一、膜污染

膜污染是影响膜生物反应器推广应用的主要因素。膜污染导致膜通量下降，增加膜组织更换和膜的清洗的频率，会增加膜生物反应器的运行费用。根据国际纯粹和应用化学协会的定义，由于悬浮物或可溶性物质沉积在膜表面、孔隙和孔隙内壁，从而造成膜通量降低的过程称为膜污染。根据该定义，膜污染可划分为如下过程：膜孔内壁的吸附、膜孔的堵塞、膜表面泥饼层的压实和形成、浓差极化。膜污染是运行中一系列增加膜阻力的总称，可通过几种物理、化学和生物作用而产生，并通过浓差及化使污染加剧。

1.膜污染机理

影响膜生物反应器膜污染的因素可划分为3大类：膜组件（如膜材料、膜孔径和分布、膜组件的构造）、操作条件（如压力、错流速率和紊流）、污泥混合液特性。膜生物反应器处理污水不同于常规的膜过滤污水，因此，研究膜生物反应器的膜污染机理，不仅需要考虑常规的膜污染过程，并且应充分考虑到混合悬浮液的生物动力学特性及其与膜过滤的关系。至今，膜生物反应器的膜污染机理并没有完全弄清楚，还需要进一步的研究。

浓差极化（CP）是指在膜与溶液界面区域形成区域层或液膜层中浓度积累的趋势。该层包括接近直流层的液体，在膜表面流速一定为零，表明了此层中唯一的对流慢得多，污染物质在此积累。错流条件下压力驱动膜过程中，膜通量较大，边界层的浓度积累越高，边界层的浓度积累越高，浓度梯度就越大，浓度梯度越大，扩散就越快，这些传质速率处于动态平衡。膜液体就越快，这些传质速率处于动态平衡。膜与液体界面上被膜截留的有机溶质的沉积形成了凝胶层，可能比膜本身具有较高的选择性和较低渗透性，可看成动态膜。可通过减小膜通量、增大紊流以减小水动力学边界层的厚度、预处理或在线处理的方法去除。

2.膜污染

膜运行一段时间后因为污染导致通量降低。膜污染是处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子，由于膜面的物理化学作用或机械作用引起在膜面的沉淀与积累或膜孔内的吸附造成孔径变小或堵塞，阻力增大，妨碍了膜面的溶解与扩散，导致膜产生通透流量与分离特性的不可逆变化现象。广义的膜污染包括由于不可逆的吸附、堵塞引起的污染，由于可逆的浓差极化导致凝胶层的形成，共同造成膜污染。膜污染的影响因素很多。

控制膜污染的对策有:气、水反冲洗，或气/水混合反冲洗，化学清洗，膜材料改性，膜组件的优化设计，临界通量控制，水动力学控制，空气喷射和活塞流。

膜污染包括无机污染、有机污染和微生物污染三种。

(1)无机污染指结垢物质，常见的是碳酸钙、硫酸钙。保持水的紊流状态可减少膜污染。由于化学沉降引起及二氧化硅胶体富集作用决定。

(2)有机污染指膜的特性，如表面电荷、憎水性、粗糙度、对膜的有机吸附等，研究表明:细胞外聚合物、溶解性有机物及细微粒胶体形成凝胶层导致膜通量下降。

(3)微生物污染微生物及代谢物，膜面上吸附的有机物，为微生物生存提供了条件，形成一层生物膜，造成不可逆堵塞，膜通量下降。

二、膜清洗

膜面的堵塞物有矿物质、蛋白质、糖类等，膜分离的对象一般是各组分的混合物，各组分间存在复杂的物理化学作用，膜表面堵塞往往是各类组分共同作用的结果，难以确定其种类。发生堵塞后常用物理方法、化学方法进行清洗，必要时两种方法可交叉使用。

1.常用的物理清洗技术

水力清洗着重去除可逆污染物和部分不可逆污染物。

(1)清水或气水混合物正向冲洗膜出水以高速低压冲洗膜表面。水力剪切作用、减少膜面上的堵塞物，恢复透水量。单独使用时效果不佳。

(2)清水或气水混合物反向冲洗根据堵塞的程度可选择不同的反冲压力流速和历时，对初期堵塞有效。

(3)水力输送海绵球去除软质堵塞物其直径略大于膜管直径，在水压推动下流经堵塞的膜表面，进行强制性冲洗，适用于有机胶体为主的堵塞。操作复杂，往往会损伤膜表面。

2.化学清洗技术

常用酸清洗剂、碱清洗剂、酶清洗剂、表面活性剂、络合剂、消毒剂、复合剂清洗。清洗效果与清洗剂种类、浓度、温度、pH值等有关。

(1)碱清洗剂氢氧化钠溶解二氧化硅、溶解性蛋白质、皂化脂类;碳酸盐调节pH值;磷酸盐常用于分散剂、溶解碳酸盐、调节pH值等

(2)酸清洗剂硫酸使用时有危险，不挥发，其成盐的溶解度较小，很少用于膜的清洗;盐酸最常用，适合于低温操作，广泛去除二氧化硅外几乎所有堵塞物的清洗，但可能产生HCI对钢材产生腐蚀，应用受到一定的限制;硝酸的化学反应剧烈，成盐溶解度大，应用较广，但对低碳钢有轻微腐蚀;氢氟酸的化学反应剧烈，溶解度大，较好地溶解二氧化硅类堵塞物，其挥发性、腐蚀性极强，毒性大而且难处理，很少使用;氨基磺酸呈粉状，易处理，与碳酸盐、氢氧化物等堵塞物反应剧烈，对铁氧化物的溶解能力弱，其钙盐的溶解度大，适合于钙盐和氧化铁水合物为堵塞主体的膜面污染的清洗;柠檬酸是固体，危险小易处理，与堵塞物形成盐溶解度较大，常用于清洗剂的助剂使用。

(3)酶清洗剂对有机物，特别是蛋白质、油脂类多糖类的堵塞物有效，但价格昂贵，反应速度慢，需时间较长，残留的酶会影响微生物的生长。

(4)表面活性剂主要有阴离子、阳离子、非离子类表面活性剂，可以改善清洗剂和膜

面接触，减少用水量，缩短时间。阴离子的pH值呈中性，是有机发泡剂，阳离子由四元氨基化合物构成，其活性较差，但在很低的浓度下也能抑制微生物的生长，非离子类表面活剂由浓缩产品组成，具有低泡易洗脱，不受pH值限制的特点。

(5)络合剂几乎与所有的金属离子络合，反应速度快，生成的鳌合物大都水溶性好，

并且比较稳定。

(6)消毒清洗剂具有极强的氧化能力，消毒的同时有效地清除膜面上堵塞物中的有机物，恢复膜通量。次氯酸钠可有效清除以有机物为主的堵塞物，化学反应快，清洗历时短，但腐蚀性很强，特别是pH值低时，对不锈钢有明显的腐蚀作用，当温度高时，溶解的氯气会逸出，对人产生危害。双氧水是二元弱酸，遇光、氧化物、还原物即可分解产生大量的泡沫，是较温和的消毒剂，1.2%的水溶液可清除堵塞的有机物。

(7)复合型清洗剂碱性清洗剂、磷酸盐、络合剂、酶洗剂等的混合物，比单独的清洗剂使用好，已有产品出售，但价格高。

其中最常用的酸清洗剂是硝酸、柠檬酸、盐酸;碱清洗剂是氢氧化钠、氢氧化钾，消毒剂是次氯酸钠。复合剂在欧美国家常用。

(7)复合型清洗剂碱性清洗剂、磷酸盐、络合剂、酶洗剂等的混合物，比单独的清洗剂使用好，已有产品出售，但价格高。

其中最常用的酸清洗剂是硝酸、柠檬酸、盐酸;碱清洗剂是氢氧化钠、氢氧化钾，消毒剂是次氯酸钠。复合剂在欧美国家常用。

理想的清洗剂具备以下特征:松动或溶解膜面污染物;使膜面堵塞物分散或呈溶解状态;不能导致新的堵塞;对本身的装置不能有腐蚀;对膜面及管路系统同时有消毒作用。

在实际清洗中应针对不同材质和形式的膜组件及不同的分离对象，选择不同的清洗剂和

清洗程序，尤其是必须考虑整个管路系统及循环泵各部件的耐受能力。一般对含油造成的堵塞采用碱+表面活性剂进行清洗;对钙、铁、锰等沉积物采用酸+表面活性剂进行清洗;对凝胶、黏泥等有机物最好采用碱+氧化剂进行清洗。

清洗的环境条件也重要，其他条件不变时，温度越高，反应速度越快，腐蚀越严重;膜面流速越高，水力剪切产生的物理剥离越明显;清洗剂的价格操作步骤等也要进行优化。