0引言
由于淡水资源的紧缺，火电厂已逐步采用经过处理后的城市巾水作为补水水源。由于城市中水有机物、氨氮、总磷含量较高，膜生物反应器(MBR)适宜对其进行处理。MBR主要包括生物反应系统和膜分离系统2部分。生物反应部分主要通过生物处理，降低水中的有机物、氨氮及磷等物质含量．再通过膜组件将污水中所有的生物菌种截留在反应器内，达到固液分离的效果。浸没式MBR膜组件浸没在膜池巾，直接与生物反应混合液接触，混合液悬浮物含量高，并含有大量菌体，易造成膜组件的污染及堵塞。
现阶段火电厂采用MBR系统相对较少，缺少运行经验．本文通过对某电厂MBR系统长期运行后膜组件污染物质及膜表面污染情况进行分析，对MBR膜系统污染、堵塞相关问题进行研究。
1 某电厂MBR系统基本情况
某电厂MBR系统进水水质如表1所示。
该MBR系统由6列膜池单元组成，每列膜池放置7个超滤膜组件。MBR超滤膜组件型号为ZW 550 d（GE公司生产），膜材质为聚偏氟乙烯PVDF,性能参数如表2所示，其中跨膜压差是指膜进水压力与膜出水压力之差。
MBR系统运行期间控制污泥（固体悬浮物ss）为3 000 mg/L，出水水质稳定，浊度小于0.5 NTU，COD质量浓度小于40 mg/L，氨氮质量浓度小于0.5 mg/L。运行5年后膜组件外观如图1所示。
从图1可以看出，膜组件在长期运行条件下，通过系统自身反洗以及定期化学清洗，膜丝表面仍然粘附了较多污泥。相比新膜组件，膜丝存在拉伸的现象，膜丝的强度、膜孔径分布以及膜产水量受到影响。
2膜组件表面污染物元素分析
取MBR系统第3列以及第6列膜池中每个膜组件上的膜丝进行X-射线能谱分析。结果如表3所示。MBR系统中含有大量的活性污泥，微生物在代谢过程巾会产生大量的有机物，包括胞外聚合物(EPS)即多糖类、蛋白质类、核酸、腐殖质等粘性物质。这些有机物在膜表面吸附和累积，导致膜表面泥饼层及凝胶层逐渐形成，使膜比通量下降（本文将单位时间、单位操作压力下每平方米膜面积所透过的水量定义为膜比通量，单位为L/(m2.h.kPa））。从表3结果可以看出，膜丝表面污染物质中C元素最多，质量分数为48%～620/0，氧元素其次，为20%～38%，氮元素第3，为1I%～14%,即C、0、N这3种有机物的主要组成元素合计大于90%。由此推断膜丝表面附着的物质绝大部分为有机物，其中氮元素含量相对较高，推断有机物污染中含有一定量的蛋白类物质。
膜丝表面除有机物外，还含有少量Mg、Ca、Fe、Al、Si等元素（质量分数均小于0.5%），由此判定有机污染是造成膜污染堵塞的主导因素。
3膜丝电镜分析
3.1 第3列膜池膜组件膜丝电镜照片
取第3列膜池1~6号膜组件上的膜丝进行电镜分析，结果如图2所示。由图2放大500倍的电镜图片可以看出，膜表面污染层是由底部较为致密的污染层和上面附着的颗粒物组成；膜表面附着的颗粒物为水透过膜时被截留下来的部分活性污泥及胶体物质，该污染层属可逆污染，通过水力清洗可恢复部分膜通量。1号、2号膜组件的膜丝表面污染层结构基本一致且比较粗糙，膜表面吸附的颗粒杂质较为均匀、密集。由图2放大5 000的图片可以看出，膜丝表面污染层较为松散，膜表而粘附有较多活性污泥颗粒；3~6号膜组件的膜丝表面污染层结构相似，该污染层由底部凝胶层和上面附着的细小颗粒物组成。膜丝表面吸附的颗粒物质、胶体杂质小而分散，表明膜组件反洗效果较好，通过周期性反洗可清除膜表面附
着的颗粒物质和活性污泥，但不能清洗掉凝胶层。
3.2 第6列膜池膜组件膜丝电镜照片
存第6列膜池1~6号膜组件上分别取膜丝进行电镜分析．结果如图3所示。
从图3可以看出，膜丝表面覆盖了1层较厚的滤饼层，颗粒物质、悬浮物质等相互粘连沉积在膜丝外表面。与第3列膜组件的分析结果一致。
膜运行过程中水透过膜，而活性污泥和胶体物质被截留下来，这些被截留下来的物质在过滤压差和透过水流的作用下堆积，逐渐积累最终形成凝胶污染层。膜表面形成的污染层直接改变了膜丝表面的孔隙率和结构，对产水造成较大阻力。
3.3膜丝断面电镜照片
将8个膜组件膜丝断面放大2 000倍．结果如图4所示。从图4可以看出，靠近膜丝皮层处的膜孔堵塞和窄化状况严重。随着膜系统运行时间延长，颗粒物、胶体等大于膜孔径的微小颗粒吸附在膜孔表面，造成膜孔堵塞：小于膜孔径的杂质以及有些略大于膜孔的杂质在压力作用下进入膜孔内，造成膜孔窄化。此外，膜孔间的相互贯穿度降低，特别是靠近膜皮层部分的膜孔堵塞严重，局部区域出现膜孔被完全堵塞的现象。
4化学清洗情况
某电厂MBR系统运行5年期间，共进行过5次化学清洗，每次化学清洗后膜系统参数如表4所示。该电厂MBR系统化学清洗采用MBR生产厂推荐的清洗方式，首先采用次氯酸钠清洗．次氯酸钠质量浓度为2 000 mg/L，清洗液pH值通过NaOH调至11.0，清洗液循环清洗24 h后浸泡12 h，再循环清洗24 h。次氯酸钠清洗后采用柠檬酸进行酸洗，控制柠檬酸溶液pH值为2.0左右，清洗方式同次氯酸钠清洗。表4中第0次清洗时的参数为膜系统投运初始参数。由表4可知，膜系统经第1次化学清洗后，膜比通量恢复率为90.4%．跨膜压差恢复到24.7 kPa,化学清洗后MBR产水通量和跨膜压差基本可以得到恢复，清洗效果显著：第2次化学清洗后膜比通量恢复率为88.7%，恢复到新膜运行时的80.2%：第3次化学清洗膜比通量恢复率为87.4%，恢复到新膜运行时的70.1%：第4次化学清洗后膜比通量恢复率为86.80/0．恢复到新膜运行时的60.9%；第5次化学清洗膜比通量恢复率为74.7%，恢复到新膜运行时的45.5%。
从电镜图片可知，膜表面形成明显不可逆污染层，难以通过化学清洗手段将其去除，因此每次化学清洗后系统膜比通量基本仅能恢复到前一次清洗后的75%～90%．随着运行时间的延长，化学清洗对膜的恢复率越来越低。同时，清洗周期逐渐缩短，清洗频率逐渐升高。
5讨论
根据某电厂MBR系统5年的运行数据可知，该装置长期运行稳定性较高，对水中COD、氨氮等生化指标具有良好的降低作用，同时MBR系统出水浊度小于0.5NTU，出水水质稳定。但由于膜系统直接接触活性生物污泥．微生物代谢产物等水溶性大分子对膜污染影响较大，若系统反洗、曝气周期控制过长，易加快膜污染堵塞。凶此，应根据水质合理控制MBR膜系统反洗、气洗周期，有机物含量高时，应增大反洗频次。
某电厂MBR系统设计为当跨膜压差达到上限值时才进行化学清洗．平均约12个月左右化学清洗1次。从多次化学清洗效果可见，随着运行时间增加，化学清洗效果逐渐降低。这是由于当跨膜压差达到设计上限值时，膜负荷增大，污染层被压实．不可逆污染增强．从而影响膜的化学清洗效率。因此，对于MBR系统，应缩短膜系统化学清洗周期、优化清洗工艺，建议当膜系统跨膜压差开始明显增高时就应对膜组件进行化学清洗．以达到良好的清洗效果。
6结语
本文研究结果表明．MBR膜丝表面主要为有机物污染，C、O、N等3种元素合计大于90%，生物污泥、胞外聚合物、蛋白质等水溶性大分子是造成膜污染堵塞的主要凶素。随着运行时间延长．膜系统出现明显不可逆污染层，其严重影响膜透过性，降低膜比通量．且通过化学清洗难以去除。因此，运行时需及时关注跨膜压差，尽量避免不可逆污染层的形成和发展．以提高MBR膜系统运行效率和延长MBR膜的使用期限。
7摘 要：为节约水资源，城市中水正逐步用作电厂补充水。为防止可能带来的污染，启用膜生物反应器(MBR)成为日前首选。通过对某电厂长期运行的MBR系统膜组件进行污染物成分分析及电镜分析，研究了浸没式MBR膜系统主要污染物及运行周期对膜污染程度的影响。研究结果表明，浸没式MBR膜系统主要为有机物污染，随运行时间增加，污染物形成密实且不可逆堵塞层，导致膜孔隙窄化、膜系统化学清洗效率降低 建议缩短膜系统化学清洗周期、优化清洗工艺，并应在膜系统跨膜压差明显增高初期对膜组件进行化学清洗．以达到良好的清洗效果、
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