滲濾液處理廠MBR系統(tǒng)超濾產(chǎn)水通量下降的原因分析及建議

文-謝輝 陳育豪 深圳能源資源綜合開發(fā)有限公司

1 超濾系統(tǒng)

1.1 超濾系統(tǒng)介紹

滲濾液處理廠超濾膜材質(zhì)PVDF，單支面積27.05m2，8寸膜，不銹鋼膜殼，管長(zhǎng)3m，膜過濾孔徑為20～30nm，環(huán)路循環(huán)流量275m3/h，設(shè)計(jì)膜通量68.04 l/m2·h；每組超濾單元包括5支相串聯(lián)的超濾膜組件和1個(gè)循環(huán)泵，設(shè)計(jì)通量為220m3/d，MBR系統(tǒng)雙線運(yùn)行，每線配備5套超濾單元，超濾膜組配套清洗設(shè)備，用于停機(jī)沖洗、清水清洗及化學(xué)清洗，化學(xué)清洗周期為每運(yùn)行30d進(jìn)行一次。膜組出水COD＜800mg/L，氨氮＜5mg/L，SS＜20mg/L。

1.2 運(yùn)行存在的問題

超濾膜組在2016年9月以前產(chǎn)水通量基本保持15m3/h以上，每次累積運(yùn)行30d后進(jìn)行化學(xué)清洗，清洗后單線超濾通量均能恢復(fù)至20m3/h左右，2016年9月開始超濾產(chǎn)水通量逐步下降至12月初的7m3/h以下，經(jīng)過化學(xué)沖洗后也無法恢復(fù)通量，隨后最高能恢復(fù)至10m3/h，無法達(dá)到原本通量。

1.3 問題初究

超濾膜組通量下降的原因可能在于膜組本身或者是運(yùn)行條件變化導(dǎo)致，正常情況下導(dǎo)致超濾通量下降的原因?yàn)椋簼獠顦O化和膜污染，濃差極化是致膜分離過程中溶劑在壓力驅(qū)動(dòng)下透過膜，溶質(zhì)被截留，于是膜與本體溶液界面區(qū)域濃度越來越高，在濃度梯度下溶質(zhì)有膜本體向溶液本體擴(kuò)散，形成邊界層，使流體阻力和局部滲透壓上升，從而導(dǎo)致溶劑透過流量下降。膜污染是由于雜質(zhì)進(jìn)入膜空隙內(nèi)部，吸附在膜內(nèi)部，減少有效的膜孔徑數(shù)量及孔徑，使產(chǎn)水通量下降，造成膜污染的物質(zhì)主要為水中的溶解性有機(jī)物，特別是腐殖酸類天然有機(jī)物。濃差極化可通過沖洗、清洗等方式去除，一般為可逆的；膜污染用水力或化學(xué)清洗均難以恢復(fù)，為不可逆的污染。

2 原因分析

2.1 膜組老化

超濾膜組隨著使用時(shí)間增加，膜組會(huì)逐漸老化，截留的污染物會(huì)對(duì)膜組造成污染，影響膜組通量。根據(jù)廠家技術(shù)協(xié)議，超濾膜組換膜年限為5a，滲濾液處理廠超濾B線較超濾A線運(yùn)行時(shí)間更長(zhǎng)，但目前超濾通量相似，以超濾循環(huán)泵累積運(yùn)行時(shí)間計(jì)算，目前超濾膜組運(yùn)行時(shí)間如表1。

表1 超濾膜組運(yùn)行時(shí)間

由表1可以看出超濾膜組目前運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的為B線1#膜組，最短的是A線1#膜組，運(yùn)行時(shí)間相差接近3倍，均小于理論換膜時(shí)間，同時(shí)產(chǎn)水通量目前也高于設(shè)計(jì)通量。超濾A線保養(yǎng)一年后恢復(fù)時(shí)通量與超濾B線相同，表明即使各線超濾運(yùn)行時(shí)間不同，但產(chǎn)水通量均差不多，因此膜組通量下降應(yīng)與膜組運(yùn)行時(shí)間無關(guān)。

2.2 化學(xué)清洗

為了去除超濾裝置運(yùn)行過程中膜組內(nèi)沉積的污染物,必須對(duì)超濾裝置進(jìn)行化學(xué)清洗，此前超濾膜組在累積運(yùn)行30d后會(huì)進(jìn)行化學(xué)清洗，每次清洗后均會(huì)有一定程度的通量上升。自超濾通量下降后，更換過多種化學(xué)清洗藥劑，同時(shí)在清洗方式、藥劑用量、清洗頻率上進(jìn)行多次調(diào)整，化學(xué)清洗的作用均不明顯。在7月之前，大部分膜組在化學(xué)清洗時(shí)，最大通量能達(dá)到滿通量（即307m3/h），而8月開始超濾膜組化學(xué)清洗時(shí)最大通量逐步下降，目前平均為15m3/h左右，12月B4#膜組更換為超濾A1#膜組后，第三次化學(xué)清洗時(shí)最大通量也下降至17m3/h。超濾膜組在化學(xué)清洗后會(huì)恢復(fù)通量，但8月以后化學(xué)清洗效果不明顯，通量不增加。因此可判斷7～8月開始，超濾膜組受到不可逆的污染，即便是化學(xué)清洗也無法恢復(fù)膜組清洗通量，膜孔可能受到一定程度的堵塞，在正常的化學(xué)清洗下無法進(jìn)行去除。

2.3 進(jìn)出水水質(zhì)變化

超濾進(jìn)水的不同的污泥濃度會(huì)對(duì)膜通量產(chǎn)生一定的影響，濃度較大會(huì)增加跨膜壓差。從運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)來看，超濾進(jìn)水污泥濃度總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但與超濾B通量變化不符，在污泥濃度為30g/L時(shí)，對(duì)于超濾產(chǎn)水通量可為16 m3/h、14 m3/h、8m3/h，因此判斷進(jìn)水污泥濃度對(duì)超濾產(chǎn)水通量影響不大。進(jìn)入MBR系統(tǒng)的電導(dǎo)率及氯離子濃度從7月開始逐步上漲，進(jìn)而導(dǎo)致MBR出水的電導(dǎo)率及氯離子濃度也有一定程度的上升，而超濾的通量變化為急劇減低后緩慢減低，再略微提升，因而電導(dǎo)率的上升與下降對(duì)于超濾而言影響不大。

在MBR系統(tǒng)在進(jìn)出水COD、氨氮變化時(shí)，其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)比例發(fā)生變化后，其出水均能在設(shè)計(jì)范圍以內(nèi)，表明MBR系統(tǒng)具有較好的耐沖擊性，故而排除因營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)造成超濾通量下降的可能性。MBR系統(tǒng)總硬、鈣硬的變化代表系統(tǒng)內(nèi)無機(jī)離子量的變化，無機(jī)離子過多會(huì)使超濾膜表面形成無機(jī)垢，不過在進(jìn)行化學(xué)清洗的情況下能去除覆蓋在膜表面的覆蓋物。

2.4 餐廚垃圾的影響

滲濾液處理廠自2016年7月底開始接收電廠餐廚垃圾的廢水，餐廚廢水中主要成分是剩余食物和水，以淀粉類、食物纖維類、動(dòng)物脂肪類等有機(jī)物為主要成分，具有營(yíng)養(yǎng)成分高、含水率高、油脂和鹽分含量高、易腐發(fā)酵發(fā)臭等特點(diǎn)。由于缺乏預(yù)處理裝置，餐廚廢水直接進(jìn)入調(diào)節(jié)池，后續(xù)進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)、MBR系統(tǒng)，其中所含的高油、高有機(jī)大分子直接進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)，如在系統(tǒng)內(nèi)無法去除，易對(duì)超濾膜組造成污染，大分子有機(jī)物為疏水性物質(zhì)，在膜表面覆蓋會(huì)影響膜組的通量。結(jié)合餐廚垃圾接收量及調(diào)節(jié)池水質(zhì)等，分析與超濾通量變化的關(guān)系。

在7月到11月期間，電廠每天接收的餐廚垃圾量在5t左右，期間頻率逐漸加大；12月以后每天的接收量接近15t，隨后一直較為穩(wěn)定。超越厭氧進(jìn)水量以碳氮比為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，豐水期厭氧進(jìn)水較多的情況下會(huì)加大進(jìn)水量，進(jìn)水時(shí)原水中的大分子物質(zhì)未經(jīng)厭氧降解即進(jìn)入MBR系統(tǒng)，12月12日～17日因運(yùn)行調(diào)整，超越進(jìn)水量為零或者較少，此是超濾產(chǎn)水通量剛好到達(dá)最低點(diǎn)6.5m3/h左右，在少進(jìn)超越情況下通量逐步上升。

調(diào)節(jié)池廢水中動(dòng)植物油類在12月中旬達(dá)到最大值，此時(shí)超濾通量剛好是最低值，隨后調(diào)節(jié)池內(nèi)動(dòng)植物油類逐步下降，而超濾通量也逐步上升。調(diào)節(jié)池內(nèi)動(dòng)植物油類下降的原因可能為電廠將餐廚垃圾廢水引入填埋場(chǎng)進(jìn)行厭氧后再進(jìn)入滲濾液調(diào)節(jié)池，避免高油廢水直接進(jìn)入瀝濾液調(diào)節(jié)池。

3 總結(jié)

由于超濾膜組的運(yùn)行時(shí)間、化學(xué)清洗藥劑方式等的變化對(duì)膜組通量變化沒有直接的影響，MBR系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)的COD、氨氮、pH、污泥濃度等常規(guī)參數(shù)變化與超濾通量的趨勢(shì)不符，且產(chǎn)水水質(zhì)一直在設(shè)計(jì)范圍以內(nèi)，因此判斷膜組通量變化主要原因?yàn)殡姀S接收餐廚廢水以后未進(jìn)行預(yù)處理直接排放至瀝濾液調(diào)節(jié)池，導(dǎo)致超越進(jìn)水水質(zhì)的變化；其中是否存在可溶解性的小分子物質(zhì)導(dǎo)致膜孔的不可逆污染，需在大分子物質(zhì)減少以后，觀察膜組通量是否能進(jìn)一步恢復(fù)來判斷。

4 建議

在目前超濾膜組運(yùn)行情況下，為避免超濾膜組通量再次出現(xiàn)下降，以保證滿足運(yùn)行需求，提出以下建議：

（1）將餐廚垃圾廢水進(jìn)行預(yù)處理，利用氧化劑破壞有機(jī)物分子，減低水中有機(jī)物濃度，避免餐廚廢水直接進(jìn)入瀝濾液調(diào)節(jié)池；前期將餐廚廢水經(jīng)填埋場(chǎng)進(jìn)行初步降解有一定作用，后續(xù)需考慮配備相應(yīng)高級(jí)氧化裝置對(duì)餐廚廢水進(jìn)行預(yù)處理。

（2）定期對(duì)超濾膜組進(jìn)行化學(xué)清洗，增加化學(xué)清洗頻率，避免膜組污染物質(zhì)的積累，并記錄30分鐘后產(chǎn)水通量、壓力、累積運(yùn)行時(shí)間等數(shù)據(jù)，觀察膜組污染情況。在超濾膜組通量下降后，通過提高化學(xué)清洗頻率，在一定程度上減緩了通量的進(jìn)一步下降。

（3）加大厭氧罐進(jìn)水負(fù)荷，使厭氧出水COD偏高，減少超越進(jìn)水量，避免過多未經(jīng)厭氧處理的廢水直接進(jìn)入MBR系統(tǒng)。