再生水廠超濾膜污染的清洗優化研究

【摘" " 要】：針對再生水廠高濁度污染情況，以某再生水廠浸沒式超濾膜為研究對象，構建一套中試設備，模擬運行中發生最多且嚴重的高濁度污染，通過調整物理清洗及化學清洗的技術參數對受污染膜進行模擬清洗，以跨膜壓差為評價指標，結合實際生產中的經濟指標，對清洗效果進行比較并找出更合理、更便捷、更經濟的清洗方式。通過改變清洗方式，優化現有水廠超濾膜清洗方式，可大幅降低膜運行時間、藥劑成本，延長膜使用壽命。

【關鍵詞】：超濾膜；清洗；高濁度污染；再生水廠；跨膜壓差

Study on Cleaning Optimization of Ultrafiltration Membrane Fouling

in Wastewater Treatment Plant

SUN Qingmei，LI Xiumin

（Tianjin Zhongshui Co.Ltd.，Tianjin 300221，China）

【Abstract】：In response to high turbidity pollution" issue of wastewater treatment plant， taking the submerged ultrafiltration membrane of a reclaimed water plant as the research object， a set of pilot-scale equipment was constructed to simulate the most serious high turbidity pollution in operation， by adjusting the technical parameters of physical cleaning and chemical cleaning， the simulation cleaning of the contaminated membrane was carried out， taking the transmembrane pressure difference as the evaluation index and combining with the economic index in the actual production， the cleaning effect is compared and the more reasonable， convenient and economical cleaning method is found. By changing the cleaning method and optimizing the existing ultrafiltration membrane cleaning method， the membrane running time， pharmaceutical costs can be greatly reduced， and the membrane service life can be extended.

【Key words】：ultrafiltration membrane；cleaning；high turbidity pollution；wastewater treatment plant;transmembrance pressure difference

超濾膜工藝作為一種新興水處理技術，因系統能耗低，處理過程無相變，工藝集成化、自動化程度高，出水水質穩定，在污水深度處理再生應用中被廣泛關注[1～3]；但超濾膜需要耗費大量生產時間進行物理、化學清洗[4]。膜清洗是恢復膜生產能力的重要過程，清洗效果不但影響膜處理能力，還可能對膜使用壽命造成嚴重影響。再生水廠超濾處理工藝一般直接以污水處理廠出水為水源，污水處理廠進水水質不符合設計標準、水量超負荷運行或深度濾池故障等會造成出水濁度升高，導致超濾膜高濁度污染情況的發生。本文以某再生水廠浸沒式超濾膜作為研究對象，針對高濁度污染情況，比較不同的物理、化學清洗方法的效果，結合實際生產指標，找出最佳清洗方式。

1 試驗方法

1.1 設備及工藝

以再生水廠處理工藝為原型，構建一套超濾膜中試設備，選用浸沒式U形膜組件，4支膜天膜公司聚偏氟乙烯元件，處理能力4.8 m3/h。整套裝置采用PLC自動控制，設有曝氣、反沖洗、化學清洗等設備，可實現在線過濾、氣水反沖洗和化學清洗，采用泵抽方式吸出水，在出水管道上設置負壓在線裝置，實時監測跨膜壓差（TMP），評估膜污染程度及清洗效果。見圖1。

1.2 試驗水質

研究表明[5]，活性污泥混合液中的親水性多糖類物質及疏水性腐殖質類物質是膜污染的主要物質。本文結合再生水廠數次高濁度污染發生時的水質分析數據，選取污水廠的活性污泥作為主要污染物，與水混合模擬高濁度污染水源開展試驗。見表1。

1.3 試驗流程及評價指標

開啟中試設備，首先將進水調整為再生水廠超濾膜產水，水量調整為設計水量運行1 h，超濾膜初始TMP為10.1 kPa，切換進水至模擬水源，運行過程中觀察TMP上升0.1 MPa時，分別開展曝氣清洗、氣水組合反洗、酸洗、堿洗及次氯酸鈉清洗試驗，其中曝氣清洗和氣水組合反洗為物理清洗，酸洗、堿洗和次氯酸鈉清洗為化學清洗。清洗效果以TMP數據進行評價。

2 試驗結果

2.1 曝氣清洗

設定浸沒式超濾膜曝氣的氣水體積比為6∶1。進行曝氣清洗，每間隔10 min停機靜止30 s，連續運行8個周期。

曝氣10 min內，TMP值無明顯變化；隨著過濾時間的增長，TMP總體呈下降趨勢；曝氣時間超過40 min，TMP明顯降低；60 min后，TMP恢復至55 kPa左右并趨于穩定，可滿足一定的生產需求，但不能達到徹底清洗的效果。見圖2。

2.2 氣水組合反洗

在曝氣的基礎上輔以超濾水反向沖洗，對受污染膜進行混合清洗。以曝氣—氣水混合清洗—排放作為一個清洗周期，每個周期計時10 min，設置3種氣水聯合清洗方式，分別進行8個周期的清洗。見表2。

氣水聯合清洗4個周期后，超濾膜TMP有明顯的下降趨勢，一定程度上加強了曝氣的清洗效果。組合方式3氣水聯合反洗發揮作用最佳，方式1的清洗效果最差。見圖3。

2.3 酸洗

以檸檬酸為清洗劑，分別配制質量分數為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%的溶液，按照曝氣、氣水反沖洗、排空、低流量輸入清洗劑、高流量水泵循環60 min、浸泡60 min、高流量循環60 min、排空、沖洗的清洗流程，對超濾膜進行化學清洗。為保證清洗效果，循環和浸泡過程中用鹽酸維持池內pH值處于較低水平。

隨著檸檬酸質量分數的增加，超濾膜的TMP呈下降趨勢。檸檬酸質量分數為0.3%～0.5%時下降趨勢明顯；檸檬酸質量分數為0.5%、0.6%清洗效果最佳，超濾膜TMP由100 kPa下降至30 kPa左右；隨著質量分數增加，TMP下降趨勢趨于平緩。見圖4。

2.4 堿洗

以氫氧化鈉為清洗劑，分別配制質量分數為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%、1.2%的溶液，按照與酸洗相同的流程對超濾膜進行化學清洗。

隨著氫氧化鈉質量分數的增加，超濾膜TMP呈先減小后增大的趨勢。當氫氧化鈉質量分數為0.4%～0.8%時，TMP下降趨勢明顯；氫氧化鈉質量分數為0.8%時最佳，TMP接近原始值；氫氧化鈉質量分數超過0.8%，超濾膜TMP開始升高；氫氧化鈉質量分數超過1%，超濾出水TMP升高趨勢變慢。見圖5。

2.5 次氯酸鈉清洗

配制質量分數為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%的次氯酸鈉溶液，對超濾膜進行化學清洗，清洗流程與酸洗、堿洗相同。

隨著次氯酸鈉質量分數的增加，超濾膜TMP下降趨勢明顯。次氯酸鈉質量分數超過0.5%，隨著清洗劑質量分數增加，超濾出水TMP變化趨勢開始平緩，在質量分數為0.5%和0.6%時達到最佳效果，超濾膜TMP恢復至初始數值。見圖6。

3 實際生產應用

日常的超濾工藝系統運行過程中，生產任務重，無法進行停機清洗，發生膜污染時一般直接采用常規化學清洗方法中的酸堿聯合清洗，以便達到最佳效果。本研究成果應用于實際生產，通過針對性調整氣水反洗強度，減少部分酸洗環節，合理分配化學清洗藥劑類別和比例，超濾系統在實際清洗中達到了良好的效果，一定程度上減少膜清洗的藥劑使用量；在常規運行反洗中投加次氯酸鈉，減緩TMP的增長速率，減少化學清洗次數，一定程度上延長超濾膜的使用周期和壽命，提高了經濟效益。

4 結論

1）次氯酸鈉清洗效果最佳，清洗后甚至可恢復至膜初始狀態。

2）單純的物理清洗、曝氣和氣水反沖洗均不能起到徹底清洗的效果，但可在化學清洗中有輔助效果。

3）針對膜的高濁度污染，氫氧化鈉堿洗及次氯酸鈉氧化清洗均達到良好效果。

4）試驗成果用于指導生產，可一定程度上提高運行管理水平和經濟效益。

參考文獻：

[1]Zhou H， Smith W D. Advanced technologies in water and wastewater treatment [J]. Journal of Environmental Engineering and Science， 2002， 1（4） ： 247-264.

[2]徐平， 謝春玲， 賈世榮. 膜分離技術在污水回用中的應用 [C].2005年首屆中國城鎮水務發展戰略國際研討會論文集，2005.

[3] 姚吉，張穩妥，滕良方，等.“雙膜工藝”在工業區污水處理廠再生水工程中的應用 [J].中國給水排水，2019，35（20）：37-41.

[4] 洪云，肖萍，張偉軍，等．浸沒式超濾膜處理再生水過程中的膜污染與化學清洗[J]．環境工程學報，2016，10 （5）： 2495 -2500.

[5] 李海鵬，丁慧，王海峰，等．水處理中超濾膜污染研究進展[J]．工業水處理，2012，32（11）：6-9.

收稿日期：2023-10-16

作者簡介：孫青梅（1980 - ）， 女， 碩士， 河北唐山人， 高級工程師， 從事污水處理與再生利用工作。