴方向流动提高了膜面处的剪切力，减轻膜污染。中空纤维膜螺旋缠绕在多孔管上，流体在纤维内流动时产生Dean漩涡，传质系数可提高1倍。中空纤维膜组件中的原料液在低压强差高流速下操作，膜通量衰减速率小，膜污染程度低。 膜污染基本概念、数学模型和控制超/微滤膜污染的清洗1 物理清洗法(1) 手工擦洗法 仅

28、适用于可拆式板框超滤组件(2) 海绵球擦洗法 专用于内压管式超滤清洗(3) 等压水力冲洗法 各种超滤组件(4) 热水冲洗法 各种超滤组件(5) 水-气混合清洗法 各种超滤组件2. 化学清洗法(1) 酸溶液清洗法 盐酸、柠檬酸、草酸(2) 碱溶液清洗法 氢氧化钠、氢氧化钾(3) 氧化性清洗剂 1 3 H2O2、5001000 mg / L NaCIO(4) 加酶洗涤剂 胃蛋白酶、胰蛋白酶膜污染基本概念、数学模型和控制纳滤膜的污染种类基本包括：无机污染：无机盐的结垢现象有机污染：极性或非极性的有机物微生物污染：腐殖质、生物粘膜 膜污染是一个复杂的过程，膜污染物的特性与水中污染物的物理、化学、微生物

29、三因素的相互作用密切相关，当其中的一种污染趋势形成以后，必将加速另两种污染的形成，造成膜污染的加剧。实际运行中一旦发现有某种膜污染的迹象，应及时解决，以免产生连锁反应，造成更大污染。纳滤膜的污染及清洗膜污染基本概念、数学模型和控制清洗方法： 一般，先用低pH值后用高pH值的洗液，这主要与膜上污染物的形成因素有关。系统运行过程中，胶体粒子和有机污染物最先在膜上沉积和吸附，形成膜表面的第一层垢；碳酸盐及金属氧化物垢是逐渐形成的，沉积于胶体垢上，并缓慢渗入胶体中。因此，先用酸性溶液去除上部污垢，并可达到松动下层交替的作用，再用碱性溶液清洗，可快速达到清洗的效果。如果膜的清洗工艺选用合理，产水量和产水

30、水质基本与膜未污染时一致。膜污染基本概念、数学模型和控制MBR膜污染的形成及其影响因素膜污染基本概念、数学模型和控制MBR膜污染的形成及其影响因素 MBR膜污染的形成在操作过程中，膜污染表现为通量下降或跨膜压差(TMP)升高污染物向膜面迁移速率主要由通量决定，MBR在恒定通量下操作时TMP通常表现为三个阶段变化第一阶段发生在运行初始的几个小时内，膜面与混合液发生强烈的相互作用，TMP快速升高第二阶段TMP表现为缓慢升高，又称为缓慢污染阶段随着运行时间的推移，在膜面上出现了污泥絮体沉积及EPS累积，并逐步形成滤饼层MBR膜表面上的EPS一部分来源于膜过程对混合液中EPS的截留，另一部分来源于膜面

31、生物絮体的分泌就污泥絮体而言，含水率在98%以上，其孔隙结构相对MBR膜较疏松，形成初期对于膜污染阻力贡献并不大但随着EPS大量聚积形成凝胶层后，对于混合液中污染物的截留性能将明显增强第二阶段持续的时间与EPS的累积速率有关，并随着膜通量增大而缩短对于浸没式MBR，膜污染分布还会因膜池内气水分布有差异出现不均匀现象第三阶段TMP发生突跃并导致MBR无法继续操作目前有关这一阶段的形成有多种假说，都符合恒通量过程中膜污染自我加速的基本特点其中，不均衡污染模型、渗透理论和临界压力模型比较被认可。膜污染基本概念、数学模型和控制MBR膜污染的形成及其影响因素MBR膜污染的分类及形成时间根据清洗效果，MB

32、R膜污染被分为可逆污染、不可逆污染和不可恢复污染三大类可逆污染可通过反冲洗、膜松弛等物理方法消除，一般为堵塞膜孔或粘附于膜表面的较粗大颗粒物或滤饼层不可逆污染需要定期采用维持性化学清洗或加强型化学清洗进行清除，一般为粘附性更强的物质膜污染一旦发生，膜通量不可能完全恢复到初始状态，残留污染为不可恢复污染，其长期积累最终将决定膜的使用寿命结合MBR膜污染形成过程可发现，第一阶段TMP升高主要是由不可逆污染所致，而可逆污染主要发生于第二阶段对于可持续的MBR操作，力求将第一阶段膜污染限制在一定范围内，尽量延长第二阶段的操作时间，防止第三阶段过早出现膜污染基本概念、数学模型和控制MBR膜污染的形成及其

33、影响因素膜污染基本概念、数学模型和控制MBR膜污染的形成及其影响因素MBR膜污染因素的研究污泥浓度及粒径分布Rosenberger等报道，MLSS存在一个临界值(15gL)，高于该值会对膜通量产生不利的影响；而浓度较低(6 gL)时，提高MLSS可降低污染；当MLSS为8-12 gL时，浓度对膜污染影响不大结合Honaga等报道可发现，MLSS临界值与混合液黏度有一定相关性，也存在一个临界值范围(1017 gL)低于该值时黏度随MLSS增长缓慢，而高于该值时粘度随MLSS呈指数增长黏度对膜通量和混合液中气泡大小都会产生影响，黏度增大还能减弱膜池内中空纤维膜束的侧向移动在膜污染研究中，黏度也经常

34、作为混合液特性之一被考察目前达成共识的是，污泥浓度本身并不直接影响膜通量的衰减，当MLSS浓度较高时会迅速形成滤饼层，对膜起到潜在的保护作用；而当浓度较低时，膜孔堵塞比较严重膜污染基本概念、数学模型和控制MBR膜污染的形成及其影响因素Cabassud等在研究MBR污泥絮体尺寸分布时发现存在5-20m和240m两个峰，小粒径的悬浮污泥固体不仅优先附着于膜表面，还可导致滤饼层致密化，使得膜组件操作压力快速上升此外，EPS含量与污泥絮体大小也有一定的相关性，大絮体破碎后会促进EPS形成由于污泥浓度和粒径分布无法明确与具体污染物特性的相关性，因此仅仅采用MLSS和粒径分布难以表征MBR膜的污染特征目前

35、研究倾向将混合液中微生物代谢产生的一些高分子聚合物EPS确定为MBR膜污染的核心因素膜污染基本概念、数学模型和控制MBR膜污染的形成及其影响因素胞外聚合物(EPS)是污水生物处理中一类极为重要的有机物它以多糖和蛋白质为主要成分，还包含少量的腐殖质、糖醛酸和DNA等 通常可以分为两大类，与细胞体紧密结合的结合性胞外聚合物(BEPS)和悬浮于混合液中的溶解性胞外聚合物(SEPS)EPS可以通过各种桥接作用，把微生物聚集在一起，从而形成巨大的三维结构，应对外界环境压力，基质不足时可以作为碳源和能源物质 它是决定污泥絮体物化和生物性质的关键物质，在活性污泥中具有重要作用膜污染基本概念、数学模型和控制M

36、BR膜污染的形成及其影响因素膜污染基本概念、数学模型和控制MBR膜污染的形成及其影响因素EPS和SMPEPS在细胞外呈现为具有流变性的双层结构分布为此，在研究中EPS又常被分成紧密附着型(TB-EPS)和松散附着型(LB-EPS)两大类。有研究认为，LB-EPS与膜污染的相关性更强。溶解在混合液中EPS又被称为溶解性微生物代谢产物(SMP)，Ng等提出，上清液中的SMP对膜污染的影响超过了微生物整体SMP一方面易在膜表面沉积、堵塞膜孔或促使滤饼层致密化，另一方面会恶化污泥混合液的可滤性Ramesh等也由试验证实SMP贡献了绝大部分膜阻力膜污染基本概念、数学模型和控制MBR膜污染的形成及其影响因

37、素NO2-和NO3-NO2-NO3-不仅影响碳水化合物含量的分析结果，还与SMP的污染性能相关， NO2-含量与SMPp的截留性(反映污染性能)大致呈线性关系；当NO2-含量很低时，即使SMPc浓度高达150 mgL且截留性很高，膜阻力依然较低由此推测，在硝化过程中硝化细菌可能将大分子量的SMPc降解成能堵孔或穿膜的小分子量多糖，硝化细菌在决定SMP污染性质方面起到关键性作用Wedi等发现，在工程运行中系统内累积大量NO3-，期间，MBR膜污染加剧Kraume等整理一个MBR工程3年运行数据时发现，NO3-与膜污染的相关性甚至强于温度Thanh等也证实，当NO3-存在时MBR产水中存在大量亲水性物质NO3-能否作为反映膜污染性能的又一项控制指标，有待于进一步考察膜污染基本概念、数学模型和控制MBR膜污染的形成及其影响因素生物相随运行时间的延长，MBR系统中优势种群依次为游泳型纤毛虫、累枝虫和钟虫、表壳虫、