MBR處理印染廢水膜污染的清洗維護

　　膜生物反應器MBR(MembraneBioreactor)是“生物+物理”組合處理污水的一種工程形式，它具有固液分離效率高、剩余污泥產(chǎn)量少、占地面積小、不易發(fā)生污泥膨脹和操作管理方便等特點，但伴隨而來的膜污染問題不僅使膜的滲透通量隨時間不斷減弱(需要對污染膜進行定期清洗維護)，還會縮短膜的使用壽命，使得MBR在污水處理領域的推廣和應用受到了一定的限制。

　　工業(yè)廢水種類繁多，成分復雜，因此造成膜污染的原因也不盡相同。目前，膜污染物的種類有無機污染物、有機污染物及礦物油、微生物和膠體污染物等。不同種類的膜污染所采取的清洗方法也不盡相同，本文通過對某印染廢水處理工藝中膜污染的清洗維護試驗，提出對應的膜清洗方案。

　　一、工程項目概況

　　某污水處理廠的印染廢水設計日處理能力為15000t/d。原污水處理流程采用“預處理+物化+生化+深度處理”工藝，不能滿足《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準(GB4287―2012)》，因此后期對系統(tǒng)進行了升級改造，改造擴建工程在原址進行，改造后的工藝流程如圖1所示，在保留部分原構筑物的基礎上，廢除前段加藥池，改建混凝沉淀池成缺氧池，增加活性炭投加池和MBR膜池，后期增加反滲透等。

　　二、MBR系統(tǒng)運行情況

　　該MBR系統(tǒng)使用聚四氟乙烯中空纖維膜(PTFE)，共計35套、2800支，總膜面積為33600m2，分4個單元，即A、B、C、D單元，各單元9套膜箱(其中一個單元8套)。膜產(chǎn)品參數(shù)配置如表1所示。

　　注：序號1～4為原水水質(zhì)參數(shù)，5～13為膜參數(shù)。關于日流量，條件是新膜初期使用，水泵全開，關于曝氣總量，曝氣量計算時選取60L/(min/支)。

　　目前，該MBR系統(tǒng)運行情況為：過濾9min間歇1min，10個過濾周期反洗一次，反洗時間為60s，反洗兩次CEB清洗一次，CEB清洗時間為60s。

　　清洗前膜系統(tǒng)存在以下問題：各膜箱膜絲污染嚴重，運行負壓值高達-0.09MPa，且反洗已無效，膜絲完整，無斷絲現(xiàn)象，膜箱曝氣孔堵塞，清洗膜箱表面(即低壓水槍連接潛污泵，通過原膜池污水沖洗膜箱)，單套膜箱清洗時間約為1h，且清洗效果只能維持2～3h。

　　三、膜清洗試驗

　　3.1 膜清洗試驗流程

　　將待清洗的膜箱吊出，取污染較為嚴重的膜絲，并選擇較為隱蔽處的膜組件上剪取一段膜絲(可選擇膜箱中間部位)作為小試試驗的樣品，剪斷后的膜絲應做好打結處理，防止產(chǎn)水帶泥出水渾濁。準備浸泡藥劑，濃度如表2所示。

　　試驗中，酸堿交替浸泡，即當單個膜絲酸(堿)浸泡一定時間后，放置對應的堿(酸)浸泡一定時間，并記錄上述8組試驗反應速度、反應時間及清洗效果，繼而確定清洗方式及藥劑濃度和時間。

　　3.2 膜通量的測定

　　將多根剛?cè)∠碌哪そz做成小組件。將小組件連接蠕動泵，在一定溫度和壓力條件下用印染廢水水樣測量清洗前的膜通量，記錄數(shù)據(jù)。按照膜清洗試驗結果選取適當濃度的清洗藥劑對污染膜進行浸泡清洗。用純水沖洗膜內(nèi)的清洗劑，之后重新用同樣的印染廢水水樣在同溫同壓下測量沖洗過的膜通量，并記錄相關數(shù)據(jù)。

　　四、清洗效果分析

　　4.1 膜清洗試驗結果

　　膜清洗試驗顯示，堿洗浸泡約1.5h，膜絲反應完全，污染物去除效果很明顯，酸洗浸泡約1.5h，污染物去除效果不顯著，酸堿交替浸泡共約3h，膜絲反應完全，污染物去除效果很明顯，如圖2、圖3所示。

　　膜絲污染物以堿洗效果為佳，浸泡時間約為1.5h，混合堿液濃度為2%～3%NaOH+0.2%～0.3%NaCLO時效果最好，隨著清洗時間的增加，膜通量會逐漸恢復。強堿主要是去除蛋白、藻類等生物污染，膠體污染以及大多數(shù)的有機污染物。因此，該膜生物反應器膜絲污染類型主要為有機污染和膠體污染。

　　4.2 膜通量的測定

　　考慮到PVDF膜清洗過程中堿液浸泡可能導致膜性能發(fā)生變化，本次清洗采用濃度較低的堿液(2%NaOH+0.2%NaCLO)。另外，結合小試試驗結果以及時間的緊迫性，考慮現(xiàn)場酸堿交替清洗中的操作難度以及交替清洗操作需要較長的清洗時間，建議單次進行獨立的一次性堿洗。

　　從表3可以看出，膜污染后膜通量較設計值(印染廢水)降低了17.7%，影響MBR系統(tǒng)的產(chǎn)水性能，經(jīng)過純水清洗后，通量恢復較小，約占可恢復通量的15%，經(jīng)過堿洗后，通量恢復較大，約占可恢復通量的84%。

　　由于膜污染一般分為可逆污染和不可逆污染，可逆污染是可以通過清水反洗、曝氣抖動等措施去除的暫時污染，而不可逆污染則是不能通過水力清洗措施去除的膜污染，只有在清洗劑中加入酸或堿等化學藥劑，通過化學藥劑反應才能去除的膜污染。從清洗試驗結果來看，該膜污染通過清水反洗只去除了很小一部分污染物，而經(jīng)過堿洗之后，通量得到明顯恢復，因此該膜污染的污染層以不可逆污染為主。

　　五、現(xiàn)場清洗方案

　　根據(jù)以上試驗結果，結合現(xiàn)場實際情況，現(xiàn)場污染膜的清洗方案確定為以下方案。清洗的主要方式為混合堿液浸泡清洗。清洗的流程如下。

　　(1)槽車送藥加藥至現(xiàn)場CIP加藥桶(容積2000L，材質(zhì)PE，數(shù)量2個)，每個加藥桶加1500L30%工業(yè)級NaOH濃藥和500L10%工業(yè)級NaCLO濃藥。

　　(2)使用CIP加藥泵(流量25m3/h，揚程10m，功率15kW，口徑DN65，數(shù)量2臺)分別加藥(2000L混合堿液)至2個化學清洗池。

　　(3)將2個化學清洗池中分別加入清水至高度3.2m處，浸泡藥劑容積均為24m3，最終化學清洗池中藥劑濃度均約為2.4%混合堿液。

　　(4)將待清洗的兩套膜箱上的產(chǎn)水閥門、反洗閥門及曝氣閥門關閉。

　　(5)拆除兩套膜箱產(chǎn)水管和曝氣管連接口。

　　(6)將兩套膜箱依次起吊，并進行清水沖洗(建議現(xiàn)場選用低壓水槍，禁止使用高壓水)，將膜絲表面附著污染物清除，膜曝氣孔堵塞可采用：采用人工手動清理曝氣孔，去除曝氣孔口堆積的污泥，將膜箱放置于化學清洗池中，連接膜箱上曝氣管口與CIP清洗管路加藥口，將清水打入曝氣管路中，時間控制根據(jù)現(xiàn)場清洗情況而定。

　　(7)將兩套沖洗完畢的膜箱依次吊入膜化學清洗池中，開始浸泡，浸泡時間初步均為1.5～2.0h，可根據(jù)實際污染情況適當延長。其間，兩套膜箱浸泡時需要適當開啟曝氣。

　　(8)浸泡結束后，依次起吊兩套膜箱，將兩套膜箱依次吊至膜池中連接好曝氣管路及產(chǎn)水管路，建議執(zhí)行反洗1～2次后恢復產(chǎn)水。

　　(9)后續(xù)批次膜箱重復步驟(4)至步驟(8)。

　　六、結論

　　本文通過對某印染廢水處理過程中的污染膜進行清洗試驗，比較各種濃度清洗劑的清洗效果，結果表明，濃度為2%NaOH+0.2%NaCLO的堿液對該污染膜的清洗效果最好。清洗后，膜通量恢復值占可恢復通量的84%，且該污染膜主要存在有機污染和膠體污染，其中污染層以不可逆污染為主。根據(jù)試驗結果，本文制定出現(xiàn)場污染膜的清洗方案，通過清洗延長了膜的使用時間。清洗后，膜的使用壽命得到延長，因膜更換產(chǎn)生的成本得到降低。隨著膜清洗技術的不斷發(fā)展，膜技術在污水處理領域也會得到越來越廣泛的應用。(來源：中國城市建設研究院有限公司山東分院，同圓設計集團有限公司)