膜生物反应器(MBR)膜污染分析与化学清洗优化：从实验室到工程应用的膜解剖研究

为解决大型MBR工程中膜污染导致的频繁离线清洗和高运维成本问题，研究人员通过SEM-EDS、ATR-FTIR、FF-EEM和SCWF等膜解剖技术，揭示了混合市政(85%)与工业(15%)废水处理的MBR中空纤维超滤膜有机-无机-生物复合污染特征，优化出草酸(H2C2O4)先于次氯酸钠(NaClO)的清洗序列，工程应用使药剂成本降低43.1%、清洗时间缩短37.5%，为MBR高效低耗运行提供关键技术支撑。

　　

在污水处理领域，膜生物反应器(MBR)技术因其占地小、出水优的特点已成为全球主流工艺，中国更以总规模2300万吨/日的应用量领跑世界。然而，MBR运行中膜污染导致的通量衰减、能耗攀升问题始终是行业痛点——广州某地下式MBR厂处理16万吨/日混合污水(市政85%+工业15%)时，中空纤维超滤膜运行4年后出现严重污染，常规清洗方案效率低下且成本高昂。

针对这一工程难题，由广东基础与应用基础研究基金等项目资助的研究团队在《Separation and Purification Technology》发表重要成果。研究人员创新性地采用多尺度膜解剖技术：通过扫描电镜-能谱(SEM-EDS)观察表面元素分布，衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)解析有机物官能团，首次将正面荧光激发发射矩阵(FF-EEM)用于MBR膜污染原位检测，结合比清洁水通量(SCWF)定量评估污染程度。

膜污染特征解析
SEM-EDS显示污染膜表面存在Al、Si、Ca等无机元素与蛋白质多糖有机物的复合沉积；FF-EEM三维荧光谱图检测出类腐殖酸、类蛋白质等特征峰，证实有机-无机-生物污染的协同作用。SCWF测试表明双层膜组件中上层单元因污泥淤积导致通量较低，污染程度反而比下层减轻49%。

实验室清洗优化
通过梯度实验确定：次氯酸钠(NaClO)最佳为活性氯2400 mg/L(pH=11)作用12小时，草酸(H₂C₂O₄)最佳为10 g/L(pH=1.42)作用8小时。颠覆性地发现"酸洗先行"序列——草酸优先清洗可瓦解无机污染物与有机物的结合键，使后续NaClO对有机-生物污染去除效率提升1.8倍。

工程验证
在300 m³膜池的现场试验中，新方案较传统"NaClO+柠檬酸"序列节省药剂成本43.1%，缩短清洗时间37.5%。研究同时揭示膜组件上层因曝气不均导致的污泥淤积问题，提出需优化气流分布以释放其过滤潜能。

该研究首次将FF-EEM技术引入MBR膜解剖领域，建立的"污染特征解析-实验室参数优化-工程验证"技术路径，为大型MBR厂精准清洗提供了标准化范式。提出的"酸洗前置"理论突破了传统思维，其揭示的污染层结构瓦解机制对膜材料改性具有指导意义。广州净化公司的工程实践证明，该成果可使万吨级MBR厂年节约清洗成本超百万元，对推动污水处理行业降本增效具有重要价值。