MBR系統(tǒng)離線清洗順序的優(yōu)化研究

馬 耀 珍

(太原市排水管理處，山西 太原 030006)

1 MBR相關(guān)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(zhì)大分子與膜發(fā)生物理、化學(xué)相互作用或因濃差極化使某些溶質(zhì)在膜表面的濃度超過(guò)其溶解度及因機(jī)械作用而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)的吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生透過(guò)流量與分離特性不可逆變化現(xiàn)象。

1.2 膜污染分類

在膜系統(tǒng)過(guò)濾產(chǎn)水過(guò)程中，不可避免的會(huì)產(chǎn)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(jī)污染和無(wú)機(jī)污染。有機(jī)污染由污泥混合液中的膠體物質(zhì)、溶解性物質(zhì)在過(guò)濾過(guò)程中附著在膜表面和堵塞在膜孔內(nèi)造成膜污染。一般情況下，有機(jī)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(wú)機(jī)污染是由于在膜過(guò)濾過(guò)程中，由于濃差極化的作用，無(wú)機(jī)鹽濃度在膜表面濃度升高，當(dāng)超過(guò)其濃度積時(shí)，即可能在膜表面析出、結(jié)垢，形成污染層，增加過(guò)濾阻力，無(wú)機(jī)污染需采用酸性物質(zhì)去除(一般為檸檬酸或草酸等中強(qiáng)度有機(jī)酸)。

1.3 膜污染的表征指標(biāo)

跨膜壓差是膜污染最直觀的表征指標(biāo)。在膜系統(tǒng)的日常運(yùn)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(zhì)、操作運(yùn)行條件息息相關(guān)，選擇合適的運(yùn)行通量，控制混合液性質(zhì)穩(wěn)定，保持操作運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，才能避免快速膜污染和不可逆膜污染的發(fā)生。膜通量一般選擇在次臨界通量范圍內(nèi)，可保持在一定周期內(nèi)，負(fù)壓穩(wěn)定，膜污染發(fā)展速率控制在較小、可恢復(fù)的范圍內(nèi)。在日常運(yùn)行過(guò)程中，還應(yīng)密切關(guān)注膜系統(tǒng)的各類運(yùn)行參數(shù)，尤其是跨膜負(fù)壓的增長(zhǎng)速率，當(dāng)其出現(xiàn)快速增長(zhǎng)時(shí)，提示可能有較嚴(yán)重的膜污染發(fā)生，此時(shí)自控系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒操作人員進(jìn)行原因排査。一般跨膜壓差的報(bào)警上限設(shè)置在-35 kPa～-50 kPa，運(yùn)行跨膜壓差控制在-35 kPa范圍內(nèi)。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(yán)重時(shí)表現(xiàn)為曝氣不均勻。因此，運(yùn)行過(guò)程中選擇合適的曝氣強(qiáng)度，保持膜組器曝氣的均勻性，能夠延緩膜污染。

1.4 膜系統(tǒng)的清洗與維護(hù)

膜系統(tǒng)應(yīng)采取綜合的污染防控措施，以保證膜污染在可控范圍內(nèi)，膜通量持續(xù)穩(wěn)定。一般膜污染控制措施包括：間歇抽吸和空氣擦洗、化學(xué)清洗?；瘜W(xué)清洗又分為在線化學(xué)清洗、離線化學(xué)清洗兩種類型。在線清洗一般周期進(jìn)行，常規(guī)為每周一次，是低強(qiáng)度的化學(xué)清洗；離線清洗(又稱恢復(fù)性清洗)，一般每年進(jìn)行1次～2次(根據(jù)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(shí)間，以徹底去除污染物質(zhì)，是高強(qiáng)度的化學(xué)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(huì)有部分污染物質(zhì)沉積在膜表面及膜孔內(nèi)，隨著膜的使用，此部分污染物質(zhì)慢慢累積最終會(huì)影響到膜通量，因此，在在線清洗的基礎(chǔ)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(tǒng)中取出，浸漬在清洗液中進(jìn)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(shí)間長(zhǎng)、頻率較低。

2 MBR系統(tǒng)離線清洗順序的優(yōu)化研究

以山西某具備MBR系統(tǒng)的污水處理廠作為研究對(duì)象，該工廠膜池共分東西兩區(qū)，每區(qū)有20個(gè)廊道，每廊道設(shè)置10個(gè)膜組器，共計(jì)200個(gè)膜組器，設(shè)計(jì)產(chǎn)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(chǎn)水量及跨膜壓差一個(gè)月的平均值，并在1 d當(dāng)中取12個(gè)時(shí)間段作為數(shù)據(jù)來(lái)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(gè)廊道產(chǎn)水量及跨膜壓差見(jiàn)表1。

表1 “先酸后堿”清洗前各個(gè)廊道產(chǎn)水量及跨膜壓差

2.1.2清洗步驟

首先對(duì)膜進(jìn)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(chǎn)水量及跨膜壓差一個(gè)月的平均值，并在1 d當(dāng)中取12個(gè)時(shí)間段作為數(shù)據(jù)來(lái)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(gè)廊道產(chǎn)水量及跨膜壓差見(jiàn)表2。

2.1.4清洗前后膜絲對(duì)比

表2 “先酸后堿”清洗后各個(gè)廊道產(chǎn)水量及跨膜壓差

清洗前后膜絲對(duì)比見(jiàn)圖1，圖2。

2.1.5清洗前后數(shù)據(jù)對(duì)比

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

2)清洗后達(dá)不到清洗前產(chǎn)水量，清洗效果不佳。西區(qū)：2號(hào)廊道、4號(hào)廊道、6號(hào)廊道、7號(hào)廊道、8號(hào)廊道；東區(qū)：4號(hào)廊道、8號(hào)廊道。

3)產(chǎn)水量增量對(duì)比。西區(qū)清洗效果明顯的膜組器前后產(chǎn)水量差值范圍在0 m3/s～130 m3/s；東區(qū)清洗效果明顯的膜組器前后產(chǎn)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(chǎn)水量及跨膜壓差一個(gè)月的平均值，并在1 d當(dāng)中取12個(gè)時(shí)間段作為數(shù)據(jù)來(lái)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(gè)廊道產(chǎn)水量及跨膜壓差見(jiàn)表3。

表3 “酸—堿—酸”清洗前各個(gè)廊道產(chǎn)水量及跨膜壓差

2.2.2清洗步驟

首先對(duì)膜進(jìn)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(jìn)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(chǎn)水量及跨膜壓差一個(gè)月的平均值，并在1 d當(dāng)中取12個(gè)時(shí)間段作為數(shù)據(jù)來(lái)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(gè)廊道產(chǎn)水量及跨膜壓差見(jiàn)表4。

表4 “酸—堿—酸”清洗后各個(gè)廊道產(chǎn)水量及跨膜壓差

2.2.4清洗前后膜絲對(duì)比

清洗前后膜絲對(duì)比見(jiàn)圖3，圖4。

2.2.5清洗前后數(shù)據(jù)對(duì)比

1)清洗效果明顯。

西區(qū)：1號(hào)廊道、2號(hào)廊道、3號(hào)廊道、4號(hào)廊道、5號(hào)廊道、6號(hào)廊道、7號(hào)廊道、8號(hào)廊道、9號(hào)廊道、10號(hào)廊道；

東區(qū)：1號(hào)廊道、2號(hào)廊道、3號(hào)廊道、4號(hào)廊道、5號(hào)廊道、6號(hào)廊道、7號(hào)廊道、8號(hào)廊道、9號(hào)廊道、10號(hào)廊道。

2)清洗后達(dá)不到清洗前產(chǎn)水量，清洗效果不佳：

西區(qū)：無(wú)；

東區(qū)：無(wú)。

3)產(chǎn)水量增量對(duì)比。

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

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

3 結(jié)語(yǔ)

1)“酸洗—堿洗”清洗后，有部分廊道清洗效果不佳，達(dá)不到清洗前的產(chǎn)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(gè)月后，膜組器產(chǎn)水量恢復(fù)到清洗前，說(shuō)明此次清洗的效果并不理想，僅僅保持了3個(gè)月。但截至目前，“酸洗—堿洗—酸洗”清洗后已經(jīng)經(jīng)過(guò)5個(gè)月之久，膜組器產(chǎn)水量依舊保持穩(wěn)定，說(shuō)明此次清洗效果較佳；

3)經(jīng)過(guò)以上數(shù)據(jù)對(duì)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(shí)用價(jià)值。