根據實例探討MBR工程膜離線清洗

高云鳳

（江蘇碧水源環境科技有限責任公司，江蘇 無錫 214028）

眾所周知，我國人口眾多，人均資源的占用量較低，水資源短缺一直是我國大部分地區的重要問題，同時，水資源污染問題也是造成水資源短缺現象的關鍵因素。因此，我國有關部門需要加強現代污水處理技術與設備的研發，并將其應用于各個地區的污水處理廠中，確保在最大程度上提高污水處理的水平，以此來優化、改善現在的生態環境，確保現代社會整體正常穩定的運轉與發展。

1 項目基本概況

無錫城北污水處理廠四期工程，設計規模5.0萬m3/d，總變化系數K總=1.20。工程采用A3O-MBR工藝，MBR膜系統采用MBRU-1 000-LSB型膜組器，配置8個廊道，共64套膜組器，尾水采用臭氧接觸消毒工藝，污泥處理采用重力濃縮、離心機械脫水工藝。2015年11月將64臺膜組器的膜片（27.5 m2/片）更換為碧水源RF-III膜片（35 m2/片），同時將MBR系統原“管式曝氣”改為“槽式曝氣”[1]。

根據運行數據分析，城北廠四期自2015年11月換膜至今，日均產水量在45 000 m3/d左右。2016年運行情況良好，年均跨膜壓差在-12 kPa左右，膜污染較輕，離線清洗未見異常，清洗效果良好；2017年運行情況良好，年均跨膜壓差在-15 kPa左右，膜污染情況一般，離線清洗未見異常；由于冬季水溫較低以及城北廠平板膜產水量低和一、二期系統不穩定因素等影響，四期MBR系統清洗周期為9天，無法清洗到位，到2018年3月膜系統跨膜壓差TMP數值逐漸上升至較高水平（-25 kPa），離線拆片發現膜組件污染并不嚴重，纖維類污染物也較少但膜絲多呈深綠色。現場嘗試采用常規離線清洗“次氯酸鈉+草酸”聯合清洗，經次氯酸鈉和草酸離線浸泡后膜絲顏色無法恢復，且膜通量短暫恢復后又急劇上升。

2 膜絲污染分析

2.1 污染程度和污染類型

取綠色明顯和綠色較淺實為淺黃色的膜絲樣品（圖1）測定其純水通量，綠色明顯膜通量范圍為400～800 LMH，平均通量584 LMH，污染程度為70%～80%：淺黃色膜絲通量普遍高于綠色膜絲，通量平均值達到1271 LMH，明顯比綠色高一倍。

對污染膜絲進行掃描并在電鏡下*1 000、*5 000放大分析，綠色膜絲表面有大量溝壑不平區域，除溝壑處外平整區域較干凈，部分區域可見膜孔，可能是由于取樣段較為干凈。淺黃色膜絲表面有凸起狀結構，表面不平整，有較薄凝膠層污染，污染類型為表面復合污染[2]（如圖2）。

2.2 污染物無機成分測試

取綠色較深膜絲，使用硝酸浸泡膜絲樣品 100 cm，浸泡過程中無氣泡生產，膜絲顏色變淡黃色接近白色，使用ICP測試其洗脫液中無機元素含量，測試結果見表1，結果顯示主要無機污染物為鐵污染。

表1 ICP測試洗脫液無機元素含量

2.3 不同藥液浸泡處理膜絲及分析

對綠色污染膜絲進行清洗，普通方案清洗后膜絲顏色不變，且通量不能完全恢復，為驗證是否有色物質影響膜絲通量，故對綠色膜絲分別進行不同藥液浸泡處理并測試其膜絲通量，并對顏色成因進行分析。藥液浸泡前后膜絲通量及膜絲顏色變化見表2。

表2 不同處理方案膜通量變化

經過（10 000 ppmNaClO+0.2%CTAB）浸泡后，膜絲顏色恢復接近白色且純水通量可恢復至2 241 LMH。只使用0.2%CTAB浸泡膜絲，膜絲顏色就會有效去除且通量有所提升，側面驗證膜絲中有色物質的存在對通量有較大影響，表1中通量數據也能說明此問題。

經過（NaClO+CTAB）浸泡后膜絲綠色消失，洗脫液顏色為淺黃色。經過0.2% CTAB浸泡，膜絲綠色也可消失，洗脫液為綠色 。針對綠色洗脫液，考慮其顏色可能為亞鐵（顯綠色）或有機物造成[3]。由以上實驗得知：

（1）綠色洗脫液中滴加 NaClO后，洗脫液顏色變淺黃色。次氯酸鈉可與一部分有機物反應，同時具有氧化性，可將亞鐵氧化為三價鐵，綠色消失，不能確定顏色是否為有機物或亞鐵造成；

（2）綠色洗脫液中滴加 NaOH 溶液，溶液基本變透明，未發現有明顯沉淀現象。氫氧化鈉不具有氧化性，但能與一部分有機物反應，綠色消失，說明存在顯綠色的有機物，氫氧化鈉同時可與亞鐵或三價鐵反應生成沉淀，溶液未見明顯沉淀，應是鐵含量較少的原因，可排除綠色由亞鐵造成；

（3）綠色洗脫液中滴加雙氧水，溶液顏色稍變淡，但仍為綠色。雙氧水為氧化劑，可將亞鐵氧化成鐵，又可與一部分有機物反應，但溶液綠色未完全消去，說明顯綠色的有機物并未與雙氧水完全反應，也可排除亞鐵對綠色的影響。

（4）為驗證二價亞鐵是否能使溶液呈現綠色，配置14 ppm二價亞鐵（硫酸亞鐵）溶液，初始溶液顏色帶綠，但非常淺，放置10 min后，溶液顏色變黃色，這說明在空氣中，亞鐵離子很不穩定，很快被氧化為三價鐵，呈現棕黃色，也能證明洗脫液顯綠色并非亞鐵造成。

總結：推測膜絲呈綠色的原因是由于有機污染物質導致，同時存在無機污染物質鐵污染。

2.4 無錫城北水質數據

無錫城北2018年4月5日所送水樣檢測數據顯示，混合液中Fe元素含量偏高，與膜污染洗脫液中鐵含量較高相符，水中氯離子較高，對不銹鋼存在腐蝕。

2.5 綜合結果分析

基于以上結果，確定城北廠四期膜絲污染為有機污染物質和無機污染物質的復合污染，污染程度達70%～80%，主要無機污染物為鐵污染，由于進水有機成分較為復雜，暫時無法檢測出有效污染物成分。膜絲變色以及膜通量影響主要是由有機污染物造成，普通清洗方案已無法去除該污染成分，可通過添加表面活性劑CTAB 去除膜絲顏色[4]。

3 清洗方案的確定

根據以上結果分析推薦離線清洗采用（NaClO+CTAB）+酸洗的方式。鑒于清洗化學藥劑成份以及膜絲長期運行的耐受濃度等考慮，初步確定采用 NaClO、CTAB 和草酸、檸檬酸不同組合方式進行清洗，實驗室設置4組處理組（處理組1：5 000ppm NaClO+2%草酸；處理組2：5 000 ppm NaClO+2%檸檬酸；處理組3：（5 000 ppm NaClO+0.2 CTAB）+2%草酸；處理組4：（5 000 ppm NaClO+0.2 CTAB）+2%草酸）。

表3 清洗通量變化情況

處理組1和處理組2分別用 NaClO 和草酸、檸檬酸組合清洗，聯合清洗后，膜絲通量恢復水平一般，僅可恢復至 1 303 LMH 和 1 273 LMH；處理組3和處理 4 加入表面活性劑 CTAB，進一步清洗后，膜絲通量有較大恢復，分別提升1 118LMH和1 066 LMH，添加劑效果明顯。經兩步聯合清洗后，最終膜通量恢復至2 008 LMH和1 936 LMH。

推薦清洗方案：（5 000 ppm NaClO+0.2% CTAB）+2%草酸或2%檸檬酸。綜合考慮城北廠實際情況，確定清洗方案為（5 000 ppm NaClO+0.05% CTAB）+0.5%草酸。先對膜進行水力沖刷，確保表面污泥、雜物清理干凈，再采用（5 000 ppm NaClO+0.05%CTAB）藥液浸泡12 h，將膜上殘留藥液沖洗干凈，最后將0.5%草酸藥液浸泡12 h。

4 結論

經調查發現，無錫城北污水處理廠四期工程需消耗大量時間，但借助膜處理技術以及MBR技術，轉變了傳統污水處理的理念與方式，在很大程度上提高了污水處理工作的效率，確保所排放的水質符合國家標準，保障了良好、健康的自然生態環境。