（I）. Анализ причин засорения MBR
1. Качество сточных вод
Характер сточных вод оказывает большое влияние на засорение MBR. Высокая концентрация органических веществ, неорганических солей, взвешенных частиц и микроорганизмов увеличивает степень засорения мембраны. Например, при очистке сточных вод печатного и красильного производства органические вещества, такие как красители и добавки, и неорганические вещества, такие как ионы тяжелых металлов, содержащиеся в сточных водах, легко осаждаются на поверхности мембраны и в ее порах, вызывая засорение. Согласно исследованиям, на каждые 100 мг/л увеличения концентрации красителя в сточных водах для печати и окрашивания скорость снижения потока через мембрану увеличивается примерно на 15% - 20%; когда концентрация ионов тяжелых металлов (таких как медь, цинк и т.д.) превышает 5 мг/л, это также значительно ускоряет процесс засорения мембраны.
(II) Условия эксплуатации
1. Скорость потока
При меньшей скорости потока сточные воды слишком долго остаются на поверхности мембраны, что увеличивает вероятность осаждения загрязняющих веществ и легко приводит к засорению мембраны. Хотя более высокая скорость потока может уменьшить осаждение загрязняющих веществ, она также увеличит силу сдвига мембраны и приведет к ее механическому повреждению. Исследования показали, что при скорости потока менее 0,5 м/с скорость осаждения загрязняющих веществ на поверхности мембраны значительно увеличивается, а при скорости потока более 2 м/с возрастает риск механического повреждения мембраны. Поэтому обычно рекомендуется регулировать скорость потока в системе MBR в пределах 0,8-1,5 м/с.
2. Давление
Слишком высокое трансмембранное давление ускорит адсорбцию и осаждение загрязняющих веществ на поверхности мембраны, а также приведет к попаданию большего количества загрязняющих веществ в поры мембраны, что приведет к увеличению засорения. Согласно экспериментальным данным, при увеличении трансмембранного давления с 0,1МПа до 0,3МПа, осаждение загрязняющих веществ на поверхности мембраны увеличивается примерно на 30% - 40%. Поэтому в реальных условиях эксплуатации необходимо разумно контролировать трансмембранное давление, обычно в диапазоне 0,05 - 0,2 МПа.
3. Интенсивность аэрации
Аэрация играет важную роль в системах MBR. Она не только обеспечивает кислородом микроорганизмы, но и создает сдвиговое усилие на поверхности мембраны за счет эффекта подъема пузырьков, что предотвращает осаждение загрязняющих веществ. Однако чрезмерная интенсивность аэрации может привести к повреждению мембраны, а слишком низкая интенсивность аэрации не может эффективно предотвратить засорение мембраны. Исследования показали, что при интенсивности аэрации 10-20 л/(м²-ч) можно эффективно предотвратить накопление загрязняющих веществ на поверхности мембраны; если интенсивность аэрации превышает 30 л/(м²-ч), риск повреждения мембраны значительно возрастает.
(III) Характеристики мембраны
1. Материал мембраны
Различные мембранные материалы обладают разными поверхностными свойствами и химической стабильностью, их адсорбционные и антизагрязняющие способности также различны. Например, мембрана из поливинилиденфторида (PVDF) обладает хорошей химической стабильностью и противозагрязняющими свойствами, в то время как мембрана из полиакрилонитрила (PAN) относительно восприимчива к органическим загрязнениям. Согласно сравнительным экспериментам, после работы в течение определенного периода времени в одинаковых условиях сточных вод, снижение потока у мембраны PAN примерно на 25% - 35% выше, чем у мембраны PVDF.
2. Размер пор мембраны
Размер пор мембраны напрямую влияет на эффект удержания загрязняющих веществ и риск засорения. Меньшие поры мембраны могут более эффективно задерживать загрязняющие вещества, но также легче забиваются мельчайшими частицами и коллоидами; большие поры мембраны могут снизить риск засорения, но эффект удержания загрязняющих веществ будет снижен. Исследования показали, что при уменьшении размера пор мембраны с 0,1 мкм до 0,01 мкм степень удержания загрязняющих веществ может быть увеличена с 80% до более чем 95%, но при этом риск засорения мембраны также увеличивается примерно в 3-5 раз.
（IV）. Профилактические меры при засорении MBR
1. Оптимизация предварительной обработки сточных вод
Перед тем как сточные воды попадут в систему MBR, эффективная предварительная обработка может удалить большую часть взвешенных веществ, крупных частиц и некоторых органических веществ, снизив степень загрязнения мембраны. К распространенным методам предварительной обработки относятся сита, песколовки, коагуляционное отстаивание, фильтрация и т. д. Например, использование грохотов позволяет эффективно удалять плавающие вещества и взвешенные вещества с размером частиц более 10 мм в сточных водах; песочница может удалять неорганические частицы, такие как песок с размером частиц более 0,2 мм; коагуляционное отстаивание может обеспечить скорость удаления взвешенных веществ в сточных водах до 80% - 90%; фильтрация может дополнительно удалить частицы с меньшим размером частиц и коллоидные вещества, значительно улучшая качество воды в сточных водах, поступающих в систему MBR.
2. Разумный контроль условий эксплуатации
1. Контроль расхода
В соответствии с характеристиками мембраны и характером сточных вод, скорость потока сточных вод разумно регулируется для обеспечения эффективного удаления загрязняющих веществ и снижения риска засорения мембраны. Как правило, рекомендуется более высокая скорость поверхностного потока, чтобы увеличить силу сдвига на поверхности мембраны и предотвратить осаждение загрязняющих веществ. Например, в некоторых системах MBR в реальных условиях эксплуатации, когда скорость поверхностного потока регулируется на уровне 1,0-1,2 м/с, скорость осаждения загрязняющих веществ на поверхности мембраны значительно снижается, а стабильность мембранного потока улучшается.
2. Контроль давления
Строго контролируйте трансмембранное давление, чтобы избежать чрезмерного давления, которое может привести к закупорке мембраны. Установив устройство контроля давления, можно отслеживать изменения трансмембранного давления в режиме реального времени и регулировать рабочие параметры в зависимости от фактической ситуации. Например, когда трансмембранное давление превышает заданное значение (например, 0,15 МПа), автоматически снижается интенсивность аэрации или регулируется поток сточных вод, чтобы поддерживать трансмембранное давление в разумных пределах.
3. Контроль аэрации
Разумно регулируйте интенсивность аэрации, чтобы обеспечить достаточную силу сдвига на поверхности мембраны для предотвращения осаждения загрязняющих веществ и избежать повреждения мембраны. Интенсивность аэрации можно регулировать в зависимости от таких факторов, как тип мембраны, характер сточных вод и работа системы. Например, для сточных вод, склонных к загрязнению, интенсивность аэрации может быть соответствующим образом увеличена на ранней стадии работы системы для усиления эффекта очистки поверхности мембраны; по мере стабилизации работы системы интенсивность аэрации может быть постепенно уменьшена для экономии энергии.
(III) Выбор соответствующих мембранных материалов и мембранных компонентов
В соответствии с характеристиками качества воды и требованиями к очистке сточных вод выбирайте мембранные материалы и мембранные компоненты с хорошими антизагрязняющими характеристиками. Например, для сточных вод, легко загрязняемых органическими веществами, можно выбрать мембранный материал с хорошей гидрофильностью поверхности; для сточных вод, содержащих высокие концентрации неорганических солей, можно выбрать мембранный материал, устойчивый к химической коррозии. Согласно исследованиям, при очистке органических сточных вод мембранные материалы с углом контакта поверхности менее 70° (лучшая гидрофильность) имеют эффективность защиты от загрязнения примерно на 40% - 50% выше, чем мембранные материалы с углом контакта более 90°.
（V). Метод очистки от засорения MBR
1. Физическая очистка
1.1. Обратная промывка
Обратная промывка - это широко используемый метод физической очистки, при котором используется обратный поток воды для смыва загрязнений с поверхности мембраны. Частоту и интенсивность обратной промывки необходимо регулировать в зависимости от реальных условий, чтобы избежать повреждения мембраны. В целом, регулярная обратная промывка (например, каждые 8-24 часа) с продолжительностью промывки 10-30 минут может эффективно удалить большую часть загрязняющих веществ на поверхности мембраны и восстановить ее поток. Эксперименты показали, что после обратной промывки поток мембраны может быть восстановлен примерно до 80%-90% от первоначального потока.
1.2 Воздушно-водяная смешанная очистка
Воздушно-водяная смешанная очистка сочетает в себе эффект подъема пузырьков и промывочный эффект потока воды, что позволяет более эффективно удалять загрязняющие вещества на поверхности мембраны. В процессе смешанной очистки воздух-вода сила удара, возникающая при лопании пузырьков на поверхности мембраны, может отслаивать загрязняющие вещества от поверхности мембраны, а поток воды может уносить отслоившиеся загрязняющие вещества. Согласно исследованиям, эффект смешанной воздушно-водяной очистки (соотношение воздуха и воды 1:1 - 2:1) лучше, чем простая гидравлическая промывка, а скорость восстановления мембранного потока может быть увеличена на 10% - 20%.
2 Химическая очистка
2.1 Маринование
Для очистки неорганических загрязнений, таких как накипь карбоната кальция, накипь сульфата кальция и т. д., может использоваться травление. Обычно используются соляная кислота, лимонная кислота и т. д. При травлении необходимо уделять внимание контролю концентрации кислоты и времени очистки, чтобы избежать коррозии мембраны. Например, травление раствором соляной кислоты с концентрацией 2% - 5% и временем очистки 30 - 60 минут может эффективно удалить накипь карбоната кальция, но мембрана должна быть тщательно промыта и нейтрализована после травления, чтобы остатки кислоты не повредили мембрану.
2.2 Щелочная промывка
Для очистки органических загрязнений, таких как жир, белок и т.д., можно использовать щелочь. Обычно используются такие щелочи, как гидроксид натрия, гидроксид калия и т. д. При промывке щелочью необходимо обращать внимание на контроль концентрации и температуры щелочи, чтобы предотвратить повреждение мембранного материала. Например, использование раствора гидроксида натрия с концентрацией 1% - 3%, промывка щелочью при температуре 40 - 60 °С и времени очистки 40 - 90 минут позволяет эффективно удалять органические загрязнения на поверхности мембраны.
2.3 Очистка окислителем
Для очистки от микробных и метаболитных загрязнений можно использовать окислители. Обычно используются такие окислители, как гипохлорит натрия и перекись водорода. Окислители могут разрушать клеточную структуру микроорганизмов и удалять такие загрязнители, как биопленки и внеклеточные полимеры. Например, использование раствора гипохлорита натрия с концентрацией 50-200 мг/л для очистки в течение 60-120 минут может эффективно уничтожить микроорганизмы, удалить биопленки и восстановить поток через мембрану.
