苗子昂

（株洲市城市排水有限公司，湖南株洲412000）

浸沒(méi)式MBR化學(xué)清洗方式研究

苗子昂

（株洲市城市排水有限公司，湖南株洲412000）

以生活污水廠的實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)浸沒(méi)式MBR化學(xué)清洗方法進(jìn)行分析比較，選擇最合適的清洗方法，為MBR工藝的運(yùn)營(yíng)與維護(hù)提供依據(jù)。

浸沒(méi)式MBR；跨膜壓差；化學(xué)清洗

膜生物反應(yīng)器（MembraneBio-Reactor）是把膜技術(shù)與污水處理中的生化反應(yīng)結(jié)合起來(lái)的一門新興技術(shù)，用膜對(duì)生化反應(yīng)池內(nèi)的泥水混合液進(jìn)行過(guò)濾，實(shí)現(xiàn)固液分離。一方面，膜截留了反應(yīng)池中的微生物，使池中的活性污泥濃度大幅增加，使降解污染物的生化反應(yīng)進(jìn)行得更迅速更徹底；另一方面，由于膜的高過(guò)濾精度，保證了出水清澈透明，得到高質(zhì)量的產(chǎn)水。

MBR的類型根據(jù)膜的使用方法不同分為外置式和內(nèi)置式（即浸沒(méi)式）兩種。外置式是用泵將生物反應(yīng)池的泥水混合物通過(guò)膜組件進(jìn)行錯(cuò)流過(guò)濾循環(huán)，得到潔凈的透過(guò)水，而內(nèi)置式則是將膜組件直接浸漬于生化反應(yīng)池中，直接從膜元件中抽出凈水。目前，世界上投入運(yùn)營(yíng)的膜生物反應(yīng)器大多數(shù)是內(nèi)置式的。

1 相關(guān)概念

（1）膜污染。膜污染是指料液中的微粒、膠體粒子、溶質(zhì)分子或細(xì)菌由于與膜之間存在物理化學(xué)作用而在膜表面及膜孔中沉積或滋生使膜孔堵塞或變小，導(dǎo)致跨膜阻力增大，膜通量下降的現(xiàn)象。影響膜污染的因素很多，比如溶質(zhì)大小、菌類的滋生、膜結(jié)構(gòu)、膜的物理特性、膜——溶質(zhì)——溶劑之間的相互作用(包括靜電作用力、范德華力、溶劑化作用、空間立體作用)。膜污染從工藝參數(shù)中表現(xiàn)為跨膜壓差的上升。

（2）跨膜壓差(Trans-membrane Pressure)?？缒翰詈?jiǎn)稱TMP，是驅(qū)動(dòng)水透過(guò)膜所需的壓力，為進(jìn)水側(cè)壓力和過(guò)濾液側(cè)壓力的差值，即膜兩側(cè)壓力差值。TMP會(huì)隨著膜系統(tǒng)的運(yùn)行而逐漸增加，當(dāng)TMP超過(guò)50kPa時(shí)，必須進(jìn)行化學(xué)清洗。TMP=膜絲外側(cè)壓力（kPa）-膜絲內(nèi)側(cè)壓力(kPa)

（3）氣洗。通過(guò)連續(xù)曝氣沖刷MBR的膜組件，從而在膜絲周圍形成水流和氣泡的湍流，通過(guò)膜絲抖動(dòng)和膜絲之間的相互摩擦使得沉積在膜表面的污染物脫落。本項(xiàng)目使用鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)對(duì)MBR膜進(jìn)行連續(xù)曝氣。

（4）清水反洗。與過(guò)濾過(guò)程的水流方向相反，從膜絲的產(chǎn)水側(cè)把等于或優(yōu)于透過(guò)液質(zhì)量的水輸向進(jìn)水側(cè)。因?yàn)樗粡姆捶较蛲高^(guò)中空纖維膜絲，從而松懈并沖走了膜表面在過(guò)濾過(guò)程中形成的污染物。本項(xiàng)目清水反洗周期為1～3天一次。

（5）化學(xué)清洗。使用化學(xué)藥劑對(duì)膜組件進(jìn)行清洗以達(dá)到恢復(fù)膜過(guò)濾性能的清洗方法。本項(xiàng)目使用的化學(xué)清洗方法有原位化學(xué)浸泡清洗、離線化學(xué)浸泡清洗、化學(xué)增強(qiáng)反洗（CEB）。根據(jù)清洗對(duì)象的不同，可供使用的藥劑和濃度如表1所示。

表1 化學(xué)清洗藥劑種類和濃度

2 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

龍泉污水處理廠三期工程采用倒置式A2O+浸沒(méi)式MBR工藝，工藝流程如圖1所示。

圖1 龍泉污水處理廠（三期）工藝流程圖

設(shè)計(jì)處理水量為10萬(wàn)t/日，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)參照《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ3082—1999），如表2所示。出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A標(biāo)。

表2 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

MBR系統(tǒng)采用浸沒(méi)式中空纖維簾式膜，材質(zhì)為PVDF，采用雙層膜架，膜系統(tǒng)參數(shù)如表3所示。

表3 MBR系統(tǒng)參數(shù)

3 化學(xué)清洗比較

（1）原位化學(xué)浸泡清洗（Clean In Place）。原位化學(xué)浸泡清洗是將膜池內(nèi)水排空，然后直接向膜池內(nèi)投加化學(xué)藥劑進(jìn)行浸泡。考慮到水池防腐，其藥劑濃度相對(duì)較低。本項(xiàng)目采用2000～3000ppm的次氯酸鈉浸泡4～16h，經(jīng)原位清洗后TMP的變化如表4和圖2所示。

表4 原位清洗后TMP變化趨勢(shì)

圖2 原位清洗后TMP變化趨勢(shì)

從圖表可知原位清洗后，膜池經(jīng)過(guò)約60天時(shí)間的運(yùn)行后，TMP達(dá)到50 kPa以上，需再次進(jìn)行化學(xué)清洗。根據(jù)線性擬合曲線可知原位清洗后TMP平均每日增加約0.52 kPa。

（2）離線化學(xué)浸泡清洗（Off-line Washing）。離線化學(xué)浸泡清洗就是把膜單元吊出MBR膜池，放到準(zhǔn)備好的化學(xué)清洗池內(nèi)浸泡并曝氣清洗。浸泡化學(xué)清洗可以選擇相對(duì)較高藥劑濃度進(jìn)行，因此可以達(dá)到較好的清洗效果，徹底清除污染物，恢復(fù)膜通量。本項(xiàng)目采用3000～6000ppm的次氯酸鈉浸泡4～16h，再用0.5%檸檬酸+0.5%草酸曝氣浸泡4～16h。離線清洗后TMP的變化如表5和圖3所示。

表5 離線清洗后TMP變化趨勢(shì)

圖3 離線清洗后TMP變化趨勢(shì)

從圖表可知離線清洗后，膜池經(jīng)過(guò)約90天時(shí)間的運(yùn)行后，TMP達(dá)到50 kPa以上，需再次進(jìn)行化學(xué)清洗。根據(jù)線性擬合曲線可知離線清洗后TMP平均每日增加約0.30 kPa。

（3）化學(xué)增強(qiáng)反洗（Chemically Enhanced Backwash）?；瘜W(xué)增強(qiáng)反洗簡(jiǎn)稱CEB，是指膜組件在膜生物反應(yīng)池內(nèi)的狀態(tài)下，從產(chǎn)水管把選用的化學(xué)清洗藥劑反向流到中空纖維膜內(nèi)部，并通過(guò)膜微孔滲透到原水側(cè)。此過(guò)程可有效的殺滅膜內(nèi)外表面的細(xì)菌并分解附著在膜表面上的有機(jī)物，恢復(fù)膜通量。本項(xiàng)目采用250 ppm的次氯酸鈉作為CEB的藥劑，CEB周期為7天，在經(jīng)過(guò)5次CEB后，TMP的變化如表6和圖4所示。

表6 CEB后TMP變化趨勢(shì)

圖4 CEB后TMP變化趨勢(shì)

從圖表與線性擬合曲線可知在每7天一次CEB的條件下，TMP平均每日增加僅為0.13 kPa，如初始TMP為20 kPa，則增加至50 kPa以上約需220天。

（4）清洗方法比較。由以上的數(shù)據(jù)分析可知，原位化學(xué)清洗藥劑消耗大，清洗效果一般。但相對(duì)于離線清洗而言操作較為簡(jiǎn)便，無(wú)需拆卸管道、吊裝膜架，節(jié)省了人力成本。

離線化學(xué)清洗后的TMP增速低于原位化學(xué)清洗，清洗周期約為原位清洗的1.5倍，可以直觀的觀察膜絲的污染情況，便于除去膜絲上的附著物。但離線清洗的人工操作強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原位清洗，清洗時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)產(chǎn)量的影響更大。

定期進(jìn)行CEB反洗可以使TMP的增速大幅降低，可以使原位化學(xué)清洗的周期延長(zhǎng)至3倍以上，使離線化學(xué)清洗的周期延長(zhǎng)至2倍以上，并且藥劑消耗較少，人工操作極少，清洗時(shí)間短，對(duì)產(chǎn)量的影響小。但清洗后藥劑存留在工藝系統(tǒng)中，其對(duì)微生物的活性有一定的影響，可能導(dǎo)致污泥濃度下降，同時(shí)殘存的藥劑有可能進(jìn)入出水，進(jìn)而影響出水水質(zhì)。幾種清洗方法的對(duì)比如表7所示。

表7 MBR膜化學(xué)清洗方法的比較

4 結(jié)語(yǔ)

綜合各方面的因素考慮，CEB（化學(xué)增強(qiáng)反洗）是最適宜的MBR膜清洗方法，但需要對(duì)清洗濃度及清洗周期做出一定控制，盡可能的減少對(duì)活性污泥微生物與出水水質(zhì)的影響。由于離線化學(xué)清洗更加有利于去除膜絲上附著的雜質(zhì)，并且能直接觀察到膜絲的污染狀況，故實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)以CEB反洗為主，以離線化學(xué)清洗為輔。

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苗子昂（1989-），男，湖南株洲人，大學(xué)本科，助理工程師，主要從事城市生活污水廠的工藝調(diào)試及運(yùn)營(yíng)工作。