曝气对膜生物反应器中膜污染的影响

       膜污染是制约膜生物反应器广泛应用的主要因素，而曝气过程又作为膜污染控制主要的手段而被普遍使用。曝气过程对膜污染的影响可以分为直接影响和间接影响2方面，直接影响主要为改变膜表面的流体动力学环境，增加膜表面的流体剪切力，以减少和去除膜污染物的附着；间接影响主要为改变反应器中混合液的特性，从而优化或劣化膜过滤的环境条件。
       通过控制曝气过程中的关键要素，可以有效减缓膜污染，促进膜生物反应器在更多领域的应用。
       膜生物反应器（简称MBR，Membrane Bioreactor）是将生物处理技术和膜过滤技术有机结合的产物［1］。相较于传统生物处理技术，膜生物反应器具有处理效果好、污泥浓度高、可应用范围广等特点［2-4］。然而在近几十年的发展过程中，膜污染问题成为制约膜生物反应器技术广泛应用的主要原因。
       膜污染是在膜过滤过程中，各类膜污染物在物理、化学、生物作用下吸附在膜表面，从而导致膜过滤性能下降的现象。常见的膜污染控制方法包括曝气冲刷、混合液特性调节、物理/化学反冲洗等方法，由于膜生物反应器通常需要通过曝气来维持反应器中一定的溶解氧浓度，因此利用曝气冲刷的方式来控制膜污染得到了最为广泛的应用。
       虽然几十年来国内外相关学者对曝气控制膜污染相关的课题进行了广泛研究，但其中绝大多数集中在实验研究方面，对众多实验结果的归纳比较却鲜见报道。因此，本文在广泛总结国内外相关研究的基础上，归纳出曝气过程对膜生物反应器中膜污染的主要影响途径，并进一步提出该过程中有效控制膜污染的关键因素，以期为后续实验研究和工程应用提供技术参考。
1曝气过程对膜生物反应器中膜污染的影响途径
       曝气过程对膜污染的影响途径可以从直接影响和间接影响2部分来进行分析。直接影响主要为对膜表面流体动力学环境的影响，间接影响主要为通过改变反应器中混合液的特性而导致膜污染特性发生变化，具体见图1。

1.1膜表面流体动力学环境
       膜表面流体动力学环境主要影响膜污染物在膜表面的附着，而曝气作用通常会有效改善反应器内和膜表面的流体动力学环境。曝气作用的影响因子可以从曝气强度、气泡特性以及曝气模式3方面进行讨论。
1.1.1曝气强度
       曝气强度是曝气过程最重要的参数之一，通常以曝气量和膜面积的比值作为衡量曝气强度的指标。张君等［5］以膜生物反应器处理模拟生活废水为研究体系，考察了曝气强度对系统污染物去除、混合液特性以及膜污染的影响。研究结果表明曝气产生的水力剪切力不是影响污泥粒径大小的主导因素，但水力剪切力有利于缓解膜污染。
       陶中兰等［6］则使用计算流体力学的方法研究了曝气条件对浸没式膜生物反应器内流场的影响，模拟结果表明曝气孔径一定时，随着曝气强度的增加，膜面的液相速度也逐渐增加，曝气孔径为1mm时，曝气量为5.5m3/h是膜面的冲刷效果较好。虽然曝气强度的增加可以显著改善膜表面的流体动力学条件，但过高的曝气强度缺不利于污泥絮体的集聚，并且会导致不必要的能耗，因此曝气强度的选择要适中。