1、污泥混合液特性

膜生物反应器中的膜污染物质的来源是活性污泥混合液，污泥混合液对膜的污染极为复杂。

1）EPS和SMP

胞外聚合物（EPS）和溶解性微生物产物（SMP）都是微生物代谢产物，成分大致相同，它们对膜污染有着重要且复杂的影响，是MBR过程中最主要污染物。

EPS浓度过高，会增大混合液粘度而不利于溶解氧的扩散，使污泥系统充氧困难，从而影响菌胶团的正常生理活动，从而使膜过滤阻力升高。而EPS含量过低，会引起絮状物分解，从而对MBR的运行不利。

一般来说，MBR中SMP对膜的污染趋势随MLSS的增加，有机物载入量的下降，以及溶解氧的升高而减弱。

2）混合液悬浮固体浓度MLSS

MLSS浓度直接影响混合液粘度，粘度升高是MLSS上升引起混合液过滤性能下降的主要原因，如果错流速率或者曝气强度不足以冲刷掉附着在膜表面的固体，将很快引起污染层的产生。

3）粘度

混合液粘度受MLSS影响，MLSS浓度高于临界值时，粘度随固体浓度增加而指数升高。

在中空纤维MBR中，混合液粘度影响气泡大小，及纤维膜在反应器中的灵活性。另外，粘度升高会使溶解氧DO传递效率下降，低溶解氧浓度会加剧膜污染趋势。

4）污泥亲疏水性

污泥的疏水性和表面电荷都与胞外聚合物的组成和性质以及丝状细菌生长指数有关，丝状细菌过量繁殖会产生大量，使电势下降，絮状污泥形状不规则，疏水性增强，导致严重的膜污染。

5）污泥颗粒大小

膜通量下降主要是由于2um左右的颗粒引起的。一般来说，颗粒尺寸越小，颗粒越易在膜面沉积，形成的沉积层也越致密，透水性越小，故颗粒尺寸过小将加剧膜污染。

6）污泥沉降指数SVI

尽管对膜污染没有直接影响，但污泥沉降指数（SVI）能够反映出混合液中的有机物质的沉降性。

2、MBR过程的操作条件

操作条件直接或间接影响着膜污染和污泥的性质和组成。

1）污泥停留时间（SRT）

实际结果表明，增加SRT可以减少SMP和EPS的产生，膜污染率也会随之降低。但是，过长的SRT会使污泥浓度过高，也会带来过高的粘度并影响到传质和反应器的流体力学，导致更严重的膜污染。

2）水力停留时间（HRT）

虽然HRT对膜污染没有直接影响，但是短HRT会给微生物提供更多的营养物质，而使微生物快速生长，导致MLSS浓度升高，并且使通量增加，从而会增大膜污染发生的可能。

3）温度和pH

对比不同季节温度不难发现，低温期可逆污染更加严重，高温期不可逆污染发展更迅速。

MBR运行pH范围一般是6-9，当pH值高于其临界值时，膜污染迅速，而当温度升高时，最大允许pH值就会降低。

4）溶解氧（DO）

低浓度溶解氧会使细胞疏水性降低，而引起污泥絮体分解，当DO低于1mg/l时，SMP含量急剧升高 。溶解氧也会影响EPS和SMP中成分组成，在高溶解氧MBR体系中，蛋白和多 聚糖的比率也会升高，并且微生物群落组成会非常不同。

5）膜通量

对于所有膜过程，通量的升高都会引起膜污染的加剧。在通量的选择与膜面积最小化，反冲洗和化学清洗时间间隔最小化之间取得平衡，也直接影响着运行成本。

6）错流速率和曝气

在分体式膜生物反应器中，错流速率（CFV）是快速改变膜透过性的方法之一。

在高浓度和小孔径膜的系统中，CFV的增大可以缓解污染物在膜表面沉积。但对于混合液颗粒物相对较大的情况下，CFV的增强对通量升高没有甚至相反的作用。

3、膜的性质与膜组件结构

1）膜的孔径大小

小孔径膜，容易截留溶液中的污染物，在膜表面产生沉积层，使膜阻力增加。这类污染一般属于可逆污染，可以通过错流、反洗、曝气等物理方式去除，内部污染较小。

大孔径膜，在过滤初期膜孔堵塞较严重，随着表面动态膜的形成，截留作用开始提高。但是污染物易在膜孔表面和内部产生沉积和堵塞，形成不可逆污染甚至不可恢复污染，成为长期运行中造成膜性能下降，寿命减少的主要因素。

2）膜材料

针对厌氧MBR中不同膜材料的污染情况，研究表面在同样运行条件下，聚偏氟乙烯（PVDF）膜的污染趋势明显小于聚砜膜（PS）和纤维素膜。

值得一提的是，当活性污泥有机物组分中存在与膜材料相似的聚合物时，不可逆污染物的成分取决于膜材料。

3）膜表面粗糙程度

膜表面粗糙度的增加使膜表面吸附污染物的可能性增加，但同时也增加了膜表面的挠动程度，阻碍了污染物在膜表面的沉积，因此粗糙度对膜通量的影响是两方面因素综合作用的结果。

4）亲疏水性

膜材料的憎水性对膜污染也有很重要的影响，比较了憎水性超滤膜和亲水性超滤膜，得出憎水性超滤膜膜面更容易吸附溶解性物质，表现出更大的易污染倾向。

目前，改变膜疏水性的方式大多是对膜材料进行改性。如改变孔径大小，膜表面粗糙程度，添加无机材料在膜表面形成动态预涂层等。

4、膜污染的控制措施

膜污染的形成主要因素有：膜固有性质、混合液性质和系统运行环境，控制及解决膜污染也应该从这三方面采取相应的措施。

（1）膜的固有性质

膜的物理及其化学性能是由膜材料决定的，膜在混合液中的抗污染能力与其材料有关。有研究表明膜的亲水性对抗污染能力有非常重要的影响。在有机膜材料中，有的是亲水性材质如PAN，大多数均为疏水性材质，像PVDF、PE、PS等。疏水性有机材料在应用时必须进行亲水性改造，由于改造工艺的差异，亲水性在使用过程中的流失就有了快慢之分。

此外，膜抗污染能力还与膜表面粗糙度、膜表面电荷、膜孔径等均有关系。一般来说，可以通过选择亲水性更好的膜材料，改善膜表面的粗糙度，选用与混合液电位相同的膜材料和合适的膜孔径来改善膜抗污染的能力。

（2）混合液的性质

膜污染很大程度是膜与混合液之间的相互作用的影响结果，混合液的性质包括污泥浓度和黏度、颗粒分布、溶解性有机物浓度、微生物代谢产物浓度等。

（3）系统运行环境

1）次临界通量

临界通量的定义为，存在这样一个通量，当通量大于此值时，TMP增加明显；而当通量小于此值时，TMP保持稳定不变。运行通量值在次临界的范围，有时候运行通量仅为临界通量的50%左右。

2）合理的曝气

曝气过大时，会导致膜表面沉积的颗粒粒径减小，使滤饼的结构更加致密，从而使膜过滤阻力增加；相反的，曝气量过小时，扰动削弱，污染会加重，因此要选择合适的曝气量。

3）运停交替

膜表面的污染形成需要一个过程。首先，污染物会在膜表面吸附、沉积、聚集，采用间歇抽吸的操作模式旨在通过定期的停止膜过滤，以使沉积在膜表面的污泥在曝气和水流所造成的剪切力作用下从膜表面脱落下来，使膜的过滤性能得以恢复。一般抽吸时间越长，悬浮固体在膜表面积累的程度越大；停止的时间越长，膜表面沉积污泥脱落越彻di，膜过滤性能也能恢复越多。