生物反应器中膜面污泥沉积速率及其影响因

膜污染是影响膜

-生物反应器稳定运行的关键因素。膜面污泥的沉积是造成膜污染的主

要构成部分。而污泥颗粒在膜面的沉积与否与膜面液体错流流速、膜通透量、污泥浓度和污泥
粒径等密切相关。这些操作条件决定着膜面污泥沉积速率的大小，进而对膜污染发展速率有
着重要影响。综合研究曝气量、膜通量和污泥浓度对膜面污泥沉积速率的影响，针对不同的
污泥浓度，选择适宜的曝气量和膜通量，对减缓膜污染，降低膜

-生物反应器的运行能耗具

有重要意义，但有关这方面的系统研究尚未见有报道。本研究将以一体式膜

-生物反应器为

研究对象，通过均匀设计试验，研究膜面污泥沉积速率与操作条件之间的关系，并建立有
关数学模型，为一体式膜

-生物反应器的优化运行提供依据。2. 试验装置与方法

　　

2.1 试验装置

　　试验中使用两套相同的一体式膜

-生物反应器装置同时运行。生物反应器有效容积为

180L，被两块挡板分割成一个升流区和两个降流区。采用的膜组件是中空纤维微滤膜，孔
径为

0.4μm， 膜面积为 3m2，置于升流区内，膜下设有穿孔管鼓风曝气。膜组件的运行采用

间歇操作模式，抽吸出水

15min，停抽 5min。

　　

2.2 试验设计

　　为建立膜间液体上升流速及膜面污泥沉积速率的数学计算模型，本试验采用均匀设计
的试验方法，对曝气量（

G）、膜通量（J）和污泥浓度（X）分别取 10 个水平（G：10～

100m3/(m2.h)；J：4.5～27 L/(m2.h)；X：2～20 g/L），然后按照均匀设计表 U11（1110）
安排

10 次试验，在每次试验中考察膜间液体上升流速和膜过滤阻力上升速率。膜间液体上

升流速采用

LS45 型旋杯流速仪测定。

3. 结果与讨论
　　

3.1 膜间液体上升流速模型

　　通过均匀设计试验，建立了适于活性污泥混合液（非牛顿流体）条件下的膜间液体上
升流速模型：

Usr=1.311·ULr1.226·e-0.0105x

　　式中，

Usr 和 ULr 分别为活性污泥混合液中和清水中的膜间液体上升流速。清水中的膜

间液体上升流速

ULr 与曝气强度密切相关，随曝气强度的增加而增大。混合液污泥浓度对

膜间液体上升流速起着负面影响。
　　

3.2 膜面污泥沉积速率模型

　　通过均匀设计试验，测定了不同操作条件下膜过滤阻力的变化（图

1 为示例）。由该图

可知，膜过滤阻力基本上随时间线性增加。因此，可以通过直线拟和，求出膜过滤阻力上升
速率

(K)，并建立 K 与操作条件的关系式，如下：

K=(8.933×107)·X0.532·J0.376·ULr-3.047　　　　　(2)

　　由此模型可知，污泥浓度及膜通量对污泥沉积速率均有正影响，而膜面流速则表现出
显著的负影响。