MBR系統離線清洗順序的優化研究

馬 耀 珍

(太原市排水管理處，山西 太原 030006)

1 MBR相關概念界定

1.1 膜污染

膜污染是指與膜表面接觸的料液中微粒、膠體粒子或溶質大分子與膜發生物理、化學相互作用或因濃差極化使某些溶質在膜表面的濃度超過其溶解度及因機械作用而引起的在膜表面或膜孔內的吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產生透過流量與分離特性不可逆變化現象。

1.2 膜污染分類

在膜系統過濾產水過程中，不可避免的會產生膜污染。膜污染包括可逆污染和不可逆污染。一般分為有機污染和無機污染。有機污染由污泥混合液中的膠體物質、溶解性物質在過濾過程中附著在膜表面和堵塞在膜孔內造成膜污染。一般情況下，有機污染是膜污染的主要組成部分，其需要使用氧化性藥劑去除(一般采用次氯酸鈉溶液)。無機污染是由于在膜過濾過程中，由于濃差極化的作用，無機鹽濃度在膜表面濃度升高，當超過其濃度積時，即可能在膜表面析出、結垢，形成污染層，增加過濾阻力，無機污染需采用酸性物質去除(一般為檸檬酸或草酸等中強度有機酸)。

1.3 膜污染的表征指標

跨膜壓差是膜污染最直觀的表征指標。在膜系統的日常運行管理中，膜通量的選擇及跨膜壓差的管理非常重要。膜通量的選擇與膜本身性能、混合液性質、操作運行條件息息相關，選擇合適的運行通量，控制混合液性質穩定，保持操作運行參數穩定，才能避免快速膜污染和不可逆膜污染的發生。膜通量一般選擇在次臨界通量范圍內，可保持在一定周期內，負壓穩定，膜污染發展速率控制在較小、可恢復的范圍內。在日常運行過程中，還應密切關注膜系統的各類運行參數，尤其是跨膜負壓的增長速率，當其出現快速增長時，提示可能有較嚴重的膜污染發生，此時自控系統會發出報警信號，提醒操作人員進行原因排査。一般跨膜壓差的報警上限設置在-35 kPa～-50 kPa，運行跨膜壓差控制在-35 kPa范圍內。此外，膜組器曝氣均勻性也能在一定程度上表征膜的污染，膜片局部污染嚴重時表現為曝氣不均勻。因此，運行過程中選擇合適的曝氣強度，保持膜組器曝氣的均勻性，能夠延緩膜污染。

1.4 膜系統的清洗與維護

膜系統應采取綜合的污染防控措施，以保證膜污染在可控范圍內，膜通量持續穩定。一般膜污染控制措施包括：間歇抽吸和空氣擦洗、化學清洗。化學清洗又分為在線化學清洗、離線化學清洗兩種類型。在線清洗一般周期進行，常規為每周一次，是低強度的化學清洗；離線清洗(又稱恢復性清洗)，一般每年進行1次～2次(根據污染情況選擇離線清洗周期)，是將膜組件徹底清洗干凈，并在較高濃度的藥劑中浸泡一段時間，以徹底去除污染物質，是高強度的化學清洗方式。

1.5 離線清洗

盡管采取了在線清洗，但在線清洗的清洗力度有限，仍會有部分污染物質沉積在膜表面及膜孔內，隨著膜的使用，此部分污染物質慢慢累積最終會影響到膜通量，因此，在在線清洗的基礎上還需要更徹底的清洗方式——離線清洗。這種清洗方式是將膜組件膜組器從系統中取出，浸漬在清洗液中進行清洗，通常浸泡清洗的藥液濃度要高于在線清洗，清洗的時間長、頻率較低。

2 MBR系統離線清洗順序的優化研究

以山西某具備MBR系統的污水處理廠作為研究對象，該工廠膜池共分東西兩區，每區有20個廊道，每廊道設置10個膜組器，共計200個膜組器，設計產水能力為133 340 m3/d。

2.1 采取“先酸后堿”的清洗方式

2.1.1清洗前

取該工廠清洗前膜產水量及跨膜壓差一個月的平均值，并在1 d當中取12個時間段作為數據來源，分別為01:00,03:00,05:00,07:00,09:00,11:00,13:00,15:00,17:00,19:00,21:00,23:00。清洗前各個廊道產水量及跨膜壓差見表1。

表1 “先酸后堿”清洗前各個廊道產水量及跨膜壓差

2.1.2清洗步驟

首先對膜進行水力沖刷，確保表面污泥雜物清理干凈。之后先采用2%檸檬酸溶液浸泡10 h以上，然后將膜上殘留藥液沖洗干凈，再將膜組器浸泡在5 000 ppm的NaClO溶液10 h以上，期間保持藥液在25 ℃～35 ℃。

2.1.3清洗后

取該工廠清洗前后膜產水量及跨膜壓差一個月的平均值，并在1 d當中取12個時間段作為數據來源，分別為01:00，03:00，05:00，07:00，09:00，11:00，13:00，15:00，17:00，19:00，21:00，23:00。

清洗后各個廊道產水量及跨膜壓差見表2。

2.1.4清洗前后膜絲對比

表2 “先酸后堿”清洗后各個廊道產水量及跨膜壓差

清洗前后膜絲對比見圖1，圖2。

2.1.5清洗前后數據對比

1)清洗效果明顯。西區：1號廊道、3號廊道、5號廊道、9號廊道、10號廊道(其中10號廊道前后產水量一致，但跨膜壓差縮小)；東區：1號廊道、2號廊道、3號廊道、5號廊道、6號廊道、7號廊道、9號廊道、10號廊道(其中3號廊道前后產水量一致，但跨膜壓差縮小)。

2)清洗后達不到清洗前產水量，清洗效果不佳。西區：2號廊道、4號廊道、6號廊道、7號廊道、8號廊道；東區：4號廊道、8號廊道。

3)產水量增量對比。西區清洗效果明顯的膜組器前后產水量差值范圍在0 m3/s～130 m3/s；東區清洗效果明顯的膜組器前后產水量差值范圍在0 m3/s～300 m3/s。

2.2 采取“酸洗—堿洗—酸洗”的清洗方式

2.2.1清洗前

取該工廠清洗前膜產水量及跨膜壓差一個月的平均值，并在1 d當中取12個時間段作為數據來源，分別為01:00,03:00,05:00,07:00,09:00,11:00,13:00,15:00,17:00,19:00,21:00,23:00。清洗前各個廊道產水量及跨膜壓差見表3。

表3 “酸—堿—酸”清洗前各個廊道產水量及跨膜壓差

2.2.2清洗步驟

首先對膜進行水力沖刷，確保表面污泥雜物清理干凈。之后先采用2%檸檬酸溶液浸泡10 h以上，然后將膜上殘留藥液沖洗干凈，再將膜組器浸泡在5 000 ppm的NaClO溶液10 h以上，最后再進行一次2%檸檬酸溶液清洗，浸泡10 h以上，期間保持藥液在25 ℃～35 ℃。

2.2.3清洗后

取該工廠清洗前后膜產水量及跨膜壓差一個月的平均值，并在1 d當中取12個時間段作為數據來源，分別為01:00，03:00，05:00，07:00，09:00，11:00，13:00，15:00，17:00，19:00，21:00，23:00。清洗后各個廊道產水量及跨膜壓差見表4。

表4 “酸—堿—酸”清洗后各個廊道產水量及跨膜壓差

2.2.4清洗前后膜絲對比

清洗前后膜絲對比見圖3，圖4。

2.2.5清洗前后數據對比

1)清洗效果明顯。

西區：1號廊道、2號廊道、3號廊道、4號廊道、5號廊道、6號廊道、7號廊道、8號廊道、9號廊道、10號廊道；

東區：1號廊道、2號廊道、3號廊道、4號廊道、5號廊道、6號廊道、7號廊道、8號廊道、9號廊道、10號廊道。

2)清洗后達不到清洗前產水量，清洗效果不佳：

西區：無；

東區：無。

3)產水量增量對比。

西區清洗效果明顯的膜組器前后產水量差值范圍在6.2 m3/s～269 m3/s；

東區清洗效果明顯的膜組器前后產水量差值范圍在74 m3/s～285 m3/s。

3 結語

1)“酸洗—堿洗”清洗后，有部分廊道清洗效果不佳，達不到清洗前的產水量；但在“酸洗—堿洗—酸洗”清洗后，全部廊道清洗效果明顯；

2)“酸洗—堿洗”清洗3個月后，膜組器產水量恢復到清洗前，說明此次清洗的效果并不理想，僅僅保持了3個月。但截至目前，“酸洗—堿洗—酸洗”清洗后已經經過5個月之久，膜組器產水量依舊保持穩定，說明此次清洗效果較佳；

3)經過以上數據對比分析得知，在該廠“酸洗—堿洗—酸洗”的清洗方式較“酸洗—堿洗”的清洗方式更為適合，此次研究具有實用價值。