MBR工程长期运行中的膜清洗效果和膜性能变化

MBR工程长期运行中的膜清洗效果和膜性能变化

张恒

武汉药明康德新药开发有限公司 湖北武汉 430070

摘要：某污水处理厂规模为10.5万m3/d。其污水水源主要包括园区内的工业污废水及部分生活污水。通常工业开发区污水水质不易稳定，虽然经过厂内预处理后会有一定的水质稳定波段，但受工业区招商情况变化、工业生产规模、生产工艺情况变化而变化，因此污水处理厂进水水质都会考虑一定的污水水质变化幅度，工业废水若不加控制未经处理直接进入污水厂，会冲击污水厂的正常运行，严重时会造成处理系统的瘫痪。出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准+修改单》(2006)(GB18918-2002)一级A标准，尾水通过退水管线近期外排北沙窝，远期排入规划建设的污水库。根据污水处理厂恢复性清洗之前和恢复性清洗之后跨膜压差(TMP)前后的变化情况，对MBR膜组件的清洗方法进行分析，对MBR膜组件清洗效果进行了总结，并根据MBR膜清洗的效果对清洗方式进行了优化调整。

关键词：MBR工程；膜清洗

1 工程概况

1.1 工艺流程

处理工艺流程如图1所示。由于本项目出水水质较高，因此需要采用一级处理(预处理)、二级处理(生化处理)和三级处理(物化处理)，方能处理达标。采用MBR生物处理+高级催化氧化+消毒的技术。生物膜反应器组件使用PVDF膜，PVDF膜的孔径为0.1～0.4μm，能够高效的将固液进行分离，悬浮物和浊度接近于零，能够直接回用。设计流量为1.22 m3/s，膜组件设计运行的使用寿命为五年，膜池分为1号、2号两组，由160个膜组件组成。每组膜池具有独立的抽吸系统、反洗系统、污泥回流系统，抽吸的产水管作为水反洗的进水管。处理工艺流程如图1所示。

图1 MBR工艺流程 

1.2 设计进出水水质

为出水水质便于回用工业园区的工业及绿化，实现污水资源化，因此出水水质主要指标执行的标准由原设计的“GB18918-2002一级A标准”提高至GB3838-2002地表IV类水质标准。

1.3 MBR膜系统运行过程中出现的问题及其原因

MBR膜运行过程中存在产能降低、部分膜丝断裂及脱落、部分膜丝严重污堵、清洗频率和强度增加、膜通量下降等问题。经分析，主要原因如下：

(1)在时间上，膜已经达到使用年限，膜的性能出现衰弱的现象，随之出现膜通量下降，产水量降低。

(2)在清洗过程中，频繁的人工洗膜以及洗膜过程强度过大，导致清洗时部分的膜丝断开、断裂、脱落等现象，减小了有效膜面积，因此影响了出水水质。

(3)运行时间和进水水质的影响，进水水质的成分和含量以及运行过程的时间影响，使一部分膜丝出现不可恢复的污堵现象，跨膜压差随之增大，经过清洗难以恢复，膜丝的污堵使膜通量下降。

(4)随着洗膜频率的增加和洗膜强度的增大，膜系统运行时间的缩减，导致产能下降。

(5)运行维护过程中，存在一些运行、维护管理不到位的方式，清洗方式不适合等现象，导致膜丝性能的衰减。

2 膜清洗方式及其效果分析

2.1 MBR膜清洗方式

在水处理运行过程中，MBR膜由于产水泵具有负压抽吸的作用，混合液中的微生物、SS颗粒、SMP(溶解在水体中的胞外聚合物)、胶体、EPS(附着在微生物细胞外的胞外聚合物)，等物质在膜表面不断堆积，会造成膜的污染。

2.2 MBR膜间歇模式与清洗效果分析

由于膜的污染程度受到曝气强度、MLSS、进水水质、反洗频率、过滤通量、启停时间间隔等很多方面的影响，膜污染是一个随着时间推移而不断累积的过程，由于受运行时间的制约，无法对膜污染控制进行全面系统的研究。污水处理厂的MBR系统采用恒定产水量的方式运行，因此本研究将以间歇模式、清洗MBR膜前后跨膜压差(TMP)为对象研究膜污染的情况及其清洗效果。查阅相关文献发现通常自吸泵设置1～9 min为运行时间，0.5～2.0 min为停止时间。因此，实验在(16.56 L/m2/h)恒定通量模式下，设置了三种水处理运行的间歇模式，模式一：自吸泵运行7.0 min停止1.0 min，模式二：自吸泵运行6.0 min停止1.0 min，模式三：自吸泵运行7.0 min停止1.5 min，随着时间的变化监测跨膜压差随，确定最优间歇模式。

将停止时间都为1.0 min时的两种模式相进行对比，发现模式一的跨膜压差上升的速度要快于模式二，表明跨膜压差随着运行时间的增加而上升的越快，膜污染也越严重。对比相同运行模式一和模式三的两种情况，停止1.5 min的模式三的跨膜压差上升的速度明显小于停止1.0 min的模式一，说明跨膜压差随着停止时间的延长而上升越慢，膜污染的速度也越慢。通过时间间歇模式的对比分析，最终确定自吸泵模式三(运行时间为7.0 min，停止时间为1.5 min),8.5 min完成一个间歇模式的运行方式最为合适，能够减缓膜的污染速度。

水反洗是系统运行常规处理膜污染控制措施，水反洗能有效延缓MBR系统的污染时间，减小系统中TMP的增加，能够降低化学清洗的频率，使膜组件的寿命延长。按清洗药剂的种类划分可分为碱洗和酸洗两种。碱洗能够使附着在膜丝表面的微生物失活及去除有机污染物；酸洗则能够清除附着在膜丝表面的无机污染物，按清洗频率划分则分为维护性清洗与恢复性清洗，维护性清洗所需时间较短、所需的清洗药剂的浓度较低、清洗的频率比较高，

水反洗的目的在于保持常规运行中膜的透水性，同时水反洗能够延长恢复性清洗的周期，恢复性清洗所需时间比较长、使用的清洗药剂的浓度比较高、恢复性清洗频率较低，恢复性清洗的目的在于恢复膜的透水性。

采取对膜组件先用次氯酸钠清洗，之后再用氨基磺酸清洗的方法，跨膜压差出现了明显降低，1#膜池清洗后跨膜压差由约35 kPa恢复到约10 kPa,TMP下降25 kPa,2#膜池清洗后跨膜压差由约50 kPa恢复到约10 kPa,TMP下降40 kPa。其主要原因是由于膜丝表面附着的污堵物质主要为微生物，先用次氯酸钠对膜丝表面附着微生物的进行灭活和清除。这有利于之后氨基磺酸去除膜丝上结垢的无机物。

3 结论

(1)污水处理厂的MBR工艺运行效果稳定，且出水水质能够满足GB3838-2002地表IV类水质标准的要求,该工程的实际运行效果进一步验证了MBR工艺用于污水再生回用的可行性。

(2)膜污染包括无机物污染、有机物污染和微生物污染。污水处理厂对膜污染的处理方式有两种：水反洗和化学清洗。水反洗是系统常规采用的处理膜污染的处理措施，能有效降低超滤膜TMP的升高，减少膜污染的化学清洗的频率，达到延长膜组件的寿命的目的。

(3)次氯酸钠清洗和氨基磺酸清洗对膜污染都有较好的去除作用，两者搭配使用，清洗效果比较好，MBR系统经清洗之后TMP值能够由原来的50.0 kPa降低至10.0 kPa。

参考文献

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