浸沒式MBR化學清洗方式研究

苗子昂

（株洲市城市排水有限公司，湖南株洲412000）

浸沒式MBR化學清洗方式研究

苗子昂

（株洲市城市排水有限公司，湖南株洲412000）

以生活污水廠的實際運行情況對浸沒式MBR化學清洗方法進行分析比較，選擇最合適的清洗方法，為MBR工藝的運營與維護提供依據。

浸沒式MBR；跨膜壓差；化學清洗

膜生物反應器（MembraneBio-Reactor）是把膜技術與污水處理中的生化反應結合起來的一門新興技術，用膜對生化反應池內的泥水混合液進行過濾，實現固液分離。一方面，膜截留了反應池中的微生物，使池中的活性污泥濃度大幅增加，使降解污染物的生化反應進行得更迅速更徹底；另一方面，由于膜的高過濾精度，保證了出水清澈透明，得到高質量的產水。

MBR的類型根據膜的使用方法不同分為外置式和內置式（即浸沒式）兩種。外置式是用泵將生物反應池的泥水混合物通過膜組件進行錯流過濾循環，得到潔凈的透過水，而內置式則是將膜組件直接浸漬于生化反應池中，直接從膜元件中抽出凈水。目前，世界上投入運營的膜生物反應器大多數是內置式的。

1 相關概念

（1）膜污染。膜污染是指料液中的微粒、膠體粒子、溶質分子或細菌由于與膜之間存在物理化學作用而在膜表面及膜孔中沉積或滋生使膜孔堵塞或變小，導致跨膜阻力增大，膜通量下降的現象。影響膜污染的因素很多，比如溶質大小、菌類的滋生、膜結構、膜的物理特性、膜——溶質——溶劑之間的相互作用(包括靜電作用力、范德華力、溶劑化作用、空間立體作用)。膜污染從工藝參數中表現為跨膜壓差的上升。

（2）跨膜壓差(Trans-membrane Pressure)。跨膜壓差簡稱TMP，是驅動水透過膜所需的壓力，為進水側壓力和過濾液側壓力的差值，即膜兩側壓力差值。TMP會隨著膜系統的運行而逐漸增加，當TMP超過50kPa時，必須進行化學清洗。TMP=膜絲外側壓力（kPa）-膜絲內側壓力(kPa)

（3）氣洗。通過連續曝氣沖刷MBR的膜組件，從而在膜絲周圍形成水流和氣泡的湍流，通過膜絲抖動和膜絲之間的相互摩擦使得沉積在膜表面的污染物脫落。本項目使用鼓風曝氣系統對MBR膜進行連續曝氣。

（4）清水反洗。與過濾過程的水流方向相反，從膜絲的產水側把等于或優于透過液質量的水輸向進水側。因為水被從反方向透過中空纖維膜絲，從而松懈并沖走了膜表面在過濾過程中形成的污染物。本項目清水反洗周期為1～3天一次。

（5）化學清洗。使用化學藥劑對膜組件進行清洗以達到恢復膜過濾性能的清洗方法。本項目使用的化學清洗方法有原位化學浸泡清洗、離線化學浸泡清洗、化學增強反洗（CEB）。根據清洗對象的不同，可供使用的藥劑和濃度如表1所示。

表1 化學清洗藥劑種類和濃度

2 項目簡介

龍泉污水處理廠三期工程采用倒置式A2O+浸沒式MBR工藝，工藝流程如圖1所示。

圖1 龍泉污水處理廠（三期）工藝流程圖

設計處理水量為10萬t/日，設計進水水質標準參照《污水排入城市下水道水質標準》（CJ3082—1999），如表2所示。出水水質標準執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標。

表2 設計進水水質

MBR系統采用浸沒式中空纖維簾式膜，材質為PVDF，采用雙層膜架，膜系統參數如表3所示。

表3 MBR系統參數

3 化學清洗比較

（1）原位化學浸泡清洗（Clean In Place）。原位化學浸泡清洗是將膜池內水排空，然后直接向膜池內投加化學藥劑進行浸泡。考慮到水池防腐，其藥劑濃度相對較低。本項目采用2000～3000ppm的次氯酸鈉浸泡4～16h，經原位清洗后TMP的變化如表4和圖2所示。

表4 原位清洗后TMP變化趨勢

圖2 原位清洗后TMP變化趨勢

從圖表可知原位清洗后，膜池經過約60天時間的運行后，TMP達到50 kPa以上，需再次進行化學清洗。根據線性擬合曲線可知原位清洗后TMP平均每日增加約0.52 kPa。

（2）離線化學浸泡清洗（Off-line Washing）。離線化學浸泡清洗就是把膜單元吊出MBR膜池，放到準備好的化學清洗池內浸泡并曝氣清洗。浸泡化學清洗可以選擇相對較高藥劑濃度進行，因此可以達到較好的清洗效果，徹底清除污染物，恢復膜通量。本項目采用3000～6000ppm的次氯酸鈉浸泡4～16h，再用0.5%檸檬酸+0.5%草酸曝氣浸泡4～16h。離線清洗后TMP的變化如表5和圖3所示。

表5 離線清洗后TMP變化趨勢

圖3 離線清洗后TMP變化趨勢

從圖表可知離線清洗后，膜池經過約90天時間的運行后，TMP達到50 kPa以上，需再次進行化學清洗。根據線性擬合曲線可知離線清洗后TMP平均每日增加約0.30 kPa。

（3）化學增強反洗（Chemically Enhanced Backwash）。化學增強反洗簡稱CEB，是指膜組件在膜生物反應池內的狀態下，從產水管把選用的化學清洗藥劑反向流到中空纖維膜內部，并通過膜微孔滲透到原水側。此過程可有效的殺滅膜內外表面的細菌并分解附著在膜表面上的有機物，恢復膜通量。本項目采用250 ppm的次氯酸鈉作為CEB的藥劑，CEB周期為7天，在經過5次CEB后，TMP的變化如表6和圖4所示。

表6 CEB后TMP變化趨勢

圖4 CEB后TMP變化趨勢

從圖表與線性擬合曲線可知在每7天一次CEB的條件下，TMP平均每日增加僅為0.13 kPa，如初始TMP為20 kPa，則增加至50 kPa以上約需220天。

（4）清洗方法比較。由以上的數據分析可知，原位化學清洗藥劑消耗大，清洗效果一般。但相對于離線清洗而言操作較為簡便，無需拆卸管道、吊裝膜架，節省了人力成本。

離線化學清洗后的TMP增速低于原位化學清洗，清洗周期約為原位清洗的1.5倍，可以直觀的觀察膜絲的污染情況，便于除去膜絲上的附著物。但離線清洗的人工操作強度遠遠大于原位清洗，清洗時間較長，對產量的影響更大。

定期進行CEB反洗可以使TMP的增速大幅降低，可以使原位化學清洗的周期延長至3倍以上，使離線化學清洗的周期延長至2倍以上，并且藥劑消耗較少，人工操作極少，清洗時間短，對產量的影響小。但清洗后藥劑存留在工藝系統中，其對微生物的活性有一定的影響，可能導致污泥濃度下降，同時殘存的藥劑有可能進入出水，進而影響出水水質。幾種清洗方法的對比如表7所示。

表7 MBR膜化學清洗方法的比較

4 結語

綜合各方面的因素考慮，CEB（化學增強反洗）是最適宜的MBR膜清洗方法，但需要對清洗濃度及清洗周期做出一定控制，盡可能的減少對活性污泥微生物與出水水質的影響。由于離線化學清洗更加有利于去除膜絲上附著的雜質，并且能直接觀察到膜絲的污染狀況，故實際運行中應以CEB反洗為主，以離線化學清洗為輔。

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苗子昂（1989-），男，湖南株洲人，大學本科，助理工程師，主要從事城市生活污水廠的工藝調試及運營工作。